08.01.2003 10:25
Weitergehende Rauchgasreinigung durch Kondensation Beckerath К. II Entsorg. Prax. - 1999.≈ 17, ╧ 15.≈ S. 42-47 (нем.)
Глубокая очистка дымовых газов, насыщенных водяным паром, достигается в результате мокрой, полусухой или сухой очистки. Очистка осуществляется за счет стадии конденсации, при которой основное количество водяного пара конденсируется благодаря охлаждению очищаемых дымовых газов. Этот процесс выгодно отличается тем, что обеспечивает настолько глубокую очистку отходящих газов от газообразных примесей, частиц пыли и аэрозолей, что их остаточное количество не превышает установленных для очищенных газов нормативных значений.
Первый завод по сжиганию опасных отходов был построен объединением по удалению опасных отходов (GSB) в Эбенхаузене близ Ингольштадта (Бавария) в 1976 году. В результате исследований загрязненности окружающей среды вблизи завода было установлено повышенное загрязнение почвы, в частности, тяжелыми металлами, и вытекающая из этого необходимость сокращения выбросов специфических загрязнений из дымовой трубы завода. Одновременно в 1986 году были установлены более строгие законодательные нормативы предельно допустимых выбросов вредных веществ в атмосферный воздух. Таким образом, завод по сжиганию опасных отходов был поставлен перед необходимостью реконструкции существующей на нем системы газоочистки.
Реконструкция системы газоочистки
Задачей реконструкции существующей на заводе системы газоочистки стало сокращение остаточного содержания в дымовых газах пылей и аэрозолей, с которыми в атмосферный воздух выбрасывались тяжелые металлы и токсичные органические компоненты загрязнений. При этом первостепенное внимание было уделено необходимости существенного сокращения выбросов в атмосферу ртути.
В результате оценки различных вариантов технических решений, направленных на, решение этой задачи, были выбраны следующие технологические процессы:
охлаждение насыщенных водяными парами дымовых газов после скруббера с нейтральной промывной средой с целью образования тумана с использованием твердых дисперсных примесей в качестве центров кристаллизации;
последующая очистка газов в мокром электрофильтре для выделения из них тумана, аэрозолей и тонкодисперсной пыли в электрическом поле;
повторное нагревание и удаление очищенных и подсушенных газов;
повторное использование образующегося конденсата в качестве существенного элемента водного баланса газоочистной установки;
кондиционирование дымовых газов путем закалки и промывки.
Все эти технологические этапы газоочистки были запатентованы.
Содержащие водяные пары дымовые газы, выходящие из последнего скруббера с температурой Т, охлаждаются в холодильнике из коррозионостойкой стали в процессе косвенного теплообмена с охлаждающей средой до температуры Т-х. Разность температур на входе и выходе охладителя выбирается таким образом, чтобы сконденсировать более 50% содержащейся в дымовых газах влаги на частицах пыли и аэрозолей, используемых в качестве центров кристаллизации и выносимых с газообразными компонентами загрязнений, абсорбирующихся на поверхности капель образующегося тумана вместе с конденсирующейся водой, направляемой на физико-химическую очистку.
Рис. 1. Выделение влаги методом конденсации: 1 количество конденсата в г/м3 при равном снижении температуры (10╟С), но при различных первоначальных температурах газа; 2 ≈ водяной пар; 3 ≈ насыщение; 4 - конденсирующаяся влага.
График наглядно показывает, что объем конденсата, образующегося при охлаждении насыщенного парами воды газа, при равном снижении температуры экспотенциально зависит от первоначальной температуры охлаждаемого газа.
Для конденсации воды из аэрозольно-воздушной смеси эта смесь должна быть перенасыщена водяными парами. Механизм такого перенасыщения газа водяным паром сводится к следующему:
смешению двух насыщенных водяным паром газовых потоков с различными температурами;
адиабатному расширению этот принцип непригоден для охлаждения больших объемов газов, образующихся на мусоросжигательных заводах;
охлаждение на холодных твердых или жидких поверхностях. При этом жидкая охлаждающая среда может стекать по твердой поверхности или впрыскиваться непосредственно в форме капель в поток газа.
Именно третий путь и предлагается для обработки больших объемов дымовых газов.
На рис. 2 в качестве примера приведены три типа различных теплообменников, которые могут использоваться для охлаждения дымовых газов. В первом из них конденсирующаяся влага не контактирует с охлаждающей средой, отделенной от конденсата стенкой охлаждающего контура. В двух других случаях (теплообменники с Рашиг-кольцами и инжекционный теплообменник) охлаждаемый газ контактирует с охлаждающей средой, за счет чего происходит смешение охлаждающей среды с образующимся конденсатом, удаляемым из системы в качестве избыточной жидкости.
Рис. 2. Различные типы охладителей
1 ≈ очищаемый газ не контактирует с охлаждающей средой; 2 ≈ конденсирующаяся влаги; 3 - высушенный газ; 4 ≈ очищаемый газ контактирует с охлаждающей средой (теплообменник с Рашиг-кольцами); 5 ≈ воздушный охладитель; б ≈ водо-насыщенный газ; 7 ≈ перелив конденсата; 8 ≈ циркулирующая вода; 9 ≈ очищаемый газ контактирует с охлаждающей средой (теплообменник инжекционного типа).
При мокром и полусухом методах очистки дымовых газов вода для насыщения вводится в поток очищаемых газов на стадии их закалки. Конденсат, образующийся в теплообменнике при последующем охлаждении очищаемых газов, может быть использован в процессе закалки, предназначенном для кондиционирования дымовых газов перед их промывкой и для резкого их охлаждения, предотвращающего образование диоксинов и фуранов в ходе их охлаждения. Сегодня все чаще процессы кондиционирования, мокрого обеспыливания и резкого охлаждения очищаемых газов осуществляются одновременно в одном комбинированном распылительном испарителе. Возникающий при этом дефицит воды может восполняться за счет свежей воды.
В результате процесса конденсации объем газа существенно снижается. За счет этого необходимые объемы последующих ступеней очистки могут быть заметно уменьшены. Это относится не только к строительным объемам, но и к потребляемой на последующих ступенях очистки энергии, используемой, например, для повторного нагревания сконденсированных газов. Следующее преимущество стадии конденсации очищаемых газов состоит в том, что обезвоженный в результате конденсации газ становится "сухим", что исключает конденсацию влаги на последующих ступенях фильтрапии и каталитической очистки газа, а типичный след водяных паров на выходе из дымовой трубы становится заметным только при очень холодной погоде.
На многих мусоросжигательных заводах в качестве последующих ступеней очистки отходящих газов сегодня используются катализаторы и/или угольные фильтры. Поэтому удаление из потока очищаемых газов влаги, пыли, солевых аэрозолей и растворенных солей имеет большое значение, поскольку предотвращает блокирование активной поверхности катализаторов и загрузки фильтров. Именно по этим причинам такие газоочистные системы часто оборудуются предвключенными высоко эффективными каплеотделителями и другими устройствами, обеспечивающими очистку газов от указанных мешающих примесей и их догревание до необходимой для протекания реакций температуры.
При использовании метода конденсации опасность инкрустации внутренних поверхностей последующих отделителей и теплообменников надежно предотвращается.
Следующей проблемой, особенно актуальной для регионов с большим числом холодных дней в году, является утилизация образующегося в процессе конденсации тепла.
Например, при охлаждении выходящих со стадии промывки 70 тыс. м3 газов с 65╟С до 42╟С образуется около 10 тыс. литров конденсата с температурой 42╟С. В процессе конденсации высвобождается около 6,6 млн. ккал/час в качестве конденсационного тепла, которое может использоваться либо непосредственно, либо с помощью тепловых насосов. В Швеции известны случаи практического использования тепловой энергии, высвобождающейся в процессе конденсации.
Электростатическое, электродинамическое выделение части пыли
Глубокая очистка дымовых газов от капель тумана, аэрозолей и тонкодисперсных частиц пыли в электрофильтрах (рис. 3) является дополнительной возможностью тонкой очистки отходящих газов после стадии их конденсации. Охлажденный газ пропускается через электрофильтр. Для этого в настоящее время используются 2 типа этих аппаратов:
мокрые электрофильтры;
электродинамические сопла Вентури.
Рис. 3. Типы электрофильтров: 1 ≈ мокрый электрофильтр, 2 - вход очищенного газа; 3 ≈ выход очищенного газа; 4 ≈ источник напряжения; 5 - промывная вода и шлам; 6 ≈ электродинамическое сопло Вентури; 7 ≈ заземление; 8 ≈ циркуляционный контур воды; 9 шлам мокрые электрофильтры ≈ электродинамические сопла Вентури.
Дозирование дополнительных реагентов
Очистка дымовых газов от токсичных органических веществ и ртути осуществляется с помощью катализаторов и/или активированного угля. При этом газы очищаются в реакторах с неподвижным или кипящим слоем загрузки в процессе интенсивного внутреннего контакта содержащихся в них загрязнений с материалом загрузки. В случае загрузки из катализатора токсичные компоненты загрязнений деструктируют в результате химических реакций. При этом проблем с удалением вредных веществ и образованием отходов не возникает. В случае применения активированных углей токсичные компоненты загрязнений очищаемых газов фиксируются на активной поверхности сорбентов. Насыщенный органическими загрязнениями уголь подвергается сжиганию. Отработанный уголь, насыщенный минеральными компонентами загрязнений, как правило, вывозится на захоронение.
На рассматриваемом мусоросжигательном заводе GSB пошли по другому пути.
В систему конденсации очищаемых газов могут впрыскиваться вещества, которые вступают в физико-химические взаимодействия с оставшимися в дымовых газах загрязнениями:
к таким веществам относятся реагенты или материалы, которые образуют с компонентами загрязнений очищаемых газов соединения, снижающие их летучесть или растворимость и за счет образования солей снижают их кислотность: NH4(OH)2+HCl или газообразный SOx ≈> растворимая соль или связывают токсичные примеси путем их аб- и адсорбции или переводят их в нелетучее твердое состояние: газообразная ртуть + ТМТ 15╝ ≈> смесь ртути и серы.
в качестве адсорбентов могут использоваться, например, активированные угли, цеолиты, оксиды кремния или алюминия;
в очищаемый газ могут добавляться также вещества, действующие в качестве центров кристаллизации, например, водяной пар, или впрыскиваться холодные водяные капли.
После ввода в эксплуатацию на рассматриваемом заводе по сжиганию опасных отходов ступени конденсации и ступени очистки отходящих газов на электрофильтре было установлено некоторое превышение содержания в очищенных газах только диоксинов. Поэтому было принято решение о дополнительном впрыскивании в газоход перед входом в теплообменник суспензии активированного угля из расчета 1 кг активированного угля в час. Впрыск угля осуществлялся с помощью пара.
В результате исследований было установлено повышенное содержание диоксинов на внутренней поверхности стенок газохода, что объясняется образованием отложений диоксинов на поверхности полипропиленового газохода во время доставки установки к месту ее монтажа.
С марта 1992 г. в систему охлаждения очищаемых газов начат постоянный впрыск угольной суспензии. Продемонстрировано, что концентрация диоксинов в очищаемых газах с этого момента стала быстро снижаться. Этот процесс продолжался в течении довольно длительного периода, пока концентрация диоксинов окончательно не снизилась ниже уровня ПДК==0,1 нг/м.
Превышений этого значения в ходе эксплуатации завода до сих пор не зарегистрировано. Небольшие превышения ПДК диоксинов в переходный период приписывается "вымыванию" из системы ранее накопленных в ней диоксинов.
Существующие установки
В табл. 1 приведены некоторые технические характеристики завода по сжиганию токсичных отходов СВ в Эбенхауэене (Бавария) после его модернизации.
Таблица 1
Объем дымовых газов
77000 нм3/час
Температура на выходе из котла
280╟С
Объем дымовых газов после промывки
87000 нм3/час
Температура газов после промывки
65╟С
Перепад температур в графитовом охладителе
15╟С
Объем дымовых газов на выходе из охладителя
77000 нм3/час
Температура газов на выходе из охладителя
50╟С
Объем образующегося конденсата
10 м3/час
Объем газа на выходе из KGR
77000 нм3/час
Температура
50╟С
Объем конденсата
0,5 м3/час
Количество волы для промывки электродов
1,5-2,0 м3/час
Температура очищаемых газов после повторного нагревания за счет смешения с теплым воздухом
75╟С
Завод по сжиганию неутилизируемых отходов RVAD в Дормажене Bayer AG
Этот завод был введен в эксплуатацию в 1994 г. Он был оснащен установкой для мокрой очистки от пылеватых частиц, смонтированной сразу же после котла. Этот пылеотделитель служил одновременно и для закалки отходящих газов. Выделяемая пыль улавливалась циркулирующей водой, которая непрерывно очищалась от улавливаемых загрязнений. В заключении отходящие газы подвергались дополнительной промывке в 2-х последовательно включенных ротационных скрубберах. Покидающий нейтральный скруббер газы охлаждались в графитовом охладителе до выделения большей части содержащейся в них влаги в виде конденсата. После охлаждения до 43╟С отходящий газ направлялся в конденсационный электрофильтр, в котором остаточная влага в виде тумана и аэрозолей выделялись в электрическом поле. Выходящий из электрофильтра газ вновь нагревался до 130╟С и после добавления раствора гидроксида аммония направлялся на ступень очистки DENOX и доочистки на катализаторе (табл. 2).
Таблица 2
Технические характеристики завода по сжиганию неутилизируемых отходов RVAD в Дормажене (Bayer AG)
Количество сжигаемых отходов
45 000 т/год
Варабадная печь с камерой дожигания
1200╟С
Объем отходящих газов
62000 нм3/час
Температура на выходе из котла
300╟С
Общий объем дымовых газов
70000 нм3/час
Температура после промывки
65╟С
Перепад температур в графитовом охладителе
25╟ С
Количество отходящих газов после охладителя
62000 нм3/час
Температура
-13╟ С
Объем конденсата
5,3 м3/час
Количество отходящих газон на ⌠ходе в EGR
62000 нм3/час
Температура
40╟С
Количество выделяемой влаги
0,7 м3/час
Повторный нагрев очищаемых i ;i ⌠>в
130╟С
Завод по сжиганию осадка сточных вод DRSH в Дордрехте (Нидерланды)
В соответствии с рекомендациями, ужесточенными в Голландии в последнее время, использование осадка сточных вод в сельском хозяйстве в качестве удобрения уже не допустимо, т. к. в их составе содержатся тяжелые металлы, полихлорированные бифенилы и пестициды. Поэтому здесь был построен завод по сжиганию осадка DRSH (табл. 3).
Таблица 3
Технические характеристики завода по сжиганию осадка сточных вод DRSH, Дордрехт
Обезвоженный и высушенный осадок 4 технологические линии сжигания
75000 т/год
Количество отходящих газов
90000 нм3/час
Температура газов после последней промывки
65 - 70╟С
Перепад температур на ступени охлаждения
20-30╟С
Количество отходящих газов после охлаждения
35-40 нм3/час
Количество выделяемого конденсата
30 м3/час
Повторный нагрев очищаемых газов
80╟С
Завод по сжиганию бытовых отходов AVI, Амстердам (Нидерланды)
Предприятие было сдано в эксплуатацию в 1993 году. Оно стало 1-ым мусоросжигательным заводом в Нидерландах, отвечающим требованиям к эмиссии вредных веществ в атмосферный воздух, установленным для мусоросжигательных предприятий и установок в 1993 году. Завод имеет 4 технологические линии сжигания и рассчитан на сжигание 507 тыс. т/год бытовых, 195 тыс. т/год приравненных к бытовым производственных и 65 тыс. т/год крупногабаритных отходов.
Очистка дымовых газов
После котла-утилизатора отходящие газы поступают в пылеотделитель, из которого направляются на распылительный абсорбер, в котором смешиваются с известковым молоком и производственными стоками. В абсорбере обеспечивается первая стадия нейтрализации кислых компонентов дымовых газов. Скондиционированные таким образом отходящие газы вместе с частицами твердых примесей из абсорбера направляются в сухой электрофильтр для обеспыливания.
Затем обеспыленные отходящие газы поступают на 2-х ступенчатую промывку. На 1-ой ступени осуществляется кислая промывка, на 2-ой нейтральная промывка и удаление SOx. В качестве 2-ой ступени промывки используется распылительный охладитель, в котором одновременно осуществляется охлаждение очищенных газов. Наряду с достижением нормативного качества очищенных газов в процессе очистки образуется конденсат, повторно используемый в качестве технологической воды для снижения температуры отходящих газов на 1-ой ступени промывки и в абсорбере. Циркуляционная вода охладителя охлаждается в водяном теплообменнике. В целом весь процесс очистки отходящих газов осуществляется без сброса сточных вод.
Кристаллические и пылевидные продукты, образующиеся в результате процессов испарения в распылительном абсорбере, улавливаются на следующей ступени очистки отходящих газов в электрофильтре. Поток охлажденных газов после скруббера поступает в каплеотделитель, откуда подается на батарею электродинамических сопел Вентури, где освобождается от оставшихся в нем аэрозолей.
Завод по сжиганию осадка сточных вод в Лондоне (в Бектоне и Гросснессе)
Осадок с содержанием сухого вещества 3-5% поступает в достаточно просторный приемный резервуар, откуда подается на мембранные фильтр-прессы для обезвоживания. Для интенсификации процесса обезвоживания в осадок дозируются полиэлектролиты. Влажность обезвоженного осадка, снимаемого с фильтр-прессов, составляет 68%. Сжигание осадка, осуществляется по той же технологии, что и на заводе в Дордрехте. На 4-х технологических линиях завода в Бектоне сжигается по 4,5 т/час или всего 14,0 т/час осадка с содержанием сухого вещества 32%, а на заводе в Гросснессе ≈ соответственно 3,5 и 10,5 т/час. Сжигание осуществляется в расширяющемся кипящем слое при температуре 850╟С. 2-ходовой котел-утилизатор обеспечивает возможность отбора энергии. Отходящие газы охлаждаются до 160╟С. В Бектоне на 1 технологическую линию получают 20 т/час пара с давлением 40 бар и температурой 400╟С, а в Гросснессе ≈ 14 т/час на линию. В Бектоне производится 11,5 мВт, а в Гросснессе ≈ около 5,2 мВт электроэнергии.
Заключение
Анализируя рассмотренные выше технологии можно констатировать, что финишное охлаждение очищаемых газов осуществляется на поверхности холодной воды. В случае охладителя с разделенными потоками охлаждаемого газа и охлаждающей среды на поверхности разделительной стенки со стороны газового потока образуется пленка из холодной воды, на которой и происходит конденсация молекул водяного пара. В других случаях холодная вода сама служит в качестве инициатора конденсации водяного пара. При этом конденсация осуществляется либо на поверхности (Рашиг- кольца), либо на каплях распыляемой воды, служащих в качестве центров конденсации. На заводах GSB и RVAD в качестве охлаждающей среды служит собственный конденсат, который образуется на стенках и здесь же охлаждается.
На заводах в Дордрехтс и Амстердаме в качестве охлаждающей среды используется прежде всего определенная часть производственной воды, называемой чистой водой и используемой в оборотной системе. Эта вода охлаждается в охладителе типа вода≈воздух (Дордрехт) или вода≈вода (Амстердам). Поскольку оборотная охлаждающая вода пополняется конденсатом и одновременно часть конденсирующейся влаги выводится из системы первоначально используемая производственная вода после определенного периода времени полностью заменяется конденсатом.
Это означает, что во всех рассматриваемых случаях (кроме завода в Лондоне) охлаждающая вода на стадии конденсации дымовых газов представляет собой чистый конденсат, выделенный из состава насыщенного водяным паром промытого газа.
На заводе в Лондоне на ступени охлаждения после нейтрального скруббера в качестве охлаждающей воды используется очищенный промсток, который в полном смысле не является "чистой водой". В процессе очистки стоков в зависимости от их состава и эффективности работы канализационных очистных сооружений стоки подвергаются глубокой очистке от органических загрязнений, а в ряде случаев и от тяжелых металлов за счет их осаждения или сорбции. Но в любом случае очищенные стоки содержат в своем составе остаточные количества трудноокисляемых органических соединений, тяжелых металлов, солей и бактериальных загрязнений.
В литературе отсутствуют сведения о влиянии этих остаточных загрязнений на режим эксплуатации теплообменного оборудования на ступени охлаждения отходящих газов, работающего при температуре до 50╟С. Поэтому не известно, можно ли исключить вероятность отдувки и выброса этих загрязнений в атмосферу, надежно ли обеззараживаются патогенные компоненты загрязнений очищенных стоков в этих условиях? Если эти процессы имеют место, то следует отказаться от использования очищенных бытовых стоков в качестве охлаждающей среды на стадии конденсации отходящих газов.
Ю. Белов
Дата публикации: 11 сентября 2001
Источник: SciTecLibrary.com
США: компьютерная программа создаёт новые композитные материалы
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.