Методи очищення діоксиду сірки і NOx в цементній промисловості

На підставі цього можна  зробити висновок, що практично всі  дільниці

цементних заводів мають  інтенсивне пиловиділення, при якому  рівень запиленості повітря перевищує  ГДК, тому виконання технологічних  операцій і

процесів можливе лише при наявності високоефективних засобів пригнічення пилу та пиловловлювальних  апаратів.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Заходи щодо зменшення пиловиділення

Для зменшення виділення  в атмосферу пилу на цементних  заводах застосовують такі заходи: укриття місць з можливим інтенсивним пиловиділенням, рукавні фільтри, електрофільтри, циклони, витяжна вентиляція та ін.

Реалізація цих заходів  може бути як автономною, так і комплексно у поєднанні один з одним. У місцях, де пиловиділення в робочі зони незначне, за потреби використовуються індивідуальні засоби захисту органів дихання, водночас як герметичні кабіни для обслуговувального персоналу встановлюються в місцях з високими концентраціями пилу [2, 5, 7].

Дослідження виробничих дільниць цементних заводів дало змогу встановити, що при застосуванні вказаних вище заходів знепилювання концентрація пилу на робочих місцях не перевищує ГДК. Перевищення регламентних рівнів запиленості спостерігається тільки при порушенні правил експлуатації пиловловлювальних агрегатів.

У виробничих підрозділах  цементних заводів з неорганізованими джерелами пиловиділення (дільниця транспортування сировини й цех готової

продукції) практично відсутні заходи щодо боротьби з пилом. При  обсягах виробництва цементу до 1 млн т на рік це виправдовує себе, тому що концентрації пилу на робочих місцях лише іноді незначно перевищують ГДК і пилонебезпека в цих випадках легко усувається за допомогою індивідуальних засобів захисту органів дихання. Однак навіть в умовах інтенсифікації виробництва цементу ці заходи не дають змоги забезпечити нормальні санітарно-гігієнічні умови праці за пиловим чинником.

Наявність пилу в повітрі  робочих приміщень цементних заводів обумовлена характером та організацією технологічного процесу, ступенем герметичності устаткування, наявністю чи відсутністю вентиляційних установок і ефективністю їх роботи.

Дослідження за допомогою  дисперсного аналізу промислового пилу основних підрозділів цементного заводу показали, що за вмістом дрібнодисперсного пилу їх можна поділити на три групи:

Назви груп дрібнодисперсного  пилу	Частка  від маси
І група – пил який виділяється із сировини, що транспортується	28-35 %
ІІ група – пил який надходить в атмосферу робочих зон із дробильних установок і випалювальних печей	28-35 %
ІІІ група – пил, який виділяється в атмосферу цеху готової продукції при перевантаженні	64-67 %

 

Запиленість повітря має  місце на виробництвах з такими технологічними процесами, як обточування, полірування тощо (табл. 3). Часом пил виникає внаслідок горіння, транспортування та розважування порошкоподібних матеріалів. Концентрацію пилу в повітрі визначають безпосередньо в робочій

зоні за допомогою фотопиломіру. Для боротьби з промисловим пилом необхідно впроваджувати різноманітні заходи [7], до яких належать:

● комплексна автоматизація  технологічних процесів і дистанційне  управління ним;

● удосконалення конструкції  обладнань (герметизація устаткування тощо);

● удосконалення технологічних  процесів (застосування замкнутих і безперервних технологічних процесів);

● заміна фізично зношеного  і морально застарілого устаткування на нове високопродуктивне та екологічно безпечне;

● своєчасний і якісний  ремонт технологічного устаткування;

● влаштування місцевої вентиляції з фільтруванням повітряної суміші;

● використання індивідуальних засобів захисту організму (спецодяг, антисептичні пасти, окуляри, шоломи, маски, протигази та респіратори).

5. Промислові агрегати для вловлювання пилу на виробництві

Для ефективного пиловловлювання та очищення на цементних заводах пилоповітряної суміші широко застосовують апарати із закрученням повітряного потоку [5, 7]: циклони, вихрові камери, скрубери, швидкісні газопромивачі, плівкові сепаратори тощо. Циклони прямоточні і більш ефективні протиточні використовують для індивідуальних технологічних процесів сухого пиловловлювання твердих частинок розміром понад 10 мкм.

Пиловловлювач (рос. пылеуловитель, англ. dust catcher, dust separator, dust collector; нім. Entstaubungsanlage f, Staub-sauger m, Staubfänger m) – апарат для видалення твердої фази з повітряного середовища. За принципом дії агрегати для вловлювання пилу на виробництві поділяють на гравітаційні або відцентрові (циклонні), рідинні, електричні тощо.

Процес вловлювання пилу рідиною – це перенесення завислих часточок з повітряного середовища у рідинне з наступним обробленням отриманої гідросуміші. Залежно від форми контакту повітря та рідкої фази, способи мокрого пиловловлення поділяють на три види: вловлювання у об'ємі рідини (наприклад, водяні фільтри), вловлювання плівками рідини і вловлювання розпиленою рідиною в об'ємі повітря.

На сушильних установках цементних заводів застосовують циклони батарейного типу, скрубери (мокрі пиловловлювачі), рукавні фільтри, електрофільтри. Ці ж апарати застосовують як пилогазовловлювачі сушильних установок та печей для випалювання клінкеру, а також для вловлювання найдрібніших механічних частинок – пилу, що міститься у природному газі, перед подачею споживачеві. Відомі також абсорбційні мокрі агрегати, у яких для зрошування використовується пульпа відходів флотації, що забезпечує підвищення ступеня очищення димових газів від оксидів сірки та азоту. Коефіцієнт корисної дії циклонних пиловловлювачів за фракцію 0-5 мкм – 83-86 %, 5-10 мкм – 94-97 %, 10-40 мкм – 98-100 %. Вищий коефіцієнт корисної дії мають електрофільтри (до 99 %).

 

6. Світова практика очищення димових газів від діоксиду сірки

Сьогодні існує два основних напрямки зниження викидів оксидів сірки енергетичними установками, які спалюють сірковмісне паливо [1-7]:

• попереднє (перед спалюванням) зниження сірки у вихідному паливі (десульфуризація палива);
• очищення димових газів, що викидаються в атмосферу від оксидів сірки за допомогою спеціальних установок.

   Десульфуризація [5,6] є перспективним напрямком зниження викидів оксидів сірки від дії ТЕС, оскільки одночасно найбільш повно вирішується завдання усунення негативних наслідків, пов'язаних з утворенням та проходженням по тракту котла окислів сірки, підвищення економічності спалювання. При цьому не виникає питання про утилізацію продуктів знесірчення димових газів. Але знесірчення рідкого і твердого палива (на відміну від знесірчення газоподібного палива, яке досить просто здійснюється на місці видобутку) є досить складним у технічному плані процесом.

  Проте, найбільшого поширення в світі отримав другий напрямок зниження окислів сірки – очищення димових газів в установках, що вловлюють сірку [2].

 Всі відомі на сьогодні способи організації технологічного процесу видалення сірчистого ангідриду з димових газів можна класифікувати наступним чином:

• абсорбційні [1-7], при яких сірчистий ангідрид зв'язується хімічно в промивній рідині фізичним шляхом, шляхом молекулярного тяжіння, наприклад, абсорбція на основі сполук аміаку (NН3) до яких можна віднести процес "IFP" (Французький інститут нафти) за яким працює більше 40 установок в світі (в тому числі 10 у США), процес Cominco (Cominco Engineering Services Limited), Британська Колумбія, Канада; процеси "Соксал", "Сульфо-ікс", США; процес "Elsorb", Норвегія; процеси "E-SO", "Lids", кампанія Бабкок-Вілклкс, США [2,4,5] та інші;
• адсорбційні [1-7], при яких відбувається зв'язування сірчистого ангідриду з поверхнею твердого матеріалу чисто фізичними силами взаємодії;
• хемосорбціонние, при яких відбувається хімічне зв'язування з твердим матеріалом.

  Перераховані вище способи можна розділити на мокрі і сухі в залежності від того, в якій фазі відбувається процес зв'язування сірчистого ангідриду [1-7].

Мокрі абсорбційні методи, які використовують для зв'язування сірчистого ангідриду промивні розчини з лужними властивостями, отримали найбільш широке поширення. До цих методів відносяться:

абсорбція SO₂ за допомогою основних лужних сполук (NaOH, Na CO₃), наприклад, процес "Wellman-Lord", США, Японія [2, 4, 5]. Зв'язування SO₂ у цьому процесі проходить без будь-яких ускладнень так як у всьому діапазоні pH розчину для промивання утворюються добре розчинні солі. Цей метод економічно виправданий тільки тоді, коли можлива регенерація абсорбенту, оскільки ці сполуки відносно дорогі, а легкорозчинні солі, що утворюються в результаті реакції не підлягають зберіганню і подальшому використанню:

• абсорбція SO2 за допомогою лужноземельних сполук, таких як: Ca(OH)₂, CaCO₃, Mg(OH)₂ [4]. У цих процесах зв'язування SO₂ проводиться за допомогою суспензії, оскільки розчинність згаданих речовин у воді сильно залежить від значення pH розчину. Кінцевим продуктом цих методів, як правило, є гіпс, придатний до подальшого застосування [4-6];
• абсорбція SO₂ за допомогою так званого подвійного лужного способу [4,5], при якому лужний абсорбент регенерується за допомогою лужно-земельної сполуки з виділенням кінцевого продукту, придатного для подальшого застосування;
• абсорбція SO₂ за допомогою сполук амонію (NH₄OH і (NH₄)₂SO₃). В результаті процесу виходить сірчана кислота і сірка [4-6].

 

       Все  більш широке застосування знаходить напівсухий метод зв'язування SO2 – метод розпилювальної абсорбції, при якому зв'язування SO₂ відбувається краплями суспензії вапна Са(ОН)₂, що розпилюється в потоці димових газів [4]. Стримуючим фактором для широкого поширення цього ефективного і відносно нескладного методу є обмежене застосування, одержуваного в результаті процесу кінцевого продукту - сульфіто-сульфатної суміші.

До сухих способів очищення можна віднести [2]:

1. сухий адитивний метод (хемосорбція), при якому лужноземельні сполуки (в основному вапняк) подаються в топку або подаються туди разом з паливом. метод має відносно низьку ефективність, процеси "Bergbau Frschung", Німеччина; "HOKCO", США та ін [2,4,5];

2. хемосорбция SO₂ із застосуванням окису міді (метод "УОП-Шель");

 каталітичне окислення SO₂ у SO₃ , з отриманням сірчаної кислоти, процес "WSA", розроблений фірмою "Haldor Topse" Данія [2,4,5];

3. адсорбція SO₂ із застосуванням активованого вугілля або коксу, з отриманням кінцевого продукту розведеної сірчаної кислоти або гіпсу;

 4. радіаційно-хімічне очищення димових газів від оксидів сірки та азоту (радіоліз), розробляється фірмою "Штейнмюллер", Німеччина, також і в Росії, СО РАН ("Інститут Ядерної Фізики"). Потік димових газів після введення в нього аміаку опромінюється пучком прискорених електронів. Кінцевим продуктом є сульфат і нітрат амонію.

За останні 10 років на території Росії були створені винаходи для очищення від діоксиду сірки, які більшою мірою відноситься до області мокрого очищення газів.

Так Всеросійським науково-дослідний інститутом гідротехніки ім. Б. Є. Вєдєнєєва був розроблений метод, який включає сухе очищення від золи, гідрозоловидалення зворотною водою з видаленням пульпи золи та шлаку, що утворилися, подачу освітленої лужної води з відстійного ставка на зрошення очищених від золи димових газів. Воду після зрошення димових газів відводять в той же відстійний ставок на змішання з освітленою водою [10].

  Новосибірський державний університет ім. Ленінського комсомолу запатентував спосіб очищення газів, що відходять від діоксиду сірки, який може бути використаний у металургійній та інших галузях. Сутність способу полягає в тому, що гази, які містять діоксид сірки, піддаються частковому відновлення до Н₂S газоподібним відновником при (800÷1000)оC до досягнення в реакційній суміші співвідношення SO₂:H₂S = 1:>2. Отриману суміш охолоджують, а потім піддають переробці на елементарну сірку шляхом пропускання через водний розчин тіосульфату амонію при pН 6,5÷7,0 з подачею повітря в присутності каталізатора і розчину діоксиду кремнію в плавиковій кислоті. Спосіб забезпечує 100% витяг діоксиду сірки [11].

 Уральська державна лісотехнічна академія запропонувала спосіб очищення газів від фтористого водню і діоксиду сірки. Винахід відноситься до області мокрого очищення газів від кислих компонентів. Винахід дозволяє провести високоефективну і селективну очистку, здешевити процес за рахунок зниження витрати реагентів та отримання регенерованого відпрацьованого розчину. Суть винаходу полягає в тому, що очищення газів здійснюють шляхом їх охолодження і видалення пилу, промивання водою в режимі протитечії та каскаду послідовно встановлених абсорберів з отриманням плавикової кислоти з подальшою подачею газу на санітарну очистку від фтористого водню в абсорбер, де в якості поглинача використовують технічну воду в кількості 1 л на (80÷160) л газу. Відпрацьовану воду використовують як поглинач на стадії отримання плавикової кислоти, а газ піддають обробці 10% розчином вуглекислого натрію в кількості 1 л розчину на (520÷1000) л очищуваного газу. Відпрацьований розчин регенерують відомими способами. Ефективність очищення газу від фтористого водню становить (92÷99)%, від діоксиду сірки – (95÷99)% [12].

  Також розроблено метод, який може бути використаний для очищення газів в теплоенергетиці та інших галузях промисловості з викидами оксидів сірки та азоту. Суть винаходу: в розпилювальну сушилку подають димові гази і водну суспензію гідроксиду або карбонату кальцію з вмістом води не менше 88 мас.%. Після використання суспензія містить не менше 29 мас.% води. Потім гази подають на стадію абсорбції в режимі циркуляції водним розчином карбаміду з концентрацією (5÷100) г/л при (80÷95)оC. Відпрацьований абсорбційний розчин містить (300÷350) г/л сульфату амонію.