Очистка пылегазовоздушных выбросов предприятий стройиндустрии от пыли и вредных газовых загрязнений (В. Буренин, "Охрана труда и техника безопасности в строительстве", N 8, август 2010 г.)

Очистка пылегазовоздушных выбросов предприятий стройиндустрии от пыли и вредных газовых загрязнений

Развитие промышленного производства в мире привело к сложной ситуации: воздействия промышленности нарушают равновесие в природе и создают неблагоприятные условия для жизни людей. Человек - наиболее сложная и совершенная биологическая структура, одной из важнейших качественных характеристик которой является здоровье. Данный критерий (характеристика) комфортного существования человека на Земле зависит от состояния окружающей его природно-техногенной среды. Следовательно, риск нанесения ущерба здоровью людей - основной компонент экологического риска, а изменения состояния здоровья человека - наиболее значимый и достоверный индикатор негативной нагрузки факторов риска на окружающую природную среду в целом.

В основных положениях "Экологической доктрины Российской Федерации" отмечается, что конституционными основами экологической политики России являются государственные гарантии возмещения ущерба, причиненного здоровью. Это, как правило, экономический вред личности, каковым в сфере производства оцениваются травмы и профессиональные заболевания различной степени тяжести. Скрытый вред здоровью, наносимый техногенными факторами, который доминирует по масштабам негативного воздействия, сегодня не может быть оценен в общепонятных социально-стоимостных эквивалентах [1].

Действующий Закон Российской Федерации "Об охране окружающей природной среды" предусматривает решение следующих задач:

- охрана окружающей природной среды, а через нее охрана здоровья человека;

- предупреждение вредного воздействия хозяйственной или иной деятельности;

- оздоровление окружающей среды путем улучшения ее качества.

Однако скрытый вред здоровью человека (экологический ущерб) может быть оценен уменьшением продолжительности жизни человека. Данный показатель зависит от уровня превышения гигиенических нормативов и времени воздействия вредных факторов. Этот показатель, в отличие от вероятностных оценок, позволяет их не только сравнивать, но и оценивать последствия сочетанного действия вредных факторов. Строгие количественные критерии дают возможность установить рисковые доминанты и провести их ранжирование независимо от природы источника, генерирующего факторы риска.

Анализ деятельности предприятий различных отраслей промышленности показывает, что воздействие загрязняющих веществ, содержащихся в технологических выбросах, на окружающую среду зависит от их физических и химических свойств, свойств продуктов деструкции и концентрации тех и других в выбросах и окружающей среде.

Основными источниками антропогенного загрязнения атмосферы являются предприятия, в выбросах которых содержатся следующие вещества: пыль и аэрозоли, зола, оксид цинка, силикаты, хлорид свинца, диоксид и триоксид серы, сероводород, альдегиды, углеводороды, смолы, оксид и диоксид азота, аммиак, озон, оксид и диоксид углерода, фтороводород, хлороводород, радиоактивные газы и т.д.

Строительство оказывает существенное негативное воздействие на воздушный бассейн в виде загрязнения его вредными пылегазовоздушными выбросами. Так, при строительно-монтажных работах состояние воздушного бассейна ухудшается в процессе:

- выброса токсичных выхлопных газов машинами, механизмами и другой строительной техникой, работающей на двигателях внутреннего сгорания;

- распыления цемента, извести и других сыпучих загрязняющих веществ;

- сжигания отходов и остатков строительных материалов;

- сброса с этажей отходов и мусора без применения закрытых лотков и бункеров - накопителей.

Газовые и аэрозольные загрязняющие вещества выделяются в воздушную среду при оттаивании на строительных площадках замершего грунта, при нагреве воды, приготовлении изоляционных материалов и т.д.

Эти вредные загрязняющие атмосферу вещества оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье людей, жизнедеятельность растений, животных и микроорганизмов, разрушают здания, сооружения, памятники, вредно влияют на оборудование и технологические процессы.

Основные пути снижения и полной ликвидации загрязнения атмосферы пылегазовоздушными выбросами предприятий стройиндустрии следующие: применение экологически безопасных источников энергии, безотходной технологии производства; борьба с выхлопными газами строительной техники, озеленение; разработка и внедрение фильтров для очистки обезвреживания промышленных пылегазовоздушных выбросов. Именно очистные фильтры являются в настоящие время основным средством борьбы с промышленным загрязнением атмосферы. Очистка пылегазовоздушных выбросов предприятий стройиндустрии в атмосферу осуществляется пропусканием их через различные по типу и конструкции фильтры [2]. Все они предназначены для улавливания пыли, вредных паров и газов из пылегазовоздушных выбросов.

В последние годы различные фирмы промышленно развитых стран мира разработали, запатентовали и выпускают новые эффективные фильтры для очистки и обезвреживания промышленных пылегазовоздушных выбросов.

Повышенной надежностью работы отличается механический щелевой фильтр [3] для очистки пылегазовоздушных выбросов от взвешенных твердых и пластичных частиц загрязнений, содержащий корпус 1 (рис. 1) с впускным А и выпускным Б патрубками, внутри которого установлен фильтрующий элемент 2 из спирально намотанной основной проволоки фасонного поперечного сечения. На основную проволоку намотана дополнительная проволока, обеспечивающая постоянство межвитковых зазоров по всей поверхности фильтрующего элемента 2.

"Рис. 1. Механический щелевой фильтр из спирально намотанных проволок"

Поток пылегазовоздушных выбросов через впускной патрубок А поступает к фильтрующему элементу 2, на поверхности которого задерживаются частицы загрязнений с размерами, превышающими межвитковые зазоры между основной и дополнительной проволоками. Очищенные от частиц загрязнений определенного размера пылегазовоздушные выбросы выходят из корпуса 1 через выпускной патрубок Б.

Для качественной очистки пылегазовоздушных выбросов от твердых и пластичных частиц загрязнений фирма I. Schmalz GmbH (Германия) выпускает механический фильтр марки STF-D [4], который имеет корпус из прочной пластмассы и фильтрующий элемент из специальной бумаги, обеспечивающий высокую степень улавливания пыли. Особые достоинства этого фильтра - низкое аэродинамическое сопротивление и встроенная автоматическая система контроля загрязнения фильтрующего элемента, следящая за разницей давлений на входе и выходе фильтра. При достижении предельного загрязнения система подает звуковой сигнал на замену фильтрующего элемента.

Большим ресурсом работы отличается регенерируемый фильтрующий элемент [5] механического фильтра для очистки пылегазовоздушных выбросов от твердых частиц загрязнений, состоящий из трубчатого кожуха 3 (рис. 2) и сотовой структуры, выполненной из гофрированных 1 и гладких 2 слоев, изготовленных из фильтрующих материалов и образующих каналы для прохода очищаемых пылегазовоздушных выбросов. Для придания механической стабильности фильтрующему элементу предусмотрен усиливающий участок, расположенный в краевой зоне элемента с входной стороны и защищающий его от раздувания, что предотвращает разлохмачивание фильтрующего элемента по краю.

"Рис. 2. Регенерируемый фильтрующий элемент сотовой структуры для механического фильтра"

Надежен в работе и обладает повышенной эффективностью пылеулавливания фильтрующий регенерируемый элемент типа ФРЭ-1 механического фильтра [6]. Фильтрующий элемент выполнен в виде блока, состоящего из двух фильтровальных бумажных гофрированных патронов, установленных в общем каркасе. Каркас состоит из верхней и нижней плит, на которых крепятся фильтровальные патроны, каждый с помощью трех стержней, расположенных с внешней стороны патрона, во впадинах его гофр, и закрепленных одним концом в нижней плите, а другим - в верхней. На внешней поверхности верхней плиты размещен механизм регенерации, позволяющий быстро заменить, в случае необходимости, фильтрующий элемент типа ФРЭ-1.

Фильтры-пылеуловители мокрой очистки газов по степени очистки могут не только успешно конкурировать с таким высокоэффективными пылеуловителями, как рукавные фильтры, но и использоваться в тех случаях, когда рукавные фильтры нельзя применять вследствие высокой температуры, повышенной влажности или взрывоопасности очищаемых газов. В фильтрах-пылеуловителях мокрой очистки газов одновременно с взвешенными частицами можно улавливать парообразные и газообразные компоненты. К недостаткам мокрой очистки следует отнести: необходимость обработки (очистки) образующихся сточных вод, повышенный брызгоунос и требование защиты фильтров от коррозии при обработке агрессивных сред.

С целью повышения степени очистки пылегазовоздушных выбросов разработана конструкция механического фильтра - пылеуловителя мокрой очистки с насыпным фильтрующим слоем в виде зерен адсорбента [7]. Фильтр пылегазоуловитель (рис. 3) содержит корпус 1 с входным 6 и выходным 9 патрубками для газовоздушных выбросов и фильтрующий элемент 8 в виде заполненных зернами (гранулами) адсорбента перфорированных опорных решеток, над которыми установлена форсунка 7 аппарата электрораспыления рабочего раствора. Аппарат электрораспыления представляет собой пластмассовую трубку 2, один конец которой соединен с форсункой 7, а другой - с пластмассовым баком 5, содержащим рабочий раствор, например 0,5 %-й раствор метилметакрилата в ксиленацетилацетоне, причем в баке 5 расположен электрод 3, питаемый постоянным током высокого напряжения, а для пополнения бака рабочим раствором предусмотрен трубопровод 4. Гранулы (зерна) адсорбента изготавливают из диэлектрического материала, способного легко заряжаться, длительное время удерживать электрический заряд. Для высокоэффективной работы фильтра-пылеуловителя скорость потока очищаемых газовоздушных выбросов должна составлять 0,1-0,2 м/с.

"Рис. 3. Механический фильтр - пылеуловитель мокрой очистки с насыпным фильтрующим слоем в виде зерен абсорбента"

Для снижения энергозатрат и уменьшения расхода воды при мокрой очистке пылегазовоздушных выбросов разработано устройство [8], содержащее две камеры охлаждения и конденсации с теплообменниками, выполненными в виде секций змеевика из металлопластиковых труб. При очистке увлажненного пылегазовоздушного потока пыль осаждается с каплями воды на холодной теплообменной поверхности змеевиковых теплообменников и периодически удаляется при орошении водой загрязненной поверхности. При орошении водой загрязненной поверхности теплообменников подачу на них очищаемых пылегазовоздушных выбросов прекращают.

Наиболее распространенными установками сухого пылеулавливания являются силовые фильтры - пылеуловителя циклонного типа (циклоны). В циклонах осаждение частиц загрязнений из пылегазовоздушных выбросов происходит вследствие их закрутки под действием центробежного (инерционного) эффекта. С увеличением размера частиц и уменьшением диаметра циклона эффективность очистки возрастает. Для эффективного пылеулавливания используют несколько циклонов небольшого диаметра, которые собирают в секции - батареи (батарейные циклоны). К недостаткам батарейных циклонов следует отнести подверженность их сильному пылевому износу, что ведет к снижению эффективности работы. Кроме того, степень очистки газовоздушных выбросов от твердых частиц загрязнений в батарейных циклонах меньше, чем в электрофильтрах, скрубберах и механических фильтрах, поэтому их применяют для предварительной очистки пылегазовоздушных выбросов от частиц загрязнений на входе основных фильтров.

Эффективно очищает пылегазовоздушные выбросы прямоточный групповой циклон [9], состоящий из трех циклонных элементов общей производительностью 9000-11500 м3/ч (диаметр равен 300 мм). Циклонные элементы 3 (рис. 4) устанавливают лапами на опору, которую монтируют на поперечных балках эстакады на открытом воздухе. Верхние концы циклонных элементов 3 соединяют с помощью фланцев с газоходом 2. Неочищенный газ (пылегазовоздушные выбросы) из печи 1 поступает через крестовину в три параллельно установленных циклонных элемента. Температура неочищенного газа составляет 800-4000 С. Очищенный газ из циклонных элементов 3 отсасывается компрессором 4 через патрубки, попадает в газоход очищенного газа и через общую выпускную трубу направляется в атмосферу. Нижние выходы циклонных элементов соединяют с бункером уловленной пыли 5. Герметичность при выпуске пыли обеспечивается наличием столба уловленной пыли в патрубках циклонных элементов 3.

"Рис. 4. Прямоточный групповой фильтр - циклон для очистки от пыли пылегазовоздушных выбросов"

Внедрение группового циклона позволило повысить степень очистки пылегазовоздушных выбросов от пыли, улучшить экологическую обстановку, снизить стоимость обслуживания оборудования, освободить производственную площадь.

Очистка газов и воздуха под действием электрических сил - один из наиболее совершенных способов улавливания пыли. Аппараты для такой очистки называют воздушными (газовыми) электрическими фильтрами (электрофильтрами). Принцип действия электрофильтров основан на ударной ионизации очищаемых газов в зоне коронирующего разряда. При этом происходят передача заряда ионов взвешенным в газе частицам примесей и осаждение этих частиц загрязнений на осадительных и коронирующих электродах. Периодически электроды встряхивают с помощью специальных устройств, и частицы загрязнений осаждаются в бункерах.

Схема типовой электрофильтрационной установки с агрегатами электропитания для очистки газовоздушных выбросов от твердых и жидких частиц в широком диапазоне дисперсности от 0,1 до 100 мкм при их концентрации в газе до 50 г/м3 показана на рис. 5. Установка состоит из электрофильтра 7, регулятора напряжения 1, повышающего трансформатора 2, высоковольтного выпрямителя 3, высоковольтного кабеля 4, заземления 5, изолятора 6, осадительных 8 и коронирующих 9 электродов. В установке предусмотрена система удаления пыли или шлама. Очищаемый газовоздушный поток пропускает через электрическое поле, образованное между коронирующими 9 и осадительными 8 электродами. На коронирующие электроды 9 подводят выпрямленный ток отрицательной полярности напряжением 50...80кВ, а осадительные электроды заземляют.

"Рис. 5. Схема типовой электрофильтрационной установки с агрегатами электропитания для очистки пылегазовоздушных выбросов от твердых и жидких частиц загрязнений"

Электрофильтры являются универсальными и наиболее эффективными пылеуловителями, допускающими работу в условиях высоких температур (обычно до 4000-4500 С) и агрессивной среды. Вместе с тем они имеют высокую стоимость и металлоемкость, чувствительны к отклонениям от оптимальных режимов, требуют тщательного монтажа, квалифицированного обслуживания и ремонта.

Повышенной надежностью, небольшими габаритными размерами и массой отличается электрофильтр [10]. Он состоит из корпуса, внутри которого расположены осадительные и коронирующие электроды, механизма их встряхивания с выходным валом, соединенным с валом - изолятором, закрытым кожухом. Крутящий момент от приводного электродвигателя через вал и вал-изолятор передается на молотковый вал механизма встряхивания. Последний, вращаясь, поднимает и сбрасывает молотки, которыми встряхиваются осадительные и коронирующие электроды. Так как они периодически очищаются от пыли, а поверхность вала-изолятора защищена от загрязнения, надежность и ресурс работы электрофильтра значительно увеличен.

Для эффективной очистки сухих и влажных промышленных пылегазовоздушных выбросов фирма "Forxchungszentrum Karslsrue GmbH" (Германия) разработала серию электрофильтров CAROLA производительностью от 300 до 2500 м3/ч [11]. Они обеспечивают возможность увеличения скорости движения очищаемых пылегазовоздушных выбросов в 2-5 раз по сравнению с существующими электрофильтрами, имеют небольшие габаритные размеры и массу, низкий расход электроэнергии, а также отличаются малым аэродинамическим сопротивлением.

Промышленное производство, в том числе предприятия стройиндустрии, а также другие виды хозяйственной деятельности людей сопровождаются выбросом в атмосферный воздух паров, газов, аэрозолей и других вредных веществ, что является прямым результатом несовершенства технологического оборудования, в первую очередь, его негерметичности, а также отсутствия или недостаточной эффективности пылегазоулавливающих устройств.

Требования к качеству окружающей воздушной среды постоянно растут. В связи с этим необходимо целенаправленно разрабатывать и внедрять более совершенное оборудование для очистки газовоздушных выбросов промышленных предприятий.

Совершенствование воздушных фильтров-пылегазоуловителей, - непрерывный процесс, являющийся составной частью технического прогресса. Он обусловлен все возрастающими экологическими и санитарно-гигиеническими требованиями к окружающей воздушной среде и основан на достижениях во многих областях науки и техники.

Список использованной литературы

1. Сучак Е.Е., Окладникова Е.Н., Кузнецов Е.В. Вычислительные и информационные технологии анализа и оценки социально-экологических рисков. Экология и промышленность России. 2008.  С 14-18.

2. Буренин В.В. Новые фильтры-пылегазоуловители для очистки воздуха от производственной пыли и вредных газовых примесей // Безопасность жизнедеятельности. 2003 N 10. С. 13-16.

3. Патент 2094785 Россия. МПК В01Д 19/00. Щелевой фильтр / К.К. Кинчев, И.Л. Кнабеков. Опубликовано 21.12.2001. Бюллетень N 3.

4. Vakuum - Filter berwacht // Produktion. 2007. N 45. S. 20.

5. Патент 2310763 Россия. МПК F01N 03/22. Фильтр для очистки отработавших газов с поменьшей мере одним фильтрующим элементом/М. Менгельберг, Ян Ходгзон. Опубликовано 20.11.2007. Бюллетень N 32.

6. Патент 2303478 Россия. МПК В01Д 46/00. Фильтрующий регенерируемый элемент типа ФРЭ-1 / О.С. Кочетов, М.О. Кочетов. Опубликовано 27.07.2007. Бюллетень N 21.

7. Патент 2286899 Россия МПК В01Д 14/46. Зернистый фильтр / М.В. Старев, Г.В. Львов, Н.А. Львова. Опубликовано 10.11.2006. Бюллетень N 31.

8. Патент 2329855 Россия. МПК В01Д 47/05. Способ мокрой очистки запыленных газов и устройство для его осуществления / И.Ф. Шлегель. Опубликовано 27.07.2008. Бюллетень N 21.

9. Асламова В.С., Асламов А.А., Ляпустин П.К. Групповой прямоточный циклон для минераловатного производства. Экология и промышленность // 2007. декабрь. С. 6-7.

10. Патент 2179879 Россия. МПК В01D 46/02. Электрофильтр / Л.В. Чекалов, Ю.И. Громов. Опубликовано 27.02.2002. Бюллетень N 6.

11. Bologa A., Paur H.R., Sejfert H. CAROLA aerosol filter for process technology/-28 International Exhibition. Congresson Chemical Engineering. Frankfurt. 15-16 May. 2006. Frankfurt. 2006. P. 239.

В. Буренин,

к.т.н., профессор МАДИ (ГТУ), Москва

"Охрана труда и техника безопасности в строительстве", N 8, август 2010 г.