ИТС 22-2016
ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК ПО НАИЛУЧШИМ ДОСТУПНЫМ ТЕХНОЛОГИЯМ
ОЧИСТКА ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ (ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ) ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПРОДУКЦИИ (ТОВАРОВ), А ТАКЖЕ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ РАБОТ И ОКАЗАНИИ УСЛУГ НА КРУПНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Purification of atmospheric discharge (pollutants) in manufacturing of products (goods), as well as performing works and providing services at large enterprises
Дата введения 2017-07-01
Введение
Настоящий информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям (далее - справочник НДТ) "Очистка выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях" является документом по стандартизации, разработанным в результате анализа технических, технологических и управленческих решений, применяемых при обеспечении очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях.
Структура настоящего справочника НДТ соответствует ПНСТ 21-2014 [11], формат описания технологий - ПНСТ 23-2014 [13], термины приведены в соответствии с ПНСТ 22-2014 [12].
Для удобства идентификации веществ, загрязняющих атмосферный воздух, в тексте настоящего справочника НДТ после наименования вещества в круглых скобках приведен его код в соответствии с документом "Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух" (издание восьмое, переработанное и дополненное. - СПб, 2010).
Краткое содержание справочника НДТ
Введение. Приводятся краткое содержание настоящего справочника НДТ и обзор законодательных документов, использованных при его разработке.
Предисловие. Указывается цель разработки настоящего справочника НДТ, его статус, законодательный контекст, описание конкретной проблемы межотраслевого характера, решаемой настоящим справочником НДТ, описание процедуры создания в соответствии с установленным порядком, а также порядок его применения.
Область применения. Приводятся области применения НДТ, на которые распространяется действие настоящего справочника НДТ. Указываются предприятия, технологии очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух для которых не включены в настоящий справочник НДТ.
В разделе 1 приводится общая информация о рассматриваемой межотраслевой проблеме: очистке выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях.
В разделе 2 приводится описание технологических процессов, используемых в настоящее время для очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг в приоритетных областях применения НДТ. Приоритетные области применения НДТ были выделены из "Перечня областей применения наилучших доступных технологий" (утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р), исходя из объемов выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, наличия экологических проблем и пр. Текст раздела 2 основывается на информации, приведенной в поступивших от предприятий анкетах, а также письменно сформулированных мнениях экспертного сообщества, поэтому в тексте могут встречаться вторичные заимствования из научно-технической литературы.
Раздел 2 состоит из следующих подразделов:
- "2.1 Общие подходы к очистке выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях";
- "2.2 Характеристика выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух в приоритетных областях применения НДТ";
- "2.3 Описание применяемых подходов, методов, мер и мероприятий, направленных на очистку выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух";
- "2.4 Подходы, методы, меры и мероприятия, направленные на очистку производственных выбросов в атмосферный воздух от основных загрязняющих веществ (взвешенных веществ (код 2902), диоксида серы (код 330), диоксида азота (код 301) и оксида азота (код 304), оксида углерода (код 337))".
В разделе 3 приводится определение подходов, методов, мер и мероприятий в качестве НДТ для очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух (образующихся при производстве продукции/товаров, проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях) в соответствии со статьей 28.1 Федерального закона от 10 января 2002 г. N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды", "Методическими рекомендациями по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии", утвержденными Приказом Минпромторга Российской Федерации от 31 марта 2015 г. N 665, а также с учетом положений ГОСТ Р 54097-2010 "Ресурсосбережение. Наилучшие доступные технологии. Методология идентификации" и европейского справочника НДТ "Комплексное воздействие НДТ на окружающую среду и экономическая эффективность".
В разделе 4 приводится описание НДТ, позволяющих сократить эмиссии в окружающую среду, потребление сырья, воды, энергии и снизить образование отходов при очистке выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях. Приводится описание универсальных НДТ, относящихся ко всей области применения настоящего справочника НДТ, в том числе НДТ организационно-управленческого характера, энергосбережения и ресурсосбережения, производственного экологического контроля, предотвращения негативного воздействия обработки отходящих газов на окружающую среду, предотвращения и сокращения образования запахов и шумового воздействия. Приводятся данные по ограничению применимости НДТ (возможность применения НДТ на действующих предприятиях; возможность внедрения НДТ только на новом предприятии). По возможности приводятся экономические показатели, характеризующие применение НДТ.
В разделе 5 приводится описание НДТ, позволяющих оптимизировать процессы очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух от основных загрязняющих веществ посредством проведения первичных мероприятий, направленных на предотвращение образования вредных (загрязняющих) веществ в выбросах, а также вторичных мероприятий ("на конце трубы"), подходы к которым указаны в 2.4. Приводятся данные по ограничению применимости НДТ (возможность использования НДТ на действующих предприятиях; возможность внедрения НДТ только на новом предприятии). По возможности приводятся экономические показатели, характеризующие применение НДТ.
В разделе 6 приводится описание перспективных технологий, применяемых для очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух и находящихся на стадии научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ, опытно-промышленного внедрения, а также зарубежных технологий, не получивших в настоящее время широкого внедрения на территории Российской Федерации.
Заключительные положения и рекомендации. В разделе приводятся сведения о членах технической рабочей группы, принимавших участие в разработке настоящего справочника НДТ, их взаимное согласие по отдельным положениям настоящего справочника НДТ. Приводятся рекомендации о направлениях проведения дальнейших исследований и сбора информации в области НДТ для очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях.
Библиография. Приведен перечень источников информации и нормативных правовых актов, использованных при разработке настоящего справочника НДТ.
Приложения. В приложении А приводится перечень национальных стандартов серии "Ресурсосбережение", в приложении Б - перечень национальных стандартов серии "Энергосбережение", в приложении В - информация по энергоэффективности, в приложении Г - перечень НДТ, в приложении Д - основные и дополнительные виды деятельности с учетом областей применения НДТ, а также действующих в Российской Федерации кодов ОКВЭД.
При разработке настоящего справочника НДТ были использованы следующие законодательные и нормативные документы:
- Федеральный закон от 10 января 2002 г. N 7-ФЗ "Об охране окружающей среды";
- Федеральный закон от 31 декабря 2014 г. N 488-ФЗ "О промышленной политике в Российской Федерации";
- Федеральный закон от 4 мая 1999 г. N 96-ФЗ "Об охране атмосферного воздуха";
- постановление Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1458 "О порядке определения технологии в качестве наилучшей доступной технологии, а также разработки, актуализации и опубликования информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям";
- распоряжение Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р "Об утверждении Перечня областей применения наилучших доступных технологий";
- распоряжение Правительства Российской Федерации от 31 октября 2014 г. N 2178-р "Об утверждении поэтапного графика создания в 2015-2017 годах отраслевых справочников наилучших доступных технологий";
- распоряжение Правительства Российской Федерации от 19 марта 2014 г. N 398-р "Об утверждении комплекса мер, направленных на отказ от использования устаревших и неэффективных технологий, переход на принципы наилучших доступных технологий и внедрение современных технологий";
- приказ Министерства промышленности и торговли Российской Федерации от 31 марта 2015 г. N 665 "Об утверждении Методических рекомендаций по определению технологии в качестве наилучшей доступной технологии";
- ПНСТ 21-2014 Наилучшие доступные технологии. Структура информационно-технического справочника;
- ПНСТ 22-2014 Наилучшие доступные технологии. Термины и определения;
- ПНСТ 23-2014 Наилучшие доступные технологии. Формат описания технологий.
Настоящий справочник НДТ разработан с учетом имеющихся в Российской Федерации технологий, оборудования, сырья, других ресурсов, а также с учетом климатических, экономических и социальных особенностей Российской Федерации.
В качестве источников информации об областях применения НДТ и о применяемых на практике технологиях, относящихся к НДТ, были использованы сведения, полученные в результате анкетирования предприятий, статистические сборники, результаты научно-исследовательских и диссертационных работ, иные источники, а также информация, полученная в ходе консультаций с экспертами в соответствующей области.
Предисловие
Цели, основные принципы и порядок разработки информационно-технических справочников по наилучшим доступным технологиям установлены постановлением Правительства Российской Федерации от 23 декабря 2014 г. N 1448* ([1]). Перечень областей применения наилучших доступных технологий определен распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р ([2]).
Основной целью разработки настоящего справочника НДТ является создание базового инструмента для внедрения НДТ в области очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях.
1 Статус документа
Настоящий справочник НДТ является документом по стандартизации и разработан в соответствии с положениями, требованиями и терминологией, изложенными в ПНСТ 21-2014, ПНСТ 23-2014 и ПНСТ 22-2014.
2 Информация о разработчиках
Настоящий справочник НДТ разработан технической рабочей группой "Очистка выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях" (ТРГ 22), состав которой утвержден приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 4 марта 2016 г. N 237 "О создании технической рабочей группы "Очистка выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях" (в редакции приказа Росстандарта от 18 июля 2016 г. N 1045).
Перечень организаций и их представителей, принимавших участие в разработке настоящего справочника НДТ, приведен в разделе "Заключительные положения и рекомендации".
Настоящий справочник НДТ представлен на утверждение Бюро наилучших доступных технологий (далее - Бюро НДТ) (www.burondt.ru).
3 Краткая характеристика
Настоящий справочник НДТ содержит описания используемых в настоящее время в Российской Федерации универсальных подходов и методов, применимых при очистке выбросов вредных (загрязняющих) веществ на предприятиях, относящихся к областям применения НДТ, определенным распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р. Из этих подходов и методов выделены решения, признанные наилучшими доступными технологиями для приоритетных областей применения НДТ, включая, по возможности, соответствующие параметры экологической результативности, ресурсо- и энергоэффективности, а также экономические показатели.
4 Взаимосвязь с международными, региональными аналогами
5 Сбор данных
В целях сбора информации о применяемых на промышленных предприятиях технологических процессах, оборудовании, а также об источниках загрязнения окружающей среды, технологических, технических и организационных мероприятиях, направленных на снижение загрязнения окружающей среды и повышение энергоэффективности и ресурсосбережения, была подготовлена "Анкета для предприятий, содержащая формы для сбора данных, необходимых для разработки проекта справочника НДТ" (далее - Анкета). В качестве основы для формирования Анкеты был использован ПНСТ 23-2014 "Наилучшие доступные технологии. Формат описания технологий".
Анкета была направлена в адреса 906 крупных российских предприятий. Сведения, полученные в результате анкетирования предприятий, были использованы при разработке настоящего справочника НДТ.
6 Взаимосвязь с другими справочниками НДТ
Взаимосвязь настоящего справочника НДТ с другими справочниками НДТ, разработанными или разрабатываемыми в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 31 октября 2014 г. N 2178-р, приведена в разделе "Область применения".
7 Информация об утверждении, опубликовании и введении в действие
Настоящий справочник НДТ утвержден приказом Росстандарта от 15 декабря 2016 г. N 1880.
Настоящий справочник НДТ введен в действие с 1 июля 2017 г., официально опубликован в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru).
Область применения
Настоящий справочник НДТ разработан во взаимосвязи с отраслевыми справочниками НДТ, разрабатываемыми в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 31 октября 2014 г. N 2178-р, и включает в себя описание универсальных подходов и методов, применимых при очистке выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях, относящихся к областям применения НДТ, определенным распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р.
Настоящий справочник НДТ носит методический характер и содержит обобщенную информацию, сведения общего характера, общие подходы к межотраслевым технологиям, техническим и управленческим решениям по очистке выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух. Справочник НДТ не содержит перечней маркерных веществ для каких-либо отраслей промышленности. В настоящем справочнике НДТ не рассматриваются специальные технологии, процессы или устройства для вовлечения в технологический процесс газов (с предварительной очисткой или без нее) в целях уменьшения величины выбросов вредных (загрязняющих) веществ или предотвращения их образования.
Рекомендации, содержащиеся в настоящем межотраслевом ("горизонтальном") справочнике НДТ, могут применяться в случае отсутствия соответствующих рекомендаций в отраслевом ("вертикальном") справочнике НДТ, к области применения которого относится рассматриваемое предприятие (объект), в целях достижения технологических нормативов.
Для областей применения НДТ в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р разрабатываются соответствующие отраслевые ("вертикальные") справочники НДТ.
По итогам обсуждения в ТРГ 22 в настоящий справочник НДТ включены виды экономической деятельности (в соответствии с ОК 029-2014 (КДЕС Ред.2)), включенные в разделы:
- B - добыча полезных ископаемых;
- C - обрабатывающие производства;
- D - обеспечение электрической энергией, газом и паром; кондиционирование воздуха.
В настоящем справочнике НДТ особо рассматриваются технологии очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях приоритетных областей применения НДТ применительно к целям настоящего справочника НДТ, в которых:
- объемы выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух сравнительно велики;
- проблемы, связанные с очисткой выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, достаточно специфичны, однако обладают и общими с другими отраслями характеристиками.
В настоящем справочнике НДТ особо не рассматриваются технологии очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на тех предприятиях:
- основной целью которых является обеспечение национальной и международной безопасности либо единственной целью которых является защита объектов и (или) территорий от природных катастроф;
- очистка выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух которых осуществляется исключительно с помощью универсальных НДТ очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, приведенных в разделе 4 и (или) НДТ, специфичных для одной или нескольких областей применения НДТ, рассмотренных в разделе 5;
- очистка специфических выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух которых, по имеющейся информации, подробно рассматривается в соответствующих отраслевых ("вертикальных") справочниках НДТ;
- обращение с выбросами вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух которых и (или) с загрязняющими веществами, содержащимися в таких выбросах, регулируется специальным законодательством;
- основной целью которых является обеспечение энергетической безопасности населения и предприятий Российской Федерации путем бесперебойного энергоснабжения электрической и тепловой энергией в режиме комбинированного производства.
Настоящий справочник НДТ подлежит применению на объектах, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду и отнесенных в соответствии с критериями, утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 28 сентября 2015 г. N 1029 "Об утверждении критериев отнесения объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, к объектам I, II, III и IV категорий", ко всем объектам I категории, а также к объектам II категории, перечисленным ниже: подпункты а), в)-н), ч) в части обезвреживания отходов производства и потребления IV и V классов опасности (с проектной мощностью менее 3 т/ч); обеззараживания и (или) обезвреживания биологических и медицинских отходов (с проектной мощностью менее 10 т/сут); захоронения отходов производства и потребления IV и V классов опасности, включая твердые коммунальные отходы (менее 20 тыс.т/год).
Раздел 1. Общая информация о выбросах вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях
При производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях в атмосферный воздух выбрасывается более 17000 тыс.т/год загрязняющих веществ, из которых только 75,6% подвергаются очистке. На рисунке 1 представлен общий объем выбросов загрязняющих веществ в Российской Федерации в 2014 году.
Рисунок 1 - Общий объем выбросов загрязняющих веществ в Российской Федерации
По объемам выбросов в атмосферный воздух от стационарных источников на первом месте располагаются обрабатывающие производства (третья часть суммарного объема по России) - за счет металлургического производства. Другой крупный блок источников загрязнения атмосферного воздуха образуют предприятия по добыче полезных ископаемых (27,2%), в первую очередь предприятия, занимающиеся добычей сырой нефти и нефтяного (попутного) газа. Значительные объемы выбросов в атмосферу характерны для предприятий топливно-энергетического комплекса, связанных с производством, передачей и распределением электроэнергии, а также с транспортированием по трубопроводам газа и продуктов его переработки. На рисунке 2 представлены соотношения объема выбросов от стационарных источников по видам экономической деятельности.
Рисунок 2 - Соотношения объема выбросов от стационарных источников по видам экономической деятельности
На рисунке 3 представлено количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух на единицу площади в 2014 году.
Рисунок 3 - Количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух на единицу площади в 2014 году
В таблице 1 представлены выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в Российской Федерации в 2007-2014 годах.
Таблица 1 - Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух в Российской Федерации в 2007-2014 годах (данные Росстата и Росприроднадзора)
Показатель | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | 2012 | 2013 | 2014 | |
Общий объем выбросов, от стационарных источников и автомобильного транспорта, тыс.т/год, из них: | 35303,5 | 33691,7 | 32559,8 | 32220,4 | 32487,5 | 32309,2 | 31870,9 | 31073,5 | |
- от стационарных источников, тыс.т/год | 20636,9 | 20103,3 | 19021,2 | 19115,6 | 19162,3 | 19630,3 | 18446,5 | 17451,9 | |
- от автомобильного транспорта, тыс.т/год | 14666,6 | 13588,4 | 13538,6 | 13104,8 | 13325,2 | 12678,9 | 13424,4 | 13621,6 | |
Общий объем выбросов от железнодорожного транспорта, тыс.т/год | Н/д | Н/д | Н/д | Н/д | 140,0 | 159,5 | 192,5 | 154,2 | |
Объем выбросов SO - сера диоксид (ангидрид сернистый) (330) | Всего, тыс.т/год | 4678,1 | 4644,1 | 4480,6 | 4497,9 | 4454,7 | 4415,4 | 4249,2 | 4113,3 |
| От стационарных источников, тыс.т/год | 4573,1 | 4534,1 | 4370,6 | 4385,3 | 4342,7 | 4340,9 | 4173,3 | 4036,3 |
| От автомобильного транспорта, тыс.т/год | 105,0 | 110,0 | 110,0 | 112,6 | 112,0 | 74,5 | 75,9 | 77,0 |
Объем выбросов СО - углерод оксид (337) | Всего, тыс.т/год | 17450,4 | 16259,5 | 15603,5 | 15341,7 | 15816,3 | 16092,9 | 15757,5 | 15493,0 |
| От стационарных источников, тыс.т/год | 6448,4 | 6091,5 | 5500,5 | 5565,1 | 5753,5 | 6001,8 | 5350,9 | 4938,4 |
| От автомобильного транспорта, тыс.т/год | 11002,0 | 10168,0 | 10103,0 | 9776,6 | 10062,8 | 10091,1 | 10406,6 | 10554,6 |
Объем выбросов взвешенных веществ (2902) | Всего, тыс.т/год | 2793,4 | 2757,2 | 2394,1 | 2435,0 | 2327,3 | 2273,1 | 2033,4 | 1947,4 |
| От стационарных источников, тыс.т/год | 2743,4 | 2704,2 | 2341,1 | 2381,2 | 2283,1 | 2249,4 | 2008,5 | 1922,2 |
| От автомобильного транспорта, тыс.т/год | 50,0 | 53,0 | 53,0 | 53,8 | 44,2 | 23,7 | 24,9 | 25,3 |
Объем выбросов NH  - аммиак (303) | Всего, тыс.т/год | н/д | н/д | н/д | 69,7 | 70,4 | 80,7 | 81,9 | 86,7 |
| От стационарных источников, тыс.т/год | 41,6 | 39,2 | 40,3 | 42,2 | 44,0 | 47,5 | 46,6 | 51,0 |
| От автомобильного транспорта, тыс.т/год | Н/д | Н/д | Н/д | 27,5 | 26,4 | 33,2 | 35,3 | 35,7 |
Объем выбросов NO (в пересчете на NO - диоксид азота (301) | Всего, тыс.т/год | 3635,8 | 3660,6 | 3561,5 | 3656,9 | 3561,9 | 3356,5 | 3333,3 | 3288,4 |
| От стационарных источников, тыс.т/год | 1732,8 | 1816,6 | 1730,5 | 1855,2 | 1880,0 | 1937,5 | 1874,2 | 1805,5 |
| От автомобильного транспорта, тыс.т/год | 1903,0 | 1844,0 | 1831,0 | 1801,7 | 1681,9 | 1419,0 | 1459,1 | 1482,9 |
Объем выбросов НМ ЛОС | Всего, тыс.т/год | 3447,6 | 2872,0 | 2913,0 | 2885,1 | 2966,6 | 2552,1 | 2823,8 | 2730,0 |
| От стационарных источников, тыс.т/год | 1908,6 | 1532,0 | 1546,0 | 1605,3 | 1622,8 | 1638,2 | 1455,8 | 1340,0 |
| От автомобильного транспорта, тыс.т/год | 1539,0 | 1340,0 | 1367,0 | 1279,8 | 1343,8 | 913,9 | 1368,0 | 1390,0 |
Объем выбросов от стационарных и автомобильных источников на душу населения, т/чел. | 0,247 | 0,236 | 0,228 | 0,226 | 0,227 | 0,225 | 0,222 | 0,212 | |
Объем выбросов от стационарных и автомобильных источников на единицу ВВП, т/млн руб. | 1,24 | 0,96 | 0,96 | 0,80 | 0,68 | 0,61 | 0,56 | 0,51 | |
Законодательство Российской Федерации в области охраны атмосферного воздуха основывается на Конституции Российской Федерации, Федеральном законе от 4 мая 1999 г. N 96-ФЗ "Об охране атмосферного воздуха" и принимаемых в соответствии с ним других федеральных законах и иных нормативных правовых актах Российской Федерации, а также законах и иных нормативных правовых актах субъектов Российской Федерации. Законодательство субъектов Российской Федерации в области охраны атмосферного воздуха может предусматривать введение дополнительных экологических требований охраны атмосферного воздуха.
Развитие российского нормативно-правового поля осуществляется в соответствии с международными подходами (практиками) в области охраны атмосферного воздуха, в основе которых лежат принципы приоритета охраны жизни и здоровья человека, обеспечения благоприятных условий для жизни, труда и отдыха, недопущения необратимых последствий загрязнения атмосферного воздуха для окружающей среды, обязательности государственного регулирования выбросов вредных (загрязняющих) веществ и вредных физических воздействий на атмосферный воздух, гласности, полноты и достоверности информации о состоянии атмосферного воздуха и его загрязнении и др.
Правовые инструменты для реализации этих принципов включают:
- установление нормативов качества атмосферного воздуха и нормативов выбросов и вредных физических воздействий;
- государственную регистрацию новых загрязняющих и потенциально опасных веществ;
- получение разрешения на выброс и оказание вредного физического воздействия;
- государственный учет вредных воздействий, ведение мониторинга атмосферного воздуха, инвентаризация выбросов и вредных физических воздействий и их источников.
Соответствующие требования определены применительно к различным стадиям хозяйственной деятельности (проектированию и размещению предприятий, их строительству, реконструкции, вводу в эксплуатацию и эксплуатации), к обращению с различными веществами (транспортирование и использование пестицидов и агрохимикатов, озоноразрушающих веществ, опасных отходов, пылящих материалов и т.д.), к функционированию отдельных групп объектов (опасных производственных объектов, автомобильного и иного транспорта, объектов атомной энергетики).
Важнейшим инструментом охраны атмосферного воздуха является нормирование. В настоящее время в систему нормативов включены:
- предельно допустимые уровни физического воздействия на атмосферный воздух, отражающие предельно допустимый максимальный уровень, при котором отсутствует вредное воздействие на здоровье человека и окружающую среду;
- предельно допустимые нормативы вредного физического воздействия на атмосферный воздух, которые устанавливаются для каждого источника шумового, вибрационного, электромагнитного и других физических воздействий на атмосферный воздух, при которых вредное физическое воздействие от данного и от всех других источников не приведет к превышению предельно допустимых уровней физического воздействия на атмосферный воздух;
- технологические нормативы выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, которые устанавливаются для технологических процессов основных производств и оборудования, отнесенных к областям применения НДТ, с применением технологического показателя выброса;
- технические нормативы выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, которые определяются как объем или масса химического вещества либо смеси химических веществ в расчете на единицу пробега транспортного средства или единицу произведенной работы двигателя передвижного источника;
- предельно допустимые (критические) нагрузки, являющиеся показателем воздействия одного или нескольких вредных (загрязняющих) веществ на окружающую среду, превышение которых может привести к вредному воздействию на нее;
- предельно допустимый выброс вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который определяется как объем или масса химического вещества либо смеси химических веществ, микроорганизмов, иных веществ как показатель активности радиоактивных веществ, допустимый для выброса в атмосферный воздух стационарным источником и (или) совокупностью стационарных источников, и при соблюдении которого обеспечивается выполнение требований в области охраны атмосферного воздуха;
- временно согласованный выброс, представляющий собой временный лимит выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух, который устанавливается для действующих стационарных источников выбросов с учетом качества атмосферного воздуха и социально-экономических условий развития соответствующей территории в целях поэтапного достижения установленного предельно допустимого выброса (с 1 января 2019 г. в соответствии с Федеральным законом от 21 июля 2014 г. N 219-ФЗ вместо временно согласованного выброса будет устанавливаться временно разрешенный выброс - показатель объема или массы вредного (загрязняющего) вещества, устанавливаемый для действующего стационарного источника и (или) совокупности действующих стационарных источников на период поэтапного достижения предельно допустимого выброса или технологического норматива выброса);
- гигиенический норматив качества атмосферного воздуха, представляющий собой критерий качества атмосферного воздуха, который отражает предельно допустимое максимальное содержание в нем вредных (загрязняющих) веществ и при котором отсутствует вредное воздействие на здоровье человека. При этом в соответствии с мировой практикой в Российской Федерации устанавливают, как правило, два гигиенических норматива для вредных (загрязняющих) веществ: норматив, рассчитанный на короткий период воздействия вредных (загрязняющих) веществ (предельно допустимые максимально-разовые концентрации) и норматив, рассчитанный на более продолжительный период воздействия (8 ч, 1 сут, по некоторым веществам - 1 год);
- экологический норматив качества атмосферного воздуха, представляющий собой критерий качества атмосферного воздуха, который отражает предельно допустимое максимальное содержание в нем вредных (загрязняющих) веществ и при котором отсутствует вредное воздействие на окружающую среду.
Несоответствие гигиеническим и экологическим нормативам качества атмосферного воздуха приводит к нарушению его физических, химических и биологических свойств в совокупности, т.е. нарушение качества атмосферного воздуха в результате изменения состава его основных компонентов.
Таким образом, основными критериями определения качества атмосферного воздуха являются гигиенические и экологические нормативы его качества, которые устанавливаются в целях определения безопасности и (или) безвредности воздействия химических, физических и биологических факторов на людей, растения и животных, особо охраняемые природные территории и объекты. Эти критерии предназначены для отражения предельно допустимого содержания вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе, при котором отсутствуют либо вредное воздействие на организм человека (гигиенический норматив качества атмосферного воздуха), либо вредное воздействие на окружающую среду (экологический норматив качества атмосферного воздуха).
В целях снижения выбросов вредных (загрязняющих) веществ или предотвращения их образования на предприятиях используют специальные технологии, процессы или устройства для очистки газа и (или) его вовлечения в технологический процесс (в настоящем справочнике НДТ не рассматриваются), а также первичные мероприятия по предотвращению образования выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух.
Для очистки и (или) обезвреживания выбросов вредных (загрязняющих) веществ непосредственно в атмосферный воздух используют различные сооружения, оборудование, аппаратуру, рассмотрение которых является предметом настоящего справочника НДТ. При этом используют такой показатель, как степень очистки газа (ндп. эффективность очистки газа), представляющий собой отношение массы извлеченного из газа или прореагировавшего загрязняющего вещества к массе загрязняющего вещества, присутствующего в газе до очистки [ГОСТ 17.2.1.04-77].
Также в целях обезвреживания выбросов вредных (загрязняющих) веществ непосредственно в атмосферный воздух применяют метод улучшения рассеивания выбрасываемых вредных веществ в атмосферном воздухе за счет оптимизации характеристик устройств отведения газа и конструкций источников выбросов: обычно применяют увеличение высоты труб до 100-150 м для обеспечения хорошего разбавления примесей при достижении поверхности земли за счет рассеивания в атмосфере при переносе загрязняющих веществ ветром.
Повышение температуры выбрасываемых газов увеличивает разность плотностей их и окружающего воздуха, а следовательно, подъемную силу и вертикальную скорость выбросов. Это способствует их подъему на большую высоту, рассеиванию на увеличенном пространстве, снижению приземных концентраций примесей. Такое же влияние оказывают высота трубы и количество выбрасываемых в единицу времени объемов газов. Вертикальные потоки оказывают решающее влияние на рассеивание в условиях безветрия.
В большинстве случаев при проектировании промышленных предприятий методы очистки газа и улучшения рассеивания применяют комплексно. При этом, как показала практика, применения только одного метода (увеличение высоты труб) в ряде случаев недостаточно для соблюдения требований законодательства к качеству атмосферного воздуха или экономически нецелесообразно.
Общий объем выбросов от стационарных источников в Российской Федерации в целом продолжает сокращаться. Однако в ряде федеральных округов (Северо-Западный, Южный, Дальневосточный, Центральный) объем выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников с 2007 года практически не уменьшается.
Одним из наиболее перспективных экономических инструментов ограничения выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух представляется внедрение системы нормирования негативного воздействия на окружающую среду, основанной на принципах НДТ и предусматривающей использование технологических показателей выброса, представляющих собой показатель концентрации вредного (загрязняющего) вещества, объема или массы выброса вредного (загрязняющего) вещества в атмосферный воздух в расчете на единицу времени или единицу произведенной продукции (товара), характеризующих технологические процессы и оборудование.
В контексте настоящего справочника НДТ следует учитывать, что технологические подходы к очистке выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, применяемые в Российской Федерации, не только не отличаются от подходов, внедренных за рубежом, но в отдельных случаях имеют более высокую экологическую эффективность и экономическую целесообразность. Многие НДТ, разработанные и используемые в государствах - членах ЕС, уже успешно применяются на предприятиях Российской Федерации.
Настоящий справочник НДТ создает информационно-техническую основу для внедрения системы нормирования и стандартизации на основе НДТ, стимулирует предприятия Российской Федерации к снижению уровня антропогенного воздействия на атмосферный воздух. Его необходимо использовать при выборе и внедрении хорошо зарекомендовавших себя на отечественном рынке техники и технологических решений для очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, способствуя импортозамещению в рассматриваемой сфере деятельности.
Раздел 2. Описание технологических процессов, применяемых в настоящее время для очистки выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях в приоритетных областях применения НДТ
2.1 Общие подходы к очистке выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях
Количество предприятий, отнесенных к области применения настоящего справочника НДТ, определяется в соответствии с критериями отнесения объектов, оказывающих значительное негативное воздействие на окружающую среду и относящихся к областям применения НДТ, утвержденными постановлением Правительства Российской Федерации от 28 сентября 2015 г. N 1029, а также перечнем областей применения НДТ, утвержденных распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р.
При формировании настоящего справочника НДТ были использованы анкеты, полученные от 63 предприятий в результате рассылки по 906 предприятиям, а также информация еще по 113 предприятиям, собранная экспертным сообществом. Уровень предоставления информации в полученных анкетах значительно различался. Данные о количестве крупных предприятий, которым разосланы приглашения для представления информации в настоящий справочник НДТ, и их распределение по округам Российской Федерации представлены на рисунке 4.
Рисунок 4 - Количество крупных предприятий, которым разосланы приглашения для представления информации в настоящий справочник НДТ, и их распределение по округам Российской Федерации
Из 906 крупных предприятий, которым были разосланы приглашения для представления информации в настоящий справочник НДТ, заполненные анкеты представили всего 63 предприятия. В этих анкетах представлено 49 видов газоочистных установок. Анкеты содержат информацию о разном количестве газоочистного оборудования - от 1 до 131 газоочистной установки. Общее количество установок - 901 единица, среди которых имеются единичные и многоступенчатые (18 комбинаций) установки. На рисунке 5 представлены методы газоочистки, соответствующие газоочистному оборудованию, указанному в анкетах, полученных от 63 предприятий.
Рисунок 5 - Методы газоочистки, соответствующие газоочистному оборудованию, указанному в анкетах, полученных от 63 предприятий
На рисунке 6 приводятся данные, характеризующие ранжирование газоочистных установок по годам введения в эксплуатацию.
Рисунок 6 - Ранжирование газоочистных установок по годам введения в эксплуатацию
При разработке настоящего справочника НДТ данные, содержавшиеся в вышеуказанных анкетах, составили информационную основу для описания технологических процессов, оборудования, технических способов, методов, применяемых при очистке выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при производстве продукции (товаров), а также при проведении работ и оказании услуг на крупных предприятиях в Российской Федерации.
Установленные требования к анонимизации представленной предприятиями информации не допускают возможности ссылок на наименования промышленных объектов, на которых были внедрены те или иные технологические подходы, в тексте настоящего справочника НДТ. Вместе с тем представляется некорректным давать конкретные данные о количестве внедрений по данным проанализированных анкет вследствие отсутствия репрезентативности проанализированной выборки. Исходя из этого, авторы настоящего справочника НДТ при описании количества внедрений тех или иных технологических подходов сочли возможным оперировать экспертно-значимыми оценками количества внедрений. Таким образом, далее по тексту в тех случаях, когда речь идет о внедрении на большинстве предприятий, подразумевается внедрение на 50% проанализированных предприятий или более, на многих предприятиях - от 15% до 50%, на ряде предприятий - от 5% до 15%, на нескольких предприятиях - от 2% до 5%, на отдельных предприятиях - до 2%.
Решение об извлечении загрязняющих веществ из отходящих газов зависит от применения дополнительных технологических операций, направленных на разделение материалов, содержащихся в отходящих газах.
Некоторые из технологических подходов представляют собой самостоятельные технологические операции и (или) процессы, другие используются только в качестве дополнительных методов предварительной обработки, направленных на предотвращение повреждения основного очистного оборудования или предварительной фильтрации.
Анализ анкет позволил сформировать подраздел 2.2, в котором приведена характеристика выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях, относящихся к приоритетным областям применения НДТ. При этом общие технологические подходы к очистке выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, применяемые на многих предприятиях, были представлены в подразделе 2.3, а применение этих подходов для очистки выбросов в атмосферный воздух от основных вредных (загрязняющих) веществ - в подразделе 2.4.
На ряде предприятий Российской Федерации существует практика внедрения системы управления газоочистными сооружениями с возможностью их совершенствования и модернизации, автоматизированного управления, повышения эффективности очистки, основанная на анализе результатов контроля качества выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух.
Образующиеся отходящие газы обрабатывают с применением технологических подходов, обеспечивающих извлечение веществ, содержащихся в отходящих газах, с последующим их возвращением в исходный технологический процесс или использованием в другом процессе в качестве сырья или энергоносителя, или их удаление в качестве загрязняющих веществ.
Имеются сведения о разработке и осуществлении инвестиционных программ реконструкции и технического перевооружения основного производственного цикла, направленные прежде всего на повышение объемов выпускаемой продукции и улучшение ее качества. За счет использования более современного оборудования одновременно снижаются и негативные воздействия на окружающую среду.
На многих предприятиях внедряют системы экологического менеджмента, сертифицированные на соответствие ГОСТ Р ИСО 14001 с учетом значимых экологических аспектов. На нескольких из них подобные системы внедряются исключительно с целью достижения соответствия требованиям внешних рынков или по иным причинам, не имеющим отношения к улучшению экологических составляющих работы предприятия. Однако на большинстве предприятий целью внедрения систем экологического менеджмента все же является повышение эффективности управления природоохранной деятельностью и обеспечения экологической безопасности производства.
В целом предприятия сообщают о позитивных результатах внедрения системы экологического менеджмента как с точки зрения финансовых показателей (снижение платы за негативное воздействие на окружающую среду), так и по натуральным показателям (сокращение удельного объема выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух). Однако следует учитывать, что системы экологического менеджмента, как правило, внедряются на социально ответственных предприятиях.
На ряде предприятий сокращение выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух проводится в рамках мероприятий по предотвращению чрезвычайных ситуаций.
Отдельные предприятия повышают эффективность работы газоочистного оборудования посредством реализации программы сокращения энергопотребления, проводя энергетический аудит основных технологических операций, осуществляя модернизацию оборудования, а также обучая персонал, занятый в области очистки вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, основам организации энергопотребления.
В целях сокращения энергопотребления при обращении с газовыми выбросами применяются системы рекуперации тепла экзотермических реакций посредством:
- контактного теплообмена рабочих сред различных температур;
- выработки пара низкого давления или других продуктов.
На отдельных предприятиях мероприятия по сокращению выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух связаны с минимизацией потерь сырья, полупродуктов, продуктов и вспомогательных материалов и реагентов.
В целях постоянной оптимизации процессов очистки вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух и обеспечения стабильного и бесперебойного функционирования газоочистного оборудования применяется производственный контроль технологических процессов - аналитический контроль (лабораторный и преимущественно автоматический), включающий контроль выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на газоанализаторах. Показатели, подлежащие контролю, а также периодичность контроля определяют в зависимости от категории объекта, оказывающего негативное воздействие на окружающую среду, с учетом положений ГОСТ Р 56061-2014.
Выбор технологических подходов, методов, мер и мероприятий, направленных на очистку выбросов от вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, определяется составом и особенностями конкретных областей применения НДТ, рассмотренных ниже. Общие подходы к выбору технологий, методов, мер и мероприятий, направленных на сокращение и очистку выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, приведены в пункте 2.3.7.
2.2 Характеристика выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух в приоритетных областях применения НДТ
В настоящем подразделе приведена характеристика выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях, относящихся к приоритетным областям применения НДТ. Приоритетные области применения НДТ были выделены из "Перечня областей применения наилучших доступных технологий" (утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 24 декабря 2014 г. N 2674-р) исходя из объемов образования выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, наличия экологических проблем и пр. Термин "приоритетные" в контексте областей применения НДТ используется исключительно в рамках настоящего справочника НДТ и, соответственно, не подлежит регламентированию на уровне национальной системы стандартизации и не влечет за собой дополнительных нормативно-правовых последствий.
2.2.1 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях энергетического комплекса
Основными компонентами, выбрасываемыми в атмосферу при сжигании различных видов топлива в энергоустановках, являются: водяной пар, углерод (сажа) (328), сланцевая зола (2903), мазутная зола теплоэлектростанций (в пересчете на ванадий) (2904), угольная зола теплоэлектростанций (2926), неорганическая пыль, содержащая двуокись кремния менее 20% двуокиси кремния (2909), взвешенные вещества (2902), диоксид серы (330), оксид углерода (337), оксид азота (II) (304), диоксид азота (304), бенз(а)пирен (703), а также другие компоненты, связанные со спецификой конкретных месторождений топливно-энергетических ресурсов.
На современной теплоэлектростанции мощностью 2,4 млн кВт расходуется до 20 тыс.т угля в сутки, что сопровождается выбросами в атмосферу в сутки в среднем: 680 т диоксида серы (330) и триоксида серы при содержании серы в топливе 1,7%; 200 т оксидов азота (301, 304); 120-240 т твердых частиц, в том числе золы (2904), неорганической пыли, содержащей менее 20% двуокиси кремния (2909), углерод (сажа) (328) - при степени очистки 94%-98%.
Дымовые газы, образующиеся при сжигании мазута, содержат: диоксид азота (301), оксид азота (II) (304), диоксид серы (330), углерод (сажу) (328), оксид углерода (337), бенз(а)пирен (703), мазутную золу теплоэлектростанций (в пересчете на ванадий) (2904).
При сжигании газообразного топлива (природного, попутного нефтяного газа, синтез-газа и т.п.) концентрации загрязняющих (вредных) веществ в отходящих дымовых газах минимальны относительно использования жидких или твердых теплоносителей.
2.2.2 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности
Основными технологическими процессами нефтеперерабатывающей промышленности, сопровождающимися наибольшими выбросами вредных (загрязняющих) веществ, являются:
- извлечение серы;
- регенерация катализаторов крекинга в псевдоожиженном слое;
- печи и котлы.
Потенциальными источниками выбросов вредных (загрязняющих) веществ являются:
- емкости для хранения сырья и продуктов;
- системы смешения продуктов;
- системы сепарации воды и нефти;
- системы продувки и газовые факелы.
Летучие углеводороды, которые могут выбрасываться через клапаны, фланцевые соединения, соединения компрессоров, насосов, емкостей, классифицируют как неорганизованные выбросы.
В среднем на каждый миллион тонн обработанной сырой нефти уровень выбросов составляет 20-820 тыс.т диоксида углерода (380), 60-700 т оксидов азота (301, 304), 10-3000 т взвешенных веществ (2902), 30-6000 т оксидов серы (330) и 50-6000 т летучих органических соединений (ЛОС). Широкий диапазон приведенных показателей объясняется различными степенями интеграции и типами нефтеперерабатывающих заводов.
Большинство выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на нефтеперерабатывающих производствах токсичны, некоторые - взрывоопасны. К наиболее существенным вредным (загрязняющим) веществам относят оксиды серы (330), оксиды углерода (337), оксиды азота (301, 304), углеводороды, дигидросульфид (333), меркаптаны (1716) и твердые частицы (углерод (сажа) (328)), пыль катализаторов и т.п. Количество выделяющихся вредных (загрязняющих) веществ зависит от свойств и состава сырья, способа его переработки и требованиям к конечной продукции. Так, при термической переработке нефти в интервале температур 400°C-500°C выделяются канцерогенные углеводороды (типа бенз(а)пирена (703)). Максимальные концентрации бенз(а)пирена (703) наблюдаются в 500-метровой зоне; на границе санитарно-защитной зоны (обычно 1000 м) концентрации снижаются в 3,5-6 раз, на расстоянии 4000 м - в 22 раза.
Одним из основных вредных (загрязняющих) веществ является диоксид серы (330). Источником диоксида серы (330) являются дымовые газы котлов и технологических печей, отходящие газы регенерации катализаторов на установках крекинга, отходящие газы факельного сжигания, хвостовые газы установок производства серной кислоты и элементарной серы.
Основными источниками выбросов оксида углерода (337) являются трубчатые печи, реакторы каталитического крекинга, выхлопы газовых компрессоров, битумные установки, факелы.
Оксиды азота (301, 304) образуются преимущественно в технологических печах, газомоторных компрессорах, котлах, факелах.
Твердые вещества выбрасываются на узлах рассеивания и пневмотранспорта катализатора, регенераторах установок каталитического крекинга, факелах, вентиляционных системах.
Углеводородные компоненты выделяются при эксплуатации резервуаров, наличии неплотностей технологического оборудования, на объектах очистных сооружений, нефтеотделителях и градирнях, вакуумсоздающих системах, сливо-наливных эстакадах, а также с вентиляционными выбросами.
2.2.3 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях химической промышленности
Выбросы предприятий химической промышленности характеризуются сложным комплексом органических и неорганических соединений. Количество выбрасываемой в атмосферу пыли (2909) сравнительно невелико.
2.2.3.1 Производства неорганической химии
Производство аммиака. На различных технологических стадиях производства аммиака - начиная от колонны синтеза и заканчивая наливом жидкого аммиака в железнодорожные цистерны для отправки потребителю - возможны его выбросы в атмосферу. Наиболее значительные выбросы происходят при продувке инертных газов (содержание аммиака (303) - до 20%) и при заполнении аммиаком различных емкостей, а также при наличии неплотностей в оборудовании (так называемые танковые газы с содержанием аммиака (303) до 60%).
Производство азотной кислоты. При производстве концентрированной азотной кислоты содержание оксидов азота (301, 304) в отходящих газах составляет до 19%.
Производство соляной кислоты. Очистке подвергают не поглощенные в абсорбере хлористый водород, инертные газы и водяные пары.
Производство хлора. В отходящих газах электролизных цехов содержится до 80%-90% хлора (349), который выделяют из смеси (хлорид натрия и соляная кислота) в виде товарного продукта методом сжижения. Однако образующиеся газы содержат некоторое количество хлора (349), что требует их доочистки. В результате испарения с поверхности электролитической ванны хлор (349) обнаруживается в вентиляционных выбросах.
Производство минеральных удобрений. Минеральные удобрения обычно производят, используя в качестве сырья основные химические продукты, которые соединяют, гранулируют и высушивают в технологических установках с использованием большого количества воздуха.
Азотные удобрения (аммиачная селитра, сульфат аммония, натриевая селитра, кальциевая селитра, известково-аммиачная селитра, карбамид (мочевина)). Производство аммиачной селитры связано с выбросами сокового пара, содержащего брызги аммиачной селитры (305) и аммиака (303). Кроме того, сушка аммиачной селитры связана с образованием пыли такого же состава. Выбросы при производстве карбамида (мочевины) (1532) содержат аммиак (303), формальдегид (1325), твердые частицы, например пыль (2909) при пересыпке с транспортера в бункеры, при затаривании в мешки и т.д. Аммиак (303) образуется при синтезе (образовании раствора) и в процессах грануляции. Наличие формальдегида (1325) связано с его добавлением для предотвращения отверждения расплава карбамида (1532) при концентрациях в 0,5% или меньше до грануляции.
Сложные удобрения (аммофос, селитра калийная, нитрофоска). При производстве нитрофоски в результате взаимодействия фосфатов с азотной и серной кислотами в реакторном отделении выделяются газы, содержащие фтористый водород. Кроме того, вследствие повышенной температуры возможно выделение паров серной кислоты (322), фосфорной кислоты (348) и азотной кислоты (302), а также оксидов азота (301, 304) и аммиака (303). В газовую среду выделяется до 20% фтора от общего содержания его в аппарате.
Производство аммофоса. В качестве сырья для его получения применяют жидкий аммиак и экстракционную фосфорную кислоту, получаемую разложением апатитового концентрата серной кислотой. При получении этой кислоты выделяются фтористый водород (апатитовый концентрат содержит фтор) (342), пары серной кислоты (322) и фосфорной кислоты (348), пыль апатитового концентрата (2866).
2.2.3.2 Производства органической химии
Производство технического углерода. Технологические газы, образующиеся при производстве технического углерода, являются носителем готового продукта, извлекаемого из них в виде сажи (328). Взвешенные вещества (8) этих газов являются высокодисперсными (средний размер частиц пыли равен 0,1 мкм или меньше). Газы имеют высокую температуру, влажность и агрессивность с высокой электропроводностью, возможностью возгорания и взрывоопасностью сажегазовой смеси.
Производство каучуков. Отходящие газы производства каучуков содержат в небольших количествах органические вещества и оксид углерода (337).
Производство лакокрасочных материалов и их компонентов (пигментов, наполнителей, пленкообразующих, растворителей, пластификаторов, отвердителей и т.д.) сопровождается образованием значительного количества газовых выбросов. Наибольшую долю (по массе) в структуре загрязняющих веществ составляют органические растворители, пыль пигментов, водорастворимые сульфаты.
2.2.4 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях черной металлургии
Предприятия черной металлургии включают в себя доменное, сталеплавильное, прокатное производство, агломерационные фабрики, коксохимические заводы и др.
На агломерационных установках выбросы из агломерационной ленты содержат в основном неорганическую пыль (2909), тяжелые металлы, диоксид серы (330), хлориды, фториды, полициклические ароматические водороды и хлорорганические соединения, в том числе диоксины (3620).
На установках гранулирования выбросы содержат твердые частицы, оксиды азота (301, 304), диоксид серы (330), хлориды, фториды.
В выбросах доменных печей содержатся значительные количества твердых частиц, поэтому перед применением доменного газа его подвергают обеспыливанию.
При производстве и литье стали в конвертерах выбросы содержат значительные количества неорганической пыли (2909), поэтому осуществляют улавливание твердых частиц в результате предварительной обработки расплавленного металла (включая процессы переноса, десульфуризации и скачивания шлака расплавленного металла).
Атмосферные выбросы из печей электросталеплавильного и сталелитейного производства содержат разнообразные неорганические соединения (пыль дижелеза триоксида (123) и тяжелые металлы) и органические соединения, наиболее важными из которых являются хлорорганические соединения, хлорбензолы (915, 852), диоксины (3620).
2.2.5 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях цветной металлургии
При производстве меди выбросы в атмосферу содержат неорганическую пыль (2909), оксиды металлов, мышьяк (325), диоксид серы (330), оксиды азота (301, 304), кислые газы.
При производстве алюминия выбросы в атмосферу содержат неорганическую пыль (2909), твердые фториды, фтористый водород (342), оксид углерода, ПАУ (включая бенз(а)пирен).
При производстве свинца, цинка и кадмия выбросы в атмосферу содержат неорганическую пыль (2909), соединения металлов, диоксид серы (330), другие кислые газы.
При производстве никеля и кобальта выбросы в атмосферу содержат неорганическую пыль (2909), оксиды металлов, мышьяк (325), диоксид серы (330), оксиды азота (301, 304), хлор (349), кислые газы.
При производстве драгоценных металлов выбросы в атмосферу содержат ЛОС, неорганическую пыль (2909), соединения металлов, оксиды азота (301, 304), другие кислые газы, такие как хлор (349) и диоксид серы (330).
При производстве ртути выбросы в атмосферу содержат пары ртути (183), неорганическую пыль (2909), соединения металлов, газы с неприятным запахом, диоксид серы (330), другие кислые газы.
При производстве тугоплавких металлов, твердосплавного порошка и карбидов металлов выбросы в атмосферу содержат неорганическую пыль (2909), соединения металлов.
При производстве ферросплавов выбросы в атмосферу содержат неорганическую пыль (2909), соединения металлов, оксид углерода (337), диоксид углерода (380), диоксид серы (330).
При производстве углерода и графита выбросы в атмосферу содержат бенз(а)пирен (703), неорганическую пыль (2909), диоксид серы (330).
2.2.6 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности
В состав выбросов предприятий по производству крафт-целлюлозы (сульфатной целлюлозы) входят главным образом оксиды азота (301, 304), серосодержащие соединения, такие как сернистый газ, и восстановленные сернистые соединения с неприятными запахами. Помимо этого, осуществляются выбросы твердых частиц.
На предприятиях по производству сульфитной целлюлозы выбросы в атмосферу содержат диоксид серы (330), газы с неприятным запахом, оксиды азота (301, 304).
При механическом и химико-механическом производстве целлюлозы выбросы в атмосферу представляют собой главным образом выбросы, получаемые в результате выработки тепла и электроэнергии во вспомогательных котельных установках, а также ЛОС.
При переработке вторичного волокна выбросы в атмосферу главным образом связаны с производством электроэнергии путем сжигания ископаемого топлива на силовых установках.
При производстве бумаги и смежных процессах выбросы в атмосферу, осуществляемые при работе неинтегрированных бумажных предприятий, по большей части связаны с паровыми котлами и силовыми установками.
2.2.7 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях пищевой промышленности
Наиболее вредными (загрязняющими) веществами, поступающими в атмосферу, являются диоксид углерода (380), оксид углерода (337), органическая пыль, бензин (2704) и различные углеводороды (415, 416), выбросы от сжигания топлива.
Удельные выбросы в атмосферу загрязняющих веществ на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности составляют в зерноперерабатывающей отрасли 120-150 кг/т зерна, в спиртовой - более 600 кг/1000 дал спирта, в молочной - 1,2 кг/т молока и т.д.
Наиболее распространенным выбросом в атмосферу на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности является пыль сухих продуктов. Так, в зерноперерабатывающей отрасли эти выбросы ежегодно составляют более 17 тыс.т, в сахарной - более 28 тыс.т, в молочной - 1,2 тыс.т и т.д.
В процессе молочного производства основными источниками загрязнения атмосферы являются:
- производство сухого цельного и обезжиренного молока (сушильные установки, огневые калориферы);
- производство казеина (дробилки, казеиносушилки);
- производство мороженого (печи для выпечки вафель);
- сыродельный цех (парафинеры, коптилки колбасного сыра);
- жестянобаночный цех (лакировка, лужение, пайка);
- паросиловое оборудование (котельная);
- использование автотранспортных средств.
Одним из видов выбросов в атмосферу является также ее тепловое загрязнение.
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от предприятий хлебопекарной промышленности содержат преимущественно твердые вещества.
На спиртовых заводах газовые выбросы котельных содержат частички углерода (сажи) (328), оксид углерода (337), диоксиды серы (330) и диоксид азота (301). Кроме того, в дымовых газах содержится незначительное количество продуктов неполного сгорания топлива в виде оксида углерода (337), водорода, метана (410), а также водяные пары. Если в качестве сырья используется зерно, то при его разгрузке и транспортировании выделяется значительное количество зерновой пыли (2937).
На заводах с цехами кормовых дрожжей имеют место значительные выбросы микроорганизмов из дрожжерастительных аппаратов и особенно из распылительных сушильных установок.
На чаеразвесочных фабриках образуется значительное количество чайной пыли (3713), способной образовывать взрывоопасную смесь с воздухом. Выбор пылеочистных устройств, пригодных по своим показателям для эффективного улавливания чайной пыли (3713), ограничен из-за ее свойств: взрывоопасность, гидрофильность, наличие тонких фракций. В качестве единственной или последней ступени очистки для тех случаев, когда целесообразно сохранить чайную пыль (3713), наиболее приемлемо использовать рукавные фильтры, обеспечивающие высокую степень очистки в области тонких фракций.
2.2.8 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях сельского хозяйства
Наиболее вредными веществами, поступающими в атмосферу в результате производственной деятельности предприятий сельского хозяйства, являются аммиак (303), пыль (биоаэрозоли) (2902), оксиды азота (301, 304), парниковые газы (метан, оксид азота, диоксид углерода (380)).
Аммиак (303) образуется на птицеводческих и животноводческих комплексах при содержании животных, в процессе обработки навоза и птичьего помета, при разбрасывании навоза на полях. Выбросы аммиака (303) происходят на всех этапах обращения с навозом. Наличие аммонийного азота в экскрементах домашнего скота является основным источником аммиака (303).
Неприятные запахи (дурнопахнущие вещества) образуются на птицеводческих и животноводческих комплексах при содержании животных, в процессе обработки и хранения навоза и птичьего помета, при разбрасывании навоза на полях.
Пыль (2911) образуется на птицеводческих и животноводческих комплексах при содержании животных, измельчении кормов, хранении навоза и твердых кормов, эксплуатации обогревательных установок.
Оксиды азота (301, 304) образуются на птицеводческих и животноводческих комплексах при содержании животных, хранении навоза и разбрасывании его на полях, эксплуатации обогревательных установок.
Метан (410) образуется на птицеводческих и животноводческих комплексах при содержании животных, хранении и обработке навоза.
Оксид азота образуется на птицеводческих и животноводческих комплексах при содержании животных, хранении и обработке навоза, разбрасывании навоза на полях.
Диоксид углерода (380) поступает в выбросы птицеводческих и животноводческих комплексов при содержании животных, эксплуатации обогревательных установок, а также в случае образования биогенного диоксида углерода (380), который может быть выброшен в поле.
Наиболее опасными парниковыми газами, образующимися при эксплуатации птицеводческих и животноводческих комплексов, являются метан (410) и оксид азота.
2.2.9 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях легкой промышленности
Для кожевенного производства характерны выбросы, содержащие пыль синтетической кожи (3710), оксиды азота (301, 304), диоксид серы (330), органические красители (3004, 3058).
Выбросы в атмосферу могут быть токсичными и (или) содержать дурнопахнущие вещества, например сульфиды, а также аммиак (303), органические растворители, ЛОС, твердые частицы и обычные газовые выбросы, образующиеся на установках при сжигании топлива. При сжигании отходов кожевенного производства образуются токсичные выбросы, включая хром (VI), ПХДД/Ф из галогенированных органических соединений, ПАУ.
2.2.10 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях стекольной и керамической промышленности
Производство стекла осуществляется при высокой температуре и требует значительного количества энергии, что приводит к образованию продуктов сжигания топлива, поступающих в атмосферный воздух. Выбросы отходящих газов от процесса стекловарения содержат также твердые частицы (пыль), состав которых зависит от состава стекла. Для производства стекла характерны выбросы оксидов азота (301, 304), неорганической пыли (2909), диоксида серы (330), оксидов углерода (337).
На неорганическую пыль (2909) приходится значительная часть загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу стекольными заводами. Во всех подотраслях стекольной промышленности используются измельченные, гранулированные или порошкообразные сырьевые материалы. На всех предприятиях осуществляется хранение и смешивание сырьевых материалов. Выброс в атмосферу пыли (2909) является предсказуемым результатом операций по транспортированию, обработке, хранению и смешиванию компонентов сырья. Пыль, образующаяся при этих операциях, более крупная, чем твердые частицы, образующиеся в процессе стекловарения и имеющие размер менее 1 мкм.
Основными причинами выбросов оксидов азота (301, 304) являются их образование из азота воздуха при сжигании топлива, распад азотных соединений в шихте и окисление азота, содержащегося в топливе.
Присутствие оксидов серы (330) в отходящих газах стекловаренных печей определяется содержанием соединений серы в топливе (для природного газа обычно небольшим) и в сырьевых материалах.
Выброс металлов в окружающую среду - специфическая черта для некоторых подотраслей (например, производства свинцового хрусталя и фритт). Незначительное количество тяжелых металлов может присутствовать в качестве примесей в некоторых сырьевых материалах и стеклобое.
При производстве изделий из цветного стекла в атмосферный воздух в незначительных количествах могут поступать соединения (преимущественно оксиды) металлов, используемых для придания изделиям окраски (кобальта, меди, хрома, марганца и пр.).
Если в процессе сжигания используется мазутный или нефтяной кокс, в выбросах также могут присутствовать никель и ванадий.
При производстве керамических изделий характер и уровень выбросов зависят от различных факторов, в частности от вида используемого сырья, вспомогательных веществ, топлива, а также от способа производства.
При производстве керамики могут выделяться неорганическая пыль (2902), углерод (сажа) (328), газообразные вещества (оксиды углерода (337), оксиды азота (301, 304), диоксид серы (330)), неорганические соединения фтора (343, 344) и хлора, органические соединения, тяжелые металлы.
Газообразные соединения в основном выделяются из сырьевых материалов при сушке и обжиге; при сжигании различных видов топлива также образуются выбросы вредных (загрязняющих) веществ, в том числе оксиды серы (330), оксиды азота (301, 304), фтороводородная кислота (342), гидрохлорид (316), ЛОС и тяжелые металлы.
2.2.11 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух при обращении с отходами
Состав выбросов на предприятиях по обращению с отходами производства и потребления зависит от:
- вида деятельности по обращению с отходами;
- специфики отходов.
При обращении с твердыми коммунальными отходами в атмосферу выбрасываются метан (410), сероводород (333), диоксид углерода (380), оксид углерода (337), аммиак (303) и прочие вредные (загрязняющие) вещества, сопутствующие процессам аэробной и анаэробной деструкции компонентов отходов.
При обращении с нефтесодержащими отходами в атмосферный воздух поступают смеси углеводородов C1-C5 (415), C6-C10 (416), бензол (602), метилбензол (621), сероводород (333).
При обращении с другими видами отходов в атмосферу выбрасываются специфические загрязняющие вещества и неорганическая пыль (2909).
При термическом обезвреживании отходов в атмосферу выбрасываются оксиды азота (301, 304), диоксид серы (330), оксид углерода (337), предельные углеводороды (415, 416, 2754), углерод (сажа) (328), взвешенные вещества (2902), бенз(а)пирен (703), гидрохлорид (316), фтористый водород (342), диоксины (в пересчете на 2,3,7,8-тетрахлордибензо-1,4-диоксин) (3620), хлорид ртути (181), оксид кадмия (133), карбонат таллия (191).
При биологической и физико-химической обработке отходов выделяются углеводороды предельные (по метану) (415), оксид углерода (337), диоксид углерода (380), дигидросульфид (333), аммиак (303), загрязняющие вещества, содержащие микроорганизмы (2603), и др.
Твердые частицы (включая металлы) поступают в выбросы, образующиеся при хранении, транспортировании и термической обработке отходов, а также на энергетических системах.
2.2.12 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях цементной промышленности
Выбросы в атмосферу содержат оксиды азота (301, 304) и другие соединения азота; диоксид серы (330) и другие соединения серы; пыль (2909); органические соединения, включая ЛОС; диоксины (3620); металлы и их соединения; гидрофторид (342); гидрохлорид (316); оксид углерода (337); диоксид углерода (380). Кроме того, значительными могут быть выбросы аммиака (303), особенно при использовании технических решений для снижения уровня выбросов оксидов азота (301, 304), например методом неселективного каталитического восстановления.
Выбросы пыли (2909) также образуются из других источников, таких как пыль при помоле и при разгрузке сырьевых материалов, твердого топлива и конечного продукта (цемента). Потенциально выбросы пыли (2909) возможны из любых точек складирования сырьевых материалов и твердого топлива, их транспортирования, включая погрузку цемента. Колебания величин этих выбросов могут быть значительными.
Также следует отметить, что ртуть и ее соединения не осаждаются в печной системе и (или) теплообменнике и попадают в отходящие газы, конденсируются при их охлаждении и частично адсорбируются частицами сырьевых материалов в зависимости от температуры газа. Эта доля удаляется из системы при очистке отходящих газов от пыли (2909).
2.2.13 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях известковой промышленности
Наиболее существенными выбросами при производстве извести являются оксид углерода (337); оксиды азота (301, 304); диоксид серы (330); пыль (2909). К прочим выбросам относят гидрохлорид (316); гидрофторид (342); органические соединения; тяжелые металлы; диоксины (3620); сероводород (333).
На состав и концентрацию выбросов оказывают влияние тип печи и ее конструкция; характер процесса и его параметры; химический состав и качество сырьевого известняка; вид используемого топлива; эффективность оборудования для снижения выбросов. Так, выбросы аэрозолей во вращающейся печи значительно выше, чем в шахтных печах, но вращающиеся печи позволяют поддерживать большую производительность.
После гашения извести источниками выбросов являются системы транспортирования и упаковки. Интенсивность пыления очень мала (2,5 г/кг извести).
2.2.14 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях по производству оксида магния (сухой способ)
При сухом способе производства оксида магния/магнезии образующиеся выбросы содержат пыль (2909, 2940), оксиды азота (301, 304), диоксид серы (330) и оксид углерода (337). Они частично поступают из магнезита, а частично - из используемого топлива.
Из-за высокой температуры обжига в печи диоксид серы (330) из топлива не связывается продукцией. Однако в том случае, если в печи для обжига используют меньшую температуру, диоксид серы (330) только частично поглощается продуктом обжига и связывается образующейся при обжиге пылью. Выбросы диоксида серы (330) из сырья (магнезита) связаны с наличием в нем серы. В отдельных случаях выбросы диоксида серы (330) из сырьевых материалов могут составлять до 50% суммарных выбросов диоксида серы (330).
Выбросы в воздух происходят не только в процессе горения топлива, но и на других этапах производственного процесса: при хранении и транспортировании сырья, топлива или готовой продукции, при дроблении/измельчении.
2.2.15 Выбросы вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух на предприятиях машиностроительного комплекса
На машиностроительных предприятиях основными источниками загрязнения атмосферы являются следующие виды производств: сварка и тепловая резка металлов; литейное производство; механическая обработка металлов; нанесение лакокрасочных покрытий; гальванические цеха.
В процессе выполнения сварочных работ и тепловой резки металлов в воздух выделяется сварочный аэрозоль, в состав которого (в зависимости от вида сварки, марок электродов и флюса) входят в виде твердых частиц оксиды металлов (железа, хрома, марганца, ванадия, алюминия, цинка, меди и др.), а также газообразные соединения (фтористый водород (342), оксиды азота (301, 304), оксид углерода (337), озон (326)). Этот аэрозоль характеризуется мелкой дисперсностью: скорость витания частиц не превышает 0,1 м/с.
При использовании формовочных смесей холодного твердения, содержащих фенолформальдегидную смолу, в выбросы поступают оксид углерода (337), бензол (602), фенол (1071), формальдегид (1325), метанол (1052). Из карбамидной смолы выделяются формальдегид (1325), оксид углерода (337), метан (410), бензилцианид (2003), аммиак (303).
Механическая обработка металлов (абразивная обработка и резание) сопровождается поступлением в выбросы пыли, стружки, туманов масел и эмульсий.
В воздухе, удаляемом из гальванических цехов, вредные вещества находятся в виде пыли, тонкодисперсного тумана, паров и газов. Наиболее интенсивно вредные вещества выделяются в процессах кислотного и щелочного травления. При нанесении гальванических покрытий (воронение, фосфатирование, анодирование и т.п.) образуются различные вредные вещества. Так, при фосфатировании изделий выделяются гидрофторид (342), гидрохлорид (316), серная кислота (322), гидроцианид (317), трехвалентные соединения хрома (228), диоксид азота (301), гидроксид натрия (150) и др. При проведении подготовительных операций в гальванических цехах (механическая очистка и обезжиривание поверхностей) выделяются взвешенные вещества (2902), пары бензина (2704), керосина (2732), трихлорэтилена (902), туманы щелочей.
В лакокрасочных цехах вредные вещества, содержащиеся в растворителях, выделяются как в период нанесения покрытий на изделия, так и при высыхании.
2.3 Описание применяемых технологических подходов, методов, мер и мероприятий, направленных на очистку выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух
В зависимости от характера вредных (загрязняющих) веществ, выбрасываемых в атмосферу, методы очистки отходящих газов подразделяют на две большие группы:
- очистка от аэрозолей (пылей и туманов);
- очистка от газообразных и парообразных примесей.
Очистка отходящих газов от аэрозолей (туманов) осуществляется с применением следующих методов:
- регенеративные (адсорбционные, электрические);
- деструктивные (каталитический дожиг, термическая нейтрализация).
Устройства для очистки газов от пылей подразделяют на пылеуловители и воздушные фильтры.
Обезвреживание отходящих газов от газообразных и парообразных токсичных веществ осуществляют с применением:
- физико-химических методов: абсорбции (физической и хемосорбции), адсорбции, термической нейтрализации, каталитической нейтрализации;
- биохимических методов.
Обычно применяют комбинацию разных методов (многоступенчатые схемы очистки).
Выбор метода очистки зависит от следующих факторов:
- исходная концентрация вредных (загрязняющих) компонентов и требуемая степень очистки отходящих газов;
- объемы очищаемых газов и их температура;
- наличие сопутствующих газообразных примесей и пыли;
- потребность во вспомогательных материалах;
- размеры площадей для сооружения газоочистной установки;
- простота эксплуатации и технического обслуживания;
- климатические и природные ограничения и т.п.
2.3.1 Очистка отходящих газов от аэрозолей (пылей и туманов) в фильтрах
В основе работы фильтров всех видов лежит процесс фильтрации газа через пористую перегородку. При этом твердые частицы задерживаются на перегородке, а газ полностью проходит сквозь нее.
На эффективность процесса фильтрации (особенно для частиц размером менее 1 мкм) значительно влияет электрическая заряженность частиц: наличие разноименных зарядов на частицах повышает эффективность фильтрации. Этот эффект слабее при повышенном влагосодержании (до 70%) и высоких скоростях газопылевого потока (до 6 м/мин).
Частицы, осажденные в объеме фильтрующего материала или накопленные на его поверхности, служат для вновь поступающих частиц составным элементом фильтрующей среды, который повышает степень очистки. Однако по мере накопления частиц газопроницаемость фильтрующего материала снижается, поэтому необходима замена фильтрующего материала и его периодическая регенерация. В случае улавливания жидких частиц накапливающаяся жидкость удаляется из пористой перегородки самопроизвольно.
Фильтрующие перегородки, преимущественно состоящие из волокнистых или зернистых элементов, можно условно разделить на следующие группы:
- гибкие пористые перегородки;
- тканевые материалы из природных синтетических или минеральных волокон;
- нетканые волокнистые материалы (войлоки, клееные и иглопробивные материалы, бумага, картон, волокнистые маты);
- ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры);
- полужесткие пористые перегородки: слои волокон, стружка, вязаные сетки, расположенные на опорных устройствах или зажатые между ними;
- жесткие пористые перегородки: зернистые материалы (пористая керамика или пластмасса, спеченные или спрессованные порошки металлов, пористые стекла, углеграфитовые материалы и др.);
- волокнистые материалы (сформированные слои из стеклянных и металлических волокон);
- металлические сетки и перфорированные листы;
- зернистые слои: свободно насыпанные материалы (периодически или непрерывно перемещающиеся материалы).
Фильтры условно разделяют на три группы в зависимости от назначения, а также величины входной и выходной концентрации:
2.3.1.1 Тканевые фильтры
В тканевом фильтре отходящий газ пропускают через плотную ткань, войлок и др.; при этом твердые частицы собираются на ткани. Тканевые фильтры изготавливают в виде листов, картриджей или рукавов (наиболее распространенный тип).
На практике применение тканевых фильтров связано с использованием больших площадей фильтрации, что объясняется необходимостью предотвращения недопустимого падения давления на фильтре, которое может привести к выходу из строя корпуса фильтра и, соответственно, неорганизованному выбросу пыли.
Тканевые фильтры можно сгруппировать, используя такие признаки, как:
- форма фильтровальных элементов (рукавные, плоские, клиновые и др.) и наличие в них опорных устройств (каркасные, рамные);
- место расположения вентилятора относительно фильтра (нагнетательные, работающие под давлением, и всасывающие, работающие под разрежением);
- способ регенерации ткани (встряхиваемые, с обратной продувкой, с вибрационным встряхиванием, с импульсной продувкой и др.);
- наличие и форма корпуса для размещения ткани (прямоугольные цилиндрические, открытые или бескамерные);
- число секций в установке (однокамерные и многосекционные);
- вид используемой ткани (стеклотканевые и др.).
Способы регенерации тканевых фильтров подразделяют на механические (обычно встряхивание, иногда кручение) и пневматические (различные виды обратной продувки: непрерывная, пульсирующая, импульсная, струйная).
В настоящее время в промышленности наиболее распространены следующие типы тканевых фильтров:
1) тканевый фильтр с регенерацией механическим встряхиванием, при котором отходящий газ поступает во впускную трубу, снабженную дефлектором, где большие частицы удаляются, попадая на отбойник и падая в бункер. Газ с твердыми частицами втягивается через ячеистую пластинку и проходит от внутренней части к внешней, при этом твердые частицы собираются на внутренней стороне рукава. Верх рукава прикреплен к перекладине вибратора, который быстро двигается, обеспечивая регенерацию рукавов;
2) тканевый фильтр с очисткой обратным потоком, в котором используется более щадящий (но нередко менее эффективный механизм) регенерации ткани по сравнению с механическим встряхиванием. Обычно рукава открыты снизу и закрыты сверху; пыль улавливается на внутренней или внешней стороне рукава. Такой фильтр часто используется в сочетании со встряхиванием, импульсной или ультразвуковой очисткой;
3) тканевый фильтр с импульсно-струйной регенерацией можно использовать при высоких пылевых нагрузках; он работает при постоянном перепаде давления, занимая при этом меньше места по сравнению с другими типами тканевых фильтров. Рукава закрыты снизу и открыты сверху, поддерживаясь внутренними фиксаторами. Газ с твердыми частицами двигается снаружи к внутренней части рукава, а диффузоры используются для предотвращения повреждения рукава негабаритными частицами; частицы собираются на внешней стороне рукава и падают в бункер. Такие фильтры могут эксплуатироваться только в качестве внешнего устройства для сбора пыли. Импульсно-струйная регенерация представляет собой нагнетание воздуха в рукава короткими импульсами (0,03-0,1 с) под высоким давлением (0,4-0,8 МПа). Этот способ предусматривает, что поток отходящих газов не останавливается во время регенерации. В тканевых фильтрах с импульсно-струйной регенерацией используют войлочные (нетканые) материалы, потому что для достижения высокой степени улавливания пыли не требуется образование фильтр-прессной лепешки.
Большинство тканевых фильтров изготавливаются малыми сериями или индивидуально для предприятия-заказчика, так как их разрабатывают с учетом специфических физико-химических свойств пылегазовых потоков, образующихся на предприятиях различных отраслей промышленности.
К основным требованиям, предъявляемым к фильтровальным материалам, относятся:
- высокая пылеемкость при фильтрации и способность удерживать после регенерации такое количество пыли, которое является достаточным для обеспечения высокой степени очистки газов от тонкодисперсных твердых частиц;
- способность к сохранению оптимально высокой воздухопроницаемости в равновесно запыленном состоянии;
- высокая механическая прочность и стойкость к истиранию при многократных изгибах;
- стабильность размеров и свойств при повышенной температуре и агрессивном воздействии химических примесей, находящихся в сухих и насыщенных влагой газах;
- способность к легкому удалению накопленной пыли;
- низкая стоимость.
Для тканевых фильтров используют материалы, изготовленные из:
- натуральных волокон растительного и животного происхождения (шерстяные, льняные, хлопчатобумажные, лыковые ткани) и природных минеральных волокон (асбест);
- искусственных неорганических волокон (стеклоткань, металлоткань и др.) и органических волокон (лавсан, нитрон, капрон, хлорин, оксалон и др.).
Следует отметить, что синтетические ткани имеют более высокую прочность и стойкость к повышенным температурам и агрессивным воздействиям, более низкую стоимость по сравнению с материалами из естественных волокон животного и растительного происхождения. Например, на предприятиях химической промышленности и цветной металлургии широко используют при температуре 120°C-130°C нитроновые ткани; лавсановые ткани применяют для очистки горячих сухих газов на предприятиях цементной, металлургической и химической промышленности.
Тканевые фильтры в основном используют для удаления твердых частиц размером до 2,5 мкм и опасных веществ в виде твердых частиц, например, металлов, за исключением ртути. Их также можно эффективно использовать для удаления конкретных газообразных загрязняющих веществ, если сочетать их с системами, расположенными после пылеуловительной камеры с рукавными фильтрами и связанными с внесением дополнительных материалов, в том числе с адсорбцией и сухим вдуванием извести/бикарбоната натрия.
Если в очищаемых газах содержатся относительно крупные частицы, то для снижения нагрузки на ткань фильтра (особенно при высоких концентрациях во входном потоке) перед тканевым фильтром устанавливают механические уловители (центробежные сепараторы, электростатические пылеуловители) и форсуночные охладители.
Следует отметить, что электризация материала (например, полиэстера) рукавов заряженной пылью препятствует проникновению пыли в толщину ткани материала рукавов, что, в свою очередь, улучшает отряхиваемость, снижает гидравлическое сопротивление и увеличивает срок жизни рукавов.
К основным достоинствам тканевых фильтров относят:
- эффективное пылеулавливание при относительно умеренных капитальных и эксплуатационных затратах;
- отсутствие зависимости остаточных выбросов от концентрации пыли на входе;
- относительно простую эксплуатацию;
- надежность.
К основным недостаткам тканевых фильтров относят:
- непригодность для обработки влажных или липких пылей из-за риска засорения фильтра;
- относительно большие габаритные размеры.
2.3.1.2 Волокнистые фильтры
Волокнистые фильтры подразделяют на сухие (тонковолокнистые, электростатические, глубокие, фильтры предварительной очистки или так называемые предфильтры) и мокрые (сеточные, самоочищающиеся, с периодическим или непрерывным орошением).
С помощью волокнистых фильтров большие объемы газов можно очищать от твердых частиц всех размеров (включая субмикронные), а также использовать для очистки радиоактивных аэрозолей. Для 99%-ной очистки частиц размером 0,05-0,5 мкм применяют материалы из тонких или ультратонких волокон (диаметр - менее 2 мкм), скомпонованные в виде тонких листов или объемных слоев. При этом скорость фильтрации достигает 0,01-0,15 м/с, а сопротивление чистых фильтров не превышает 200-300 Па (забитых пылью фильтров - 700-1500 Па).
В промышленности широко используются фильтрующие материалы Петрянова, которые представляют собой слои синтетических волокон диаметром 1-2,5 мкм, нанесенные на марлевую подложку (основу) из скрепленных между собой более толстых волокон. В таблице 2 приведены технические характеристики основных фильтрующих материалов Петрянова.
Таблица 2 - Технические характеристики основных фильтрующих материалов Петрянова
Марка фильтрующего материала | Исходный полимер | Средний диаметр волокон, мкм | Поверхностная плотность, г/м  | Эффективность фильтрации по частицам 0,34 мкм, % | Сопротив-ление потоку воздуха, Па |
ФПП-15-1,5 | Перхлорвинил | 2 | 30±5 | 99 | 15±3 |
РФМ-1,7 | Сополимер стирола | 2 | 25±5 | 99 | 12±3 |
РФМ-3,0 | Сополимер стирола | 2 | 45±5 | 99,99 | 35±5 |
По оценкам экспертов, оптимальная конструкция волокнистых фильтров тонкой очистки отвечает следующим основным требованиям:
- наибольшая поверхность фильтрации при наименьших габаритах;
- минимальное сопротивление;
- возможность удобной и быстрой установки;
- надежная герметичность групповой сборки отдельных фильтров.
Этим требованиям соответствуют рамные фильтры. В таких фильтрах фильтрующий материал, изготовленный в виде ленты, укладывают между П-образными рамками, которые чередуются при сборке пакета открытыми и закрытыми сторонами в противоположных направлениях; при этом между соседними слоями материала устанавливают гофрированные разделители, чтобы предотвратить их примыкание друг к другу; рамки изготавливают из алюминия, нержавеющей стали, фанеры, винипласта и других материалов. Загрязненные газы поступают в одну из открытых сторон фильтра, проходят через материал и выходят с противоположной стороны.
В двухступенчатых или комбинированных фильтрах в одном корпусе размещают фильтры грубой очистки (например, из набивного слоя лавсановых волокон толщиной 100 мм) и фильтр тонкой очистки, изготовленный из материала фильтрующего материала Петрянова.
Для очистки вентиляционного воздуха и технологического газа от радиоактивных частиц используют глубокие (многослойные) фильтры, рассчитанные на эксплуатацию в течение 10-20 лет, после чего их подвергают захоронению с предварительным капсулированием.
В качестве фильтров-туманоуловителей широко используют волокнистые самоочищающиеся фильтры, оснащаемые слоями из стеклянных, синтетических и металлических волокон, а также пакетами вязаных металлических или синтетических сеток. Конструктивной особенностью этих фильтров является коалесценция уловленных жидких частиц при контакте с поверхностью волокон и образование на них пленки жидкости, которая удаляется по мере накопления (в слое) в виде струек или крупных капель, перемещающихся внутри слоя и с тыльной стороны под действием силы тяжести, а также увлечения газовым потоком или капиллярных сил. Обычно при этом не требуется применения механических воздействий на фильтрующие слои: фильтры работают с постоянным сопротивлением в стационарном режиме саморегенерации (самоочищения).
Основными достоинствами волокнистых фильтров-туманоуловителей являются:
- высокая степень очистки;
- надежность в эксплуатации;
- простота конструкций, монтажа и обслуживания;
- возможность обеспечения очистки до любой остаточной концентрации тонкодисперсных туманов, образующихся в технологических процессах получения серы и термической фосфорной кислоты, концентрирования различных кислот и солей упаркой, производства хлор-газа, испарения масел и других органических жидкостей.
2.3.1.3 Зернистые жесткие фильтры
Значительно реже, чем волокнистые фильтры, применяются зернистые жесткие фильтры, в которых зерна (пористая керамика, пористые металлы, пористые пластмассы), прочно связанные друг с другом в результате спекания, прессования или склеивания, образуют жесткую неподвижную систему.
Эти фильтры пригодны для регенерации, которую осуществляют:
- продуванием воздухом в обратном направлении;
- пропусканием жидких растворов в обратном направлении;
- пропусканием горячего пара;
- простукиванием или вибрацией трубной решетки с элементами.
Основными достоинствами зернистых жестких фильтров являются:
- доступность материала;
- возможность эксплуатации при высоких температурах и в условиях агрессивной среды;
- способность выдерживать большие механические нагрузки, перепады давлений, резкие изменения температуры.
Основными недостатками зернистых жестких фильтров являются высокая стоимость, большое гидравлическое сопротивление, а также сложность регенерации.
2.3.1.4 Зернистые насадочные (насыпные) фильтры
Зернистые насадочные фильтры подразделяют на:
- статические (неподвижные) слоевые фильтры;
- динамические (подвижные) слоевые фильтры с гравитационным перемещением сыпучей среды;
- фильтры с псевдоожиженными слоями.
В зернистых насадочных фильтрах улавливающие элементы (гранулы, куски и т.д.) не связаны друг с другом; в качестве насадки используют песок, гальку, шлак, дробленые горные породы, древесные опилки, кокс, резиновую крошку, графит и др. Выбор материала зависит от требуемой термической и химической стойкости, механической прочности и доступности.
Эффективность улавливания пыли возрастает по мере ее накопления в порах насадки. При увеличении сопротивления до предела производят рыхление слоя; после нескольких циклов рыхления насадку промывают или заменяют.
Конструктивной особенностью зернистых фильтров, регенерируемых продвижением слоя, является непрерывное движение рыхлого слоя, который вместе с уловленной пылью проходит через вибрирующий экран; для непрерывного возобновления движущегося слоя необходимо использование громоздкой дорогостоящей системы циркуляции гранул.
Имеются зернистые фильтры, регенерируемые путем воронения или вибрационной встряски зернистого слоя внутри аппарата, а также фильтры с движущейся средой.
Основным достоинством этих фильтров является возможность возвращения фильтрующего слоя, состоящего из зерен шихты, вместе с уловленной пылью непосредственно в технологический цикл.
Также применяются зернистые фильтры, регенерируемые импульсной продувкой и периодическим движением вертикального слоя, к достоинствам которых относят:
- возможность более длительного рабочего цикла зернистого слоя без его замены, а при необходимости - быстрая смена слоя;
- возможность эксплуатации при повышенных температурах;
- отсутствие вращающихся узлов;
- возможность использования аппарата при комплексной очистке газа в качестве фильтра-реактора адсорбера.
К основным недостаткам зернистых насадочных фильтров относят:
- неравномерное распределение импульсного потока при регенерации фильтровальной поверхности;
- залегание зернистого слоя на жалюзийных решетках.
2.3.1.5 Керамические и металлокерамические фильтры
В керамическом фильтре загрязненный газ проходит через керамический фильтрующий материал, который может быть выполнен в различных формах (ткань, войлок, волокно, стойкий к истиранию агломерат или фильтровальные свечи).
Если требуется осуществить удаление кислых компонентов (например, гидрохлорида (316), оксидов азота (301, 304), диоксида серы (330)) и диоксинов (3620), то фильтрующий материал наполняют катализаторами; также может потребоваться впрыск реагентов.
В металлокерамических фильтрах, применяемых для очистки газов с крупнозернистыми и мелкими частицами, поверхностная фильтрация осуществляется спеченными пористыми металлическими фильтрующими элементами, которые устойчивы к абразивному износу от грубых частиц. Фильтрующие элементы можно регенерировать с помощью возвратной или импульсной струи сжатого воздуха, азота или чистого технологического газа - в зависимости от состава. Эти фильтры обычно используют, когда обычные синтетические (текстиль) или стекловолоконные фильтрующие материалы не применяют из-за недопустимости чрезмерно высокой рабочей температуры (>300°C).
Керамические и металлокерамические фильтры в основном используют для удаления пыли при высоких температурах: на установках для сжигания и в системах газификации, где уголь используется в качестве топлива; в промышленности по переработке отходов; при производстве полимеров; в химической и стекольной промышленности; на нефтехимических заводах для сокращения выбросов (в основном мелких частиц катализатора); для удаления твердых частиц из остаточных продуктов установок крекинга на псевдоожиженном слое катализатора и установок замедленного коксования.
Основными достоинствами этих фильтров являются:
- механическая прочность и стойкость к тепловому удару (фильтры нечувствительны к колебаниям температуры). Механическая и термическая прочность пористых металлокерамических фильтров делает их пригодными для высокотемпературных процессов, при которых необходим гарантированный срок службы более 4 лет без незапланированных остановок;
- очень низкое (<10 мбар) падение давления из-за высокой пористости материала;
Основными недостатками этих фильтров являются:
- высокая стоимость по сравнению с другими фильтрующими материалами;
- уязвимость керамического материала;
- относительно высокий перепад давления;
- низкая пригодность для очистки от влажных и (или) липких химических веществ;
- относительно дорогое техническое обслуживание и высокие эксплуатационные расходы.
2.3.1.6 Электрофильтры
Наиболее распространенными универсальными аппаратами для очистки промышленных газов от твердых и жидких частиц являются электрофильтры.
Электрофильтры подразделяют по ряду нижеперечисленных и других признаков:
- по форме осадительных электродов - на пластинчатые, трубчатые и сотовые;
- по направлению движения газового потока - на горизонтальные и вертикальные;
- по числу электрических полей - на двухпольные и многопольные;
- по числу параллельно работающих секций - на односекционные и многосекционные;
- по способу очистки пыли - на сухие и мокрые;
- по степени совмещения зон ионизации и очистки - на однозонные, или одноступенчатые, и двухзонные.
Основными преимуществами электрофильтров являются:
- высокая степень очистки, достигающая 99%;
- возможность работы под давлением и разрежением, а также в условиях воздействия различных агрессивных сред;
- возможность полной автоматизации.
Основным недостатком электрофильтров является высокая чувствительность процесса электрической фильтрации газов к отклонениям от заданных параметров технологического режима, а также к незначительным механическим дефектам в активной зоне аппарата.
Также следует учитывать, что при эксплуатации электрофильтров неизбежно возникновение искровых разрядов. В связи с этим электрофильтры не применяют, если очищаемый газ представляет собой взрывоопасную смесь или такая смесь может образоваться в ходе процесса в результате отклонения от нормального технологического режима. В очень редких случаях электрофильтры используют в условиях возможного образования взрывоопасных сред, но при этом предпринимают особые меры предосторожности (специальные конструктивные решения, автоматическое отключение агрегата питания при возникновении взрывоопасных концентраций среды и т.п.).
В настоящее время применяют различные методы интенсификации процесса пылеулавливания, включая следующие:
- совершенствование параметров распределения электрического поля в межэлектродном пространстве;
- разработка и совершенствование коронирующих и осадительных электродов;
- создание квазиоднородного электростатического поля на осадительных электродах;
- увеличение времени пребывания частиц в активной зоне;
- использование гидродинамических и инерционных сил пылегазового потока;
- совершенствование газораспределительных систем корпуса электрофильтра;
- снижение скорости пылегазового потока в зоне осаждения;
- адаптация режимов регенерации электродов применительно к условиям эксплуатации электрофильтра и свойств улавливаемой пыли;
- оптимизации алгоритма встряхивания и управления агрегатами питания;
- своевременная диагностика и возможности предупреждения о возможных проблемах эксплуатации и др.
2.3.2 Очистка отходящих газов от аэрозолей (пылей и туманов) в сухих механических пылеуловителях
Механические пылеуловители традиционно используют для первичного удаления крупнодисперсных частиц из запыленных газовых потоков. Как правило, их располагают последовательно с устройствами других типов, предназначенных для улавливания мелких частиц (размером около 1 мкм), чтобы снизить нагрузки на последние.
По сравнению с другими типами пылеосадителей механические пылеуловители отличаются простотой конструкции и эксплуатации, относительной дешевизной, отсутствием движущихся частей, относительно малым расходом энергии на эксплуатацию, что связно с малым перепадом давления при прохождении газа через аппарат.
В сухих механических пылеуловителях используются различные механизмы осаждения:
- гравитационный (пылеосадительные камеры);
- инерционный (инерционные камеры, осаждение пыли в которых происходит в результате изменения направления движения газового потока или установки на его пути препятствия);
- центробежный (одиночные, групповые и батарейные циклоны, вихревые и динамические пылеуловители).
2.3.2.1 Гравитационные пылеуловители
Гравитационные пылеуловители действуют по принципу осаждения частиц при медленном движении пылегазового потока через рабочую камеру. В практических условиях используют полые и полочные камеры; в целях оптимизации габаритных размеров аппаратов устанавливают полки.
Гравитационные пылеуловители являются простейшими устройствами для улавливания пыли или крупных частиц. Как самостоятельный элемент пылеулавливающей системы, они имеют ограниченное применение из-за своих габаритных размеров, и обычно применяют их упрощенные конструкции в качестве элементов основного технологического оборудования.
В вертикальных пылеуловителях частицы улавливаются со скоростью оседания выше скорости пылегазового потока, поэтому их используют для улавливания крупных частиц. Более сложную конструкцию имеют камеры дефлекторного типа, в которых пыль собирается в кольцевом коллекторе, окружающем дымовую трубу.
Основными преимуществами этих пылеосадительных камер являются простота и надежность конструкции; малое гидравлическое сопротивление; возможность удаления из газового потока фракций крупных частиц с высокой абразивностью.
Основными недостатками этих пылеосадительных камер являются большие габаритные размеры и низкая эффективность.
2.3.2.2 Инерционные пылеуловители
Инерционные пылеуловители действуют по принципу выделения частиц под действием сил инерции, возникающих в результате изменения направления или скорости движения газа посредством установки одной или нескольких перегородок. Эти устройства устанавливают для улавливания наиболее крупных частиц с повышенными абразивными свойствами.
По сравнению с другими аппаратами камера с плавным поворотом газового потока имеет меньшее гидравлическое сопротивление; степень улавливания пыли с размером частиц 25-30 мкм составляет 65%-80%. Такие камеры традиционно используют на предприятиях черной и цветной металлургии.
Эффективным пылеуловителем является экранный инерционный пылеуловитель, характеризующийся очень низким перепадом давления.
В жалюзийных инерционных аппаратах очищаемые газы проходят через жалюзийную решетку (состоящую из рядов колец или пластин), делая при этом резкие повороты и разделяясь на два потока: пыль преимущественно содержится в потоке, который отсасывают и направляют в циклон. Там поток подвергается очистке от более мелких фракций пыли, после чего его снова сливают с основной частью потока, который прошел через решетку. Скорость газа перед жалюзийной решеткой устанавливают достаточно высокой (до 15 м/с) в целях достижения инерционного отделения пыли. Обычно жалюзийные пылеуловители используют для улавливания пыли с размером частиц более 20 мкм. Основным недостатком этих аппаратов является износ пластин в жалюзийных решетках при высокой концентрации пыли.
Инерционные пылеуловители могут оснащать жалюзийными вытяжными отверстиями, в которых очищаемый газ поступает в широкую полость усеченного конуса, имеющего по всей поверхности жалюзевидные щели. Эти аппараты являются более сложными, но и более эффективными по сравнению с обычными жалюзийными инерционными аппаратами.
Повышение эффективности пылеулавливания может быть достигнуто посредством применения эжекции, позволяющей создать повышенную скорость газа на участке ввода шунтированного потока через циклон, или с помощью установки дополнительного побудителя тяги.
2.3.2.3 Центробежные пылеуловители
В промышленности наиболее широко применяются циклонные осадители, в которых частицы пыли выделяются из газового потока под воздействием центробежных сил, возникающих вследствие вращения потока в корпусе аппарата. Циклоны подразделяют на аппараты со спиральным, тангенциальным и винтообразным, а также осевым (розеточным) подводом газов. Чаще всего используют цилиндрические (с удлиненной цилиндрической частью) и конические (с удлиненной конической частью) циклоны.
К основным достоинствам циклонных осадителей относят:
- отсутствие движущихся частей в аппарате;
- надежность работы при температурах газов до 500°C (для работы при более высоких температурах циклоны изготавливают из специальных материалов или выполняют футеровку);
- возможность улавливания абразивных материалов при защите внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями;
- улавливание пыли в сухом виде;
- практически постоянное гидравлическое сопротивление аппарата;
- эффективная работа при высоких давлениях газов;
- простота изготовления;
- сохранение высокой фракционной степени очистки при увеличении запыленности газов.
К основным недостаткам циклонных осадителей относят:
- высокое гидравлическое сопротивление, равное 1250-1500 Па;
- плохое улавливание частиц размером <5 мкм;
- невозможность использования для очистки газов от влажных и слипающихся пылей;
- невозможность использования при температуре газов ниже точки росы.
При больших расходах очищаемых газов применяют групповую компоновку циклонов, потому что установка одного высокопроизводительного циклона, имеющего большую высоту, приводит к затруднениям при его размещении. Группа циклонов снабжается общим бункером для сбора пыли.
В то же время при использовании мультициклонов необходимо учитывать, что степень очистки газов в них несколько ниже той, которую можно достичь в равных по диаметру обычных циклонах. По оценкам экспертов, примерно одинаковым КПД обладают обычные циклоны вдвое большего диаметра, чем батарейные. Кроме того, следует принимать во внимание, что большое число циклонных элементов, объединенных общим бункером в одной секции батарейного циклона, требует равномерного распределения очищаемых газов; в случае применения элементов малого диаметра соответственно увеличивается их необходимое число, а это, в свою очередь, повышает опасность неравномерного распределения газов и возрастания вредных перетоков газов между элементами через общий бункер.
К центробежным пылеуловителям относят вихревые пылеуловители, основным отличием которых от циклонов является наличие вспомогательного закручивающего газового потока.
В вихревых пылеуловителях соплового типа запыленный газовый поток закручивается лопаточным завихрителем и движется вверх, подвергаясь при этом воздействию трех струй вторичного газа, вытекающих из тангенциально расположенных сопел. Под действием центробежных сил частицы отбрасываются к периферии, а оттуда - в возбуждаемый струями спиральный поток вторичного газа, направляющий их вниз, в кольцевое межтрубное пространство.
Вторичный газ в ходе спирального обтекания потока очищаемого газа постепенно полностью проникает в него. Кольцевое пространство вокруг входного патрубка оснащено подпорной шайбой, обеспечивающей безвозвратный спуск пыли в бункер. В качестве вторичного газа в вихревых пылеуловителях может быть использован свежий атмосферный воздух, часть очищенного газа или запыленные газы.
С экономической точки зрения наиболее целесообразным решением является использование в качестве вторичного газа запыленных газов, поскольку при этом производительность аппарата повышается на 40%-65% без заметного снижения степени очистки. Экспериментально установлено, что оптимальный расход вторичного газа должен составлять 30%-35% от расхода первичного газа.
Для повышения степени пылеулавливания вихревые пылеуловители можно компоновать в группы (за счет уменьшения диаметра аппаратов).
К основным достоинствам вихревых пылеуловителей (по сравнению с циклонами) относят:
- более высокую степень улавливания высокодисперсной пыли;
- отсутствие абразивного износа внутренних поверхностей аппарата;
- возможность очистки газов с более высокой температурой за счет использования холодного вторичного воздуха;
- возможность регулирования процесса сепарации пыли за счет изменения количества вторичного газа.
К основным недостаткам вихревых пылеуловителей относят:
- необходимость использования дополнительного дутьевого устройства;
- повышение (за счет вторичного газа) общего объема газов, проходящих через аппарат (в случае использования атмосферного воздуха);
- более сложную эксплуатацию.
Динамические пылеуловители представляют собой механизм, состоящий из рабочего колеса и кожуха (пылеприемника), где пылегазовый поток приводится во вращательное движение рабочим колесом. При этом под действием центробежной силы пыль выделяется из очищаемого газа. Динамические пылеуловители обеспечивают высокую степень очистки отходящих газов при улавливании частиц размером >10 мкм. Из динамических пылеуловителей наибольшее распространение получил дымосос-пылеуловитель, предназначенный для улавливания частиц пыли со средним размером >15 мкм.
В таблице 3 приведены сравнительные характеристики рассмотренных сухих механических пылеуловителей.
Таблица 3 - Сравнительные характеристики сухих механических пылеуловителей
Тип пылеуловителя | Максимальная производительность, м /ч | Степень пылеулавливания частиц различных размеров, % | Гидравлическое сопротивление, Па | Верхний предел температуры газов |
Осадительная камера | В зависимости от габаритных размеров | 80-90 (50 мкм) | 50-130 | 350-550 |
Циклон | 85000 | 50-80 (10 мкм) | 250-1500 | 350-550 |
Вихревой пылеуловитель | 30000 | 90 (2 мкм) | До 2000 | До 250 |
Батарейный циклон | 170000 | 90 (5 мкм) | 750-1500 | 350-550 |
Инерционный пылеуловитель | 127000 | 90 (2 мкм) | 750-1500 | До 400 |
Динамический пылеуловитель | 42500 | 90 (2 мкм) | 750-1500 | До 400 |
2.3.3 Очистка отходящих газов от аэрозолей (пылей и туманов) в мокрых пылеуловителях
Мокрые пылеуловители используют для удаления газообразных галогенидов водорода (342, 316), диоксида серы (330), аммиака (303), сероводорода (333), летучих органических растворителей, а также для удаления взвешенных веществ (2902) в определенных типах скрубберов.
Мокрые пылеуловители разделяют на три группы: инерционные; фильтрационные; электрические. В группу инерционных мокрых пылеуловителей входят циклоны с водяной пленкой, ротационные, скрубберы и ударные аппараты.
К мокрым фильтрационным аппаратам, предназначенным для очистки пылевых выбросов, относят различные пенные пылеуловители (пенные пылеуловители с переливной и провальной решеткой, струйно-пенные, ударно-пенные, циклонно-пенные и пенно-вихревые аппараты), а также барботажные пылеуловители без решетки и с подачей запыленного воздуха под утопленную в воде решетку.
Мокрые электрофильтры классифицируют так же, как и сухие. Но мокрые электрофильтры отличаются от сухих только применением воды в виде стекающей пленки на осадительных электродах; при отделении жидкой дисперсной фазы (например, тумана) уловленная жидкость стекает по электродам без применения воды.
Выбор очищающей жидкости зависит от загрязняющих веществ, подлежащих удалению:
- для удаления органических соединений, взвешенных веществ (2902) и газов (например, галогениды водорода (342, 316) и аммиак (303)) применяют воду; при этом основная цель заключается в извлечении и повторном использовании этих загрязняющих веществ;
- для удаления кислых составляющих (галогениды водорода, диоксид серы (330), сероводород (333), фенолы (1071), хлор (349) и др.) применяют щелочные растворы (например, каустической соды - гидроксида натрия - и карбоната натрия). Метод обычно применяют на второй стадии промывки для удаления остаточных галогенидов водорода после водной абсорбции на первой стадии, а также для десульфуризации биогаза;
- для извлечения оксидов азота (301, 304) из концентрированных отходящих газов применяют окисляющие растворы;
- для удаления, например, альдегидов применяют растворы гидросульфита натрия бисульфит;
- для удаления щелочных компонентов (например, аммиака (303), аминов и сложных эфиров) применяют кислые растворы;
- для абсорбции и извлечения сероводорода (333) применяют растворы моноэтаноламина и диэтаноламина;
- для извлечения легких летучих органических соединений применяют органические растворители с низкой летучестью.
Экономическая целесообразность применения мокрых пылеуловителей определяется не только задачами газоочистки, но и необходимостью одновременного охлаждения и осушки (или увлажнения) газов, улавливания туманов и брызг, абсорбции газовых примесей и др. При совместном решении вопросов пылеулавливания и химической очистки газов выбор орошающей жидкости (абсорбента) обусловливается процессом абсорбции.
В зависимости от поверхности контакта или по способу действия мокрые пылеуловители подразделяют на:
- полые газопромыватели (оросительные устройства; промывные камеры; полые форсуночные скрубберы);
- насадочные скрубберы;
- тарельчатые газопромыватели (барботажные и пенные аппараты);
- газопромыватели с подвижной насадкой;
- мокрые аппараты ударно-инерционного действия (ротоклоны);
- мокрые аппараты центробежного действия;
- механические газопромыватели (механические скрубберы, динамические скрубберы);
- скоростные газопромыватели (скрубберы Вентури, эжекторные скрубберы).
В известной степени к мокрым пылеуловителям можно отнести мокрые электрофильтры, орошаемые волокнистые фильтры и аппараты конденсационного действия.
Иногда мокрые пылеуловители подразделяют по затратам энергии на низконапорные, средненапорные и высоконапорные. К низконапорным аппаратам (форсуночные скрубберы, барботеры, мокрые центробежные аппараты и др.) относятся пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых не превышает 1500 Па. К средненапорным мокрым пылеуловителям (динамические скрубберы, газопромыватели ударно-инерционного действия, эжекторные скрубберы) относятся пылеуловители, гидравлическое сопротивление которых варьируется в пределах от 1500 до 3000 Па. Группа высоконапорных газопромывателей с гидравлическим сопротивлением больше 3000 Па включает в основном скрубберы Вентури и дезинтеграторы.
Выбор скруббера зависит от следующих факторов:
- требования к эффективности работы;
- энергопотребление;
- реагенты;
- свойства потока отходящих газов.
Обычно скрубберы эксплуатируют с холодильниками предварительного охлаждения (например, камерами распыления и гасителями) в целях понижения температуры газа на входе и одновременного насыщения газового потока, что позволяет избежать сокращения скорости поглощения и испарения растворителя. Такие дополнительные устройства обеспечивают малые перепады давления.
Основными достоинствами мокрых пылеуловителей являются:
- сравнительно небольшая стоимость (без учета шламового хозяйства);
- более высокая эффективность улавливания частиц по сравнению с сухими механическими пылеуловителями;
- возможность применения для очистки газов от частиц размером до 0,1 мкм;
- возможность использования в качестве абсорберов, для охлаждения и увлажнения (кондиционирования) газов в качестве теплообменников смешения.
Основными недостатками мокрых пылеуловителей являются:
- возможность забивания газоходов и оборудования пылью (при охлаждении газов);
- потери жидкости вследствие брызгоуноса;
- необходимость антикоррозионной защиты оборудования при фильтрации агрессивных газов и смесей.
2.3.3.1 Полые газопромыватели
В полых газопромывателях газопылевой поток пропускают через завесу распыляемой жидкости: частицы пыли захватываются каплями промывной жидкости и осаждаются в промывателе, а очищенные газы удаляются из аппарата. Самым распространенным аппаратом этого вида является полый форсуночный скруббер, который используется как для очистки газов от достаточно крупных частиц пыли, так и для охлаждения газов, выполняя в различных системах пылеулавливания роль аппарата, обеспечивающего подготовку (кондиционирование) газов.
2.3.3.2 Насадочные газопромыватели
Насадочные газопромыватели представляют собой колонны, заполненные телами различной формы. Эти аппараты желательно применять только при улавливании хорошо смачиваемой пыли и в тех случаях, когда процессы улавливания пыли сопровождаются охлаждением газов или абсорбцией. При улавливании плохо смачиваемой пыли (но не склонной к образованию твердых отложений) могут использоваться аппараты с регулярной и разреженной насадкой. Широко применяются противоточные насадочные скрубберы.
2.3.3.3 Тарельчатые газопромыватели
Принцип действия этих аппаратов (часто называемых пенными аппаратами) основан на взаимодействии газов с жидкостью на тарелках различной конструкции. По мере повышения скорости газов взаимодействие газового и жидкостного потоков протекает более интенсивно, сопровождаясь образованием высокотурбулизованной пены, в которой происходит непрерывное разрушение, слияние и образование новых пузырьков. В промышленности используют тарельчатые (пенные) газопромыватели различных конструкций: аппарат с провальными тарелками, аппарат с переливными тарелками.
Широкое распространение получили тарельчатые газопромыватели с подвижной насадкой, представляющей собой шары из полимерных материалов, стекла или пористой резины; при этом плотность шаров насадки не должна превышать плотности жидкости. В качестве насадки могут также использоваться кольца, седла и т.д.
В состав скрубберов с подвижным слоем входят зоны с подвижной загрузкой (обычно полимерные шарики с низкой плотностью). Оболочка емкости содержит опорные сетки, на которых размещены подвижная загрузка, впускные и выпускные отверстия для скрубберной жидкости и туманоуловитель. Скрубберы с подвижным слоем применяют для удаления диоксида серы (330), фторидов и запахов, а также для обработки отходящих газов, содержащих пыль, склонную к образованию комков (чешуек). Эти скрубберы слабо подвержены засорению, поскольку шарики находятся в постоянном состоянии перемешивания и псевдоожижения.
Для обеспечения стабильности работы в широком диапазоне скоростей газа, улучшения распределения жидкости и уменьшения уноса брызг используются аппараты двух типов (форсуночный и эжекционный) с подвижной шаровой насадкой конической формы.
2.3.3.4 Газопромыватели ударно-инерционного действия
Самая простая конструкция газопромывателя ударно-инерционного действия представляет собой вертикальную колонну, в нижней части которой находится слой жидкости. Для удаления уплотненного осадка со дна применяют смывные сопла; во время периодического отвода шлама подпитка воды производится только для компенсации ее потерь за счет испарения. Поэтому эти аппараты желательно применять для очистки холодных или предварительно охлажденных газов.
В скруббере Дойля газовый поток поступает через трубы, в нижней части которых установлены конусы, увеличивающие скорость газов в свободном сечении трубы.
Типичным примером газопромывателей ударно-инерционного действия является ротоклон типа N, где установлены один или несколько изогнутых щелевых каналов, нижняя часть которых затоплена жидкостью. Газовый поток, ударяясь о поверхность жидкости, захватывает часть жидкости и заставляет ее двигаться вдоль нижней направляющей канала. После этого жидкость отбрасывается к верхней направляющей, а при выходе из щели падает в виде сплошной водяной завесы. Для предотвращения уноса капель газы после канала проходят через систему каплеотбойных устройств. Скорость газов в канале обычно не превышает 15 м/с.
2.3.3.5 Скрубберные газопромыватели центробежного действия
Скрубберные газопромыватели центробежного действия подразделяют на два вида:
- газопромыватели, в которых закручивателем служит центральное лопастное устройство;
- газопромыватели, в которых вращательное движение пылегазовому потоку придается за счет тангенциального подвода потока.
Широкое распространение получили центробежные скрубберы с тангенциальным подводом газопылевого потока и пленочным орошением, создаваемым форсунками.
Типичным примером скрубберных газопромывателей центробежного действия является циклон с водяной пленкой, предназначенный для очистки запыленного вентиляционного воздуха от любых видов нецементирующейся пыли.
2.3.3.6 Скрубберы Вентури
Скрубберы с трубами Вентури представляют собой высокоэффективные устройства для удаления твердых частиц размером <1 мкм. Также их можно использовать для удаления микропримесей газов, особенно реактивных суспензий.
Основной конструктивной особенностью скрубберов Вентури является наличие трубы-распылителя, оснащенной форсунками для подачи жидкости, в которую поступает загрязненный газ. Сечение конуса сужается, заставляя смесь газа и жидкости двигаться быстрее - возникает эффект турбулентности. Турбулентность дробит поток на мельчайшие капельки, на поверхности которых оседают частицы. По мере поступления потока в расширяющуюся часть аппарата его скорость снижается, турбулентность падает. Жидкость собирается в крупные капли и оседает на дно под действием силы тяжести, а очищенный газ снова подается в атмосферу.
Если в потоке отходящих газов содержатся твердые частицы и газы, подлежащие удалению, то скруббер Вентури можно использовать как устройство предварительной очистки, в котором удаляются твердые частицы в целях предотвращения засорения последующего очистного оборудования, например насадочного скруббера.
В последние годы достаточно широко начали применять пленочное орошение, при котором подаваемая вода непрерывно стекает по стенкам конфузора, образуя возобновляющуюся пленку. Дробление пленки на капли происходит за счет энергии высокоскоростного потока газа. Основным достоинством пленочного орошения является отсутствие мелких отверстий, склонных к зарастанию и засорению, а также возможность подачи на орошение воды пониженного качества, что очень важно в условиях оборотного водоснабжения газоочисток.
Особенности компоновочных решений, технологических и эксплуатационных требований установок с трубами Вентури обуславливают применение различных каплеуловителей, выбор конструкции которых зависит преимущественно от размера улавливаемых капель: чем выше скорость газа в горловине, тем интенсивнее осуществляется процесс дробления и тем меньше размер выносимых из трубы Вентури капель.
В качестве каплеуловителей в скруббере Вентури можно применять сепараторы различных конструкций. Наибольшее распространение получили циклоны, коленные сепараторы, разделительные емкости, сепараторы с закручивающими элементами. Значительно реже в качестве каплеуловителей используются пенные аппараты, полые и насадочные скрубберы, электрофильтры.
При большом удельном расходе орошающей жидкости, а также в случае очистки в скрубберах Вентури переменных объемов газов применяют двухступенчатую сепарацию влаги. На первой ступени для улавливания основного количества жидкости обычно используют разделительные емкости и коленные сепараторы, на второй - циклонные сепараторы для доулавливания капельной влаги. Это позволяет достичь высокой степени улавливания капель и осевших на них частиц пыли во всем диапазоне изменения производительности по газу.
2.3.4 Физико-химические методы очистки отходящих газов
В зависимости от характера протекания физико-химические методы очистки отходящих газов подразделяют на следующие основные группы:
- промывка выбросов растворителями примесей (абсорбция);
- промывка выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (хемосорбция);
- поглощение газообразных примесей твердыми активными веществами (адсорбция);
- термическая нейтрализация отходящих газов;
- каталитическое окисление;
- ионизация;
- фотоокисление/окисление в ультрафиолетовом свете.
2.3.4.1 Абсорбция
Метод абсорбции основывается на разделении газо-воздушной смеси на составные части посредством поглощения одного или нескольких газовых компонентов (абсорбатов) этой смеси жидким поглотителем (абсорбентом) с образованием раствора.
Для удаления из выбросов аммиака (303), хлористого/фтористого водорода (316, 342) целесообразно применять в качестве поглотительной жидкости воду, потому что их растворимость в воде составляет сотни граммов на 1 кг воды. При поглощении из газов диоксида серы (330) или хлора расход воды будет более значительным, потому что их растворимость составляет только сотые доли грамма на 1 кг воды. В некоторых особых случаях вместо воды применяют водные растворы сернистой кислоты (для улавливания водяных паров), вязкие масла (для улавливания ароматических углеводородов из коксового газа) и др.
Контакт газового потока с жидким растворителем производится либо пропусканием газа через насадочную колонну, либо распылением жидкости, либо барботажем газа через слой абсорбирующей жидкости. В зависимости от способа контакта "газ - жидкость" различают:
- насадочные башни - форсуночные и центробежные скрубберы;
- скрубберы Вентури;
- барботажно-пенные скрубберы;
- тарельчатые и другие скрубберы.
Широкое распространение получили башни с колпачковыми тарелками. Иногда вместо колпачковых тарелок применяют перфорированные пластины с большим количеством мелких отверстий (диаметром примерно 6 мм), которые создают пузырьки газа одинаковой формы и размера; более мелкие отверстия затрудняют стекание промывной жидкости, особенно при значительном расходе газа.
Применение абсорбционных методов обычно связано с использованием схем, включающих узлы абсорбции и десорбции. Десорбцию тарельчатого абсорбера растворенного газа (или регенерацию растворителя) проводят либо снижением общего давления (или парциального давления) примеси, либо повышением температуры, либо использованием двух приемов одновременно.
Достоинством абсорбционных методов является экономичность очистки большого количества газов и осуществление непрерывных технологических процессов.
В процессе эксплуатации абсорбционных аппаратов следует предусматривать создание систем регенерации отработавших абсорбентов, поскольку метод сопровождается образованием большого количества отходов (смесь пыли, растворителя и продуктов поглощения). Таким образом, возникают проблемы регенерации, обезжиривания, транспортирования и утилизации образующегося шлама, что, в свою очередь, приводит к удорожанию и осложнению эксплуатации.
2.3.4.2 Хемосорбция
Метод хемосорбции базируется на поглощении газов и паров твердыми или жидкими поглотителями с образованием слаболетучих химических соединений на поверхности или в растворе.
Для реализации хемосорбции используют насадочные башни, пенные и барботажные скрубберы, распылительные аппараты типа труб Вентури и аппараты с различными механическими распылителями. Также широко используют аппараты с подвижной насадкой, достоинством которых является высокая эффективность разделения при умеренном гидравлическом сопротивлении, а также большая пропускная способность по газу.
Применяемые для очистки выбросов методы абсорбции и хемосорбции классифицируют как "мокрые".
Основным недостатком этих методов является значительное снижение температуры газов после осуществления очистки, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности рассеивания остаточных газов в атмосфере (для этих целей может использоваться дополнительный подогрев отходящих газов). Также следует учитывать, что оборудование громоздко и требует создания системы жидкостного орошения.
2.3.4.3 Адсорбция
Метод адсорбции базируется на использовании физических свойств некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой селективно извлекать из газовой смеси отдельные компоненты и концентрировать их на своей поверхности. В пористых телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение дополняется капиллярной конденсацией.
Основными направлениями использования адсорбции являются:
- извлечение летучих органических соединений для их повторного использования или циркуляции в замкнутом цикле; также может использоваться в качестве автономной системы, в качестве стадии концентрирования для повышения эффективности последующего извлечения, например, с помощью мембранной сепарации или для обработки выбросов систем газоочистки;
В качестве промышленных адсорбентов в основном используются смешанно-пористые материалы с высокоразвитой внутренней поверхностью, имеющие искусственное или природное происхождение; в соответствии с размером пор, преобладающим в их структуре, адсорбенты подразделяют на микро-, переходно- и макропористые. Наиболее широко применяются следующие виды адсорбентов:
- гранулированный активированный уголь (адсорбент с широким диапазоном эффективности как для полярных, так и неполярных соединений), который может быть пропитан, например, окислителями (перманганатом калия или соединениями серы) для улучшения удержания тяжелых металлов; можно использовать в сочетании с полимерами;
- цеолиты, свойства которых зависят от их производства, служащие простыми молекулярными ситами, избирательными ионообменниками или гидрофобными адсорберами летучих органических соединений; можно использовать в сочетании с полимерами;
- макропористые полимерные частицы, которые используются в виде гранул или шариков, не обладая высокой избирательностью в отношении летучих органических соединений;
- силикагель;
- натрий-силикаты алюминия.
К основным видам адсорбционных систем относят:
- адсорбцию с неподвижным слоем;
- адсорбцию с псевдоожиженным слоем;
- непрерывную адсорбцию с подвижным слоем;
- адсорбцию при переменном давлении (PSA).
Адсорбция применяется для регулирования содержания, извлечения, рециркуляции или подготовки к последующей обработке летучих органических соединений и выбросов в атмосферу органических загрязняющих веществ, например выбросов, которые образуются при обезжиривании, покраске распылением, экстракции растворителями, покрытии металлической фольгой, нанесении пленочных покрытий, меловании бумаги, производстве лекарственных препаратов и др.
Адсорбенты можно использовать последовательно: например, на первом этапе для отделения высоких концентраций летучих органических соединений применить полимеры, а на втором этапе для отделения менее концентрированных летучих органических соединений использовать цеолиты.
Выбор конструкции адсорбера определяется скоростью газовой смеси, размером частиц адсорбента, требуемой степенью очистки и др. Конструктивно адсорберы выполняются в виде вертикальных, горизонтальных либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом, через который фильтруется поток очищаемого газа. Вертикальные адсорберы обычно применяют при небольших объемах очищаемого газа; горизонтальные и кольцевые - при высокой производительности, достигающей десятков и сотен тысяч кубических метров в час.
Использование адсорбции при переменном давлении позволяет отделять газы или пары из смеси отходящих газов и одновременно регенерировать адсорбент. Процесс включает четыре этапа: 1) создается давление газа, поступающего в адсорбер; 2) адсорбция происходит при высоком давлении, и, следовательно, образуются чистые компоненты; 3) давление сбрасывается; 4) производится продувка при низком давлении или под вакуумом.
Фильтрация газа может происходить через неподвижный (адсорберы периодического действия) или движущийся слой адсорбента. Наиболее широко применяются адсорберы периодического действия, в которых период контактирования очищаемого газа с твердым адсорбентом чередуется с периодом регенерации адсорбента. Эти установки отличаются конструктивной простотой, но в то же время имеют низкие допускаемые скорости газового потока и, следовательно, повышенную металлоемкость и громоздкость. Основным недостатком этих аппаратов являются большие энергетические затраты, связанные с преодолением гидравлического сопротивления слоя адсорбента.
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.