TEHNOLOŠKI PROCESI, OPERACIJE I UREĐAJI ZA PREČIŠĆAVANJE OTPADNIH GASOVA Ime i prezime autora [Igor Kovački] e-mail [
[email protected]]
Proizvodni postupci emituju u vazduh širok spektar zagađujućih supstanci, pri čemu se emitovanje nekih može lako i bez većih izdataka sprečiti. Neke supstance se teško, a neke uopšte ne mogu sprečiti. Najefikasniji postupci i uređaji su oni koji gasove prečišćavaju na mestu generisanja ili u njihovoj blizini [1]. Osnovni tehnološki procesi, operacije i uređaji za prečišćavanje otpadnih gasova su: Procesi: Oksidacioni, Redukcioni, Neutralizacioni, Sagorevanje, Sorpcioni; Operacije: Taloženje, Filtracija, Apsorpcija, Adsorpcija, Uređaji: Taložne komore, Ciklonski uređaji (suvi centrifugalni kolektori), Platneni (tekstilni) filteri i filteri od vlakana, Elektrostaticki izdvajači, Mokri izdvajači (skruberi-apsorberi), •
sprej komore,
•
"Venturi" uređaji,
•
kolone sa punjenjem,
•
kolone sa podovima,
Komore za sagorevanje, dogorevanje i katalizu, Izdvajači sa čvrstom fazom (adsorberi).
POSTUPCI I UREĐAJI ZA IZDVAJANJE ČVRSTIH ČESTICA
Ciklonski separatori Ciklonski separatori služe za razdvajanje čvrste od gasovite faze. To mogu biti prečistači zaprljanog vazduha, ali to mogu biti i odvajači proizvoda iz struje vazduha ili nekog drugog gasa. Izdvajanje je na principu inercijalnih – centrifugalnih sila koje nastaju zbog rotacionog kretanja prašina. Čestice “beže” ka pariferiji, a u središtu ciklonske komore ostaje čist ili čistiji vazduh koji izlazi nagore kroz centralnu cev. Donji deo aparata je koničan, a na dnu je ispust za čvrstu fazu [2].
Slika 1 Princip rada ciklonskog separatora Više - ciklonski separator
Više - ciklonski separator se sastoji od određenog broja ciklona malog prečnika, koji su paralelno vezani, i imaju zajednički dovod i odvod gasa. Više - ciklonski separatori rade na istom principu kao i pojedinačni cikloni. Ovi separatori su efikasniji od pojedinačnih zato što su duži i manjeg su prečnika. Veća dužina omogućava duži boravak suspenzije u ciklonu, dok manji prečnik stvara veće centrifugalne sile. Ova dva faktora dovode do boljeg odvajanja materijala iz gasa. Pad pritiska višestrukih ciklona je veći od jednog ciklonskog separatora.
Slika 2 Više - ciklonski separator
Tabela 1 Prednosti i nedostaci Ciklonskih separatora Prednosti: 1. Niski investicioni troškovi 2. Jednostavna konstrukcija 3. Relativno nizak radni pad pritiska 4. Radna temperatura i pritisak ograničeni samo konstrukcionim materijalom, a ne i uslovima rada 5. suvi postupak izdvajanja i odlaganja izdvojenih komponenata Nedostaci: 1. Relativno nizak stepen izdvajanja, posebno za čestice manje od 10 μm 2. Nepogodni za rad sa lepljivim komponentama Filteri
Tehnološka operacija filtriranje primenjuje se na suspenzijama. To je postupak pri kome se, zahvaljujući poroznim pregradama (filterska pregrada), razdvajaju noseća faza (tečnost ili gas) od čvrste faze (čvrstih čestica). U većini slučajeva suspenzija se prinudno usmerava zahvaljujući nekoj hidrauličkoj mašini kroz pregradu. Čestice suspenzije zaustavljaju se na pregradi, a noseća faza prolazi kroz pregradu. Kada je u pitanju prolazak tečne suspenzije kroz filtersku pregradu na bazi gravitacionog kretanja naniže, reč je o ceđenju. Tokom operacije vremenom se nakupljaju čestice na pregradi. Ove čestice čine filter pogaču koja sama za sebe predstavlja filtersku pregradu. Zbog ove pojave otpor strujanja fluida kroz pregradu raste tokom vremena te se u određenom momentu proces mora zaustaviti da bi se odstranila pregrada. Kada nije poželjno zaustavljanje procesa pribegava se ugradnji dva ili više paralelnih uredaja, koji rade naizmenično ili primeni filterskih aparata koji imaju pokretne filterske pregrade na kojima se može kontinualno uklanjati filter pogača (princip dobošastih i sličnih filtera) [3].
Slika 3 Postupak filtriranja
Slika 4 Konstrukcija vrećastog filtera
Tabela 2 Prednosti i nedostaci Vrećastih filtera Prednosti: 1. Veoma visok stepen izdvajanja i krupnih i finih čestica (i submikronskih) 2. Relativno neosetljivi na promene u struji gasova (male promene u stepenu izdvajanja i padu pritiska sa velikim promenama koncentracije čvrstih čestica u struji gasova) 3. Moguća recirkulacija dimnih gasova (uštede u energiji) 4. Suvi postupak izdvajanja i odlaganja izdvojenih komponenata 5. Nema problema sa otpadnim vodama (suv proces), niti opasnosti od smrzavanja 6. Korozija obično nije problem (ako se ne ide ispod tačke rose) 7. Nema opasnosti od visokih napona, eksplozivnih i zapaljivih gasova (pri malim koncentracijama čvrstih čestica) 8. Koriste kvalitetna vlakna ili granule 9. Postoji veliki broj projektnih rešenja u zavisnosti od vrste postrojenja i gasova 10. Relativno jednostavni za rad i eksploataciju Nedostaci: 1.Zbog granicne temperature primene za većinu filterskih materijala (290°C), zahteva se prethodno hlađenje gasova ili specijalna mineralna ili metalna vlakna, što značajno povećava investicione troškove 2.U nekim slučajevima neophodan je dodatni uređaj za izdvajanje 3.Mogućnost požara i eksplozija pri radu sa visokim koncentracijama čvrstih čestica u gasovima (50 mg/m3) i u slučaju čvrstih čestica koje imaju izrazitu sposobnost niskotemperaturske oksidacije, 4.Relativno visoki troškovi održavanja (zamena vreća i sl.) 5.Relativno kratak vek trajanja, posebno pri višim radnim temperaturama i pri radu sa kiselim ili baznim komponentama gasova 6.Filterski materijali su osetljivi na vlagu 7.Zahtevaju posebnu zaštitu na radu radnika na održavanju (oštećenja respirativnih organa) 8.Srednji pad pritiska pri radu (obično 1500-2500 Pa). Elektrofilteri (Elektrostatičko prečišćavanje) Kada se žele potpuno odstarniti najfinije (najsitnije) čestice u nekoj gasnoj suspenziji (prašina) tada su klasične mehaničke metode nedovoljno efikasne. U takvim slučajevima primenjuje se elektrostatičko prečišćavanje. Ovaj oblik izdvajanja čestica polazi od činjenice da su čestice koje se kreću sa strujom gasa uvek naelektrisane. To naelektrisanje prirodna je pojava, koja je objašnjena u elektrotehnici (kretanje provodnika u elektromagnetnom polju). Postoje negativno i pozitivno nalektrisane čestice. Ako se takve čestice dovedu u blizinu suprotno naelektrisanih elektroda – ploča doći će do njihovog privlačenja (suprotno naelektrisana tela se privlače) te će se čestice taložiti “lepiti” na te ploče.
Takvim postupkom rešavaju se najfinije potrebe prečišćavanja vazduha. Nalektrisanje čestica, koje mogu biti veoma male - do veličine jona, može biti bez spoljnjeg dejstva ili sa prinudnim spoljnim dejstvom. U ovom drugom slučaju aparat sadrži i jonizator koji ima zadatak da prinudno naelektriše čestice. Sam uređaj za izdvajanje čestica može biti cevni ili pločasti. I u jednom i u drugom slučaju zaprljani vazduh prolazi kroz prostor izmedu elektroda. Ovaj tehnološki aparat naziva se elektrofilter [2].
Prečišćen gas Pozitivna elektroda
Negativna elektroda
Gas sa zagađujućim česticama Slika 5 Elektrofilter sa pločastim elektrodama
Čestice u gasu pri prolasku u prostor između koronarne elektrode i taložne, naelektrišu se usled čega skreću prema elektrodama (neznatan deo prema koronarnoj), na koje se talože. Koronarno pražnjenje, je neophodno za proces naelektrisanja čestica, nastaje pri određenoj jačini električnog polja, povećanjem napona proces se intenzivira do odgovarajuće granice [1]. Radna ili aktivna zona elektrofiltera je deo u kome se stvara električno polje. Aktivna zona deli se na više električnih polja pa i filteri mogu biti sa jednim ili više polja. Elektrofilteri se sastoje iz više sekcija pri čemu se neke sekcije mogu u eksplotaciji isključiti radi čišćenja ili remonta. Prema pravcu strujanja zaprljanog gasa elektrofilteri mogu biti horizontalni (pločasti) i vertikalni (sa cevnim i pločastim taložnim elektrodama). Shodno načinu izdvajanja nataloženih čestica elektrofilteri se dele na suve i vlažne. Kod suvih se prah uklanja otresanjem, a kod vlažnih se prah ispira vodom. Suvo otresanje može se realizovati udarom pomoću ekscentričnog mehanizma, udarom čekićem, vibracionim mehanizmom. Vlažno odvajanje može biti kontinualno i periodično.
Koronarna elektroda Taložna elektroda Distributivna rešetka gasa
Komora izolatora Visokonaponsko napajanje
Ulaz Izlaz
Uređaj za otresanje koronarne elektrode Uređaj za otresanje taložne elektrode Levak - sabirnik Slika 6 Pločasti elektrostatički odvajač
Tabela 3 Prednosti i nedostaci Elektrostatičkih izdvajača čvrstih čestica Prednosti: 1.Veoma efikasni za izdvajanje čestica dimenzija ispod 0,1 µm (pri relativno niskoj potrošnji energije od 0,1-0,5 kWh/1000 m3 gasova), 2. Suvi postupak izdvajanja i odlaganja izdvojenih komponenata, 3. Mali pad pritiska (manje od 150 Pa), 4 .Projektovani za kontinualni rad sa minimalnim zahtevima za održavanjem, 5. Relativno niski eksploatacioni troškovi (u odnosu na druga rešenja), 6. Pogodni za rad pri visokim nadpritiscima (do 10 bar) ili podpritiscima struje gasova, 7. Pogodni za rad pri visokim temperaturama (do 700 oC), 8. Pogodni za rad pri velikim zapreminskim protocima gasova i velikim ulaznim koncentracijama
čvrstih čestica (50 mg/m3 i više). Nedostaci: 1. Visoki investicioni troškovi, 2. Veoma osetljivi na promene u gasnoj struji (promena zapreminskog protoka, temperature, sastava gasova i koncentracije čvrstih čestica), 3. Izvesni problemi u izdvajanju čestica zbog visokih ili niskih karakteristika otpora, 4. Zauzimaju dosta prostora, 5. Ne mogu se primeniti za eksplozivne gasove i čvrste čestice, 6. Zahtevaju posebne uslove zaštite na radu zbog visokih napona, 7. Tokom jonizacije gasova nastaje ozon, 8. Zahtevaju relativno visoko obučene radnike za rad pri eksploataciji i održavanju. Mokri izdvajači (Skruberi - apsorberi) Pri ovim postupcima čvrste čestice se vezuju za tečnost. Postupak izdvajanja čvrstih čestica, ali i gasovitih komponenti iz gasova se može ostvariti na sledeće načine: Tečnost se raspršuje u radnom prostoru uređaja u obliku sitnih kapi koje intenziviraju površinu dodira između tečnosti, gasa i praha, Gas se vadi u obliku mehurova kroz sloj tečnosti, Usmeravanjem struje gasa sa prahom na tanke slojeve tečnosti koji se raspršuju vezujući gasove ili čvrste čestice [1]. Apsorpcija je proces pri kom se komponenta gasa fizički razdvaja od nosećeg gasnog toka i hemijski vezuje za tečnu fazu. Venturi skruber Kod Venturi skrubera tečnost se ubrizgava u konveksnu sekciju. Dakle tečnost se kreće po inerciji kroz Venturi grlo, što je veoma zgodno kada je gas koji sadrži nečistoće topao ili suv. U suprotnom prašina bi imala tendenciju da izbegne spajanje sa tečnošću.
1
1
Slika 7 Venturi skruber 1) Ulaz za tečnost, 2) Grlo 2
Sprej kule Sprej kule ili komore se sastoje od praznog cilindričnog suda, koji je izrađen od čelika, ili plastike, i sistema prskalica za tečnost koje su postavljene unutar suda. Ulaz zaprljanog gasa je postavljen u donjem delu cilindra, i gas se kreće prema gore. Unutar cilindra je postavljen veliki broj mlaznica. Razlog za postavljanje velikog broja mlaznica je da se maksimizira broj finih kapljica koje služe za apsorpciju čestica. Sprej kule se mogu koristiti za prikupljanje i određenih vrsta gasova, ali su efikasnije za uklanjanje čvrstih materijala.
1 Slika 8 Sprej kula, 1) Prskalice za tečnost
Naravno pored gore navedenih uređaja za vlažno prečišćavanje, postoje i mnogi drugi : Vrtložni izdvajači, Istosmerni horizontalni raspršivači tečnosti, Vlažni apsorpcioni izdvajač sa ispunom i td. Pored vlažnih postupaka prečišćavanja gasova, postoje i suvi postupci izdvajanja (adsorberi). Adsorpcija je proces vezivanja zagađujuće gasovite komponente za porozne čvrste materijale.
Tabela 4 Prednosti i nedostaci vlažnih izdvajača čvrstih čestica Prednosti: 1. Ne predstavljaju dodatni izvor čvrstih čestica 2. Ne zauzimaju veliki prostor 3. Pogodni za izdvajanje čvrstih čestica i gasovitih zagadujucih komponenata (posebno lepljivih) 4. Pogodni za rad pri visokim temperaturama i visoko vlažnim gasovima 5. Niski investicioni troškovi (ako se ne zahtevaju dodatni uredaji za tretman otpadnih voda), 6. Pogodni za rad pri velikim pritiscima gasnih struja 7. Visok stepen izdvajanja finih čestica (ali, sa visokim padom pritiska)
Nedostaci: 1. Često je potrebno dopunsko prečišćavanje otpadnih voda i taloga 2. Izdvojeni materijali su u vlažnom stanju 3. Povećana opasnost od korozije i smrzavanja 4. Moguća neprozirna perjanica gasova iz dimnjaka i/ili ispuštanje kapljica u atmosferu 5. Moguć visok pad pritiska i viša potrošnja energije 6. Opasnost od stvrdnjavanja čvrstih čestica u kontaktu sa vodom 7. Visoki eksploatacioni troškovi
LITERATURA [1] Milan Pavlović, Ekološko inženjerstvo, Tehnički fakultet „Mihajlo Pupin“, Zrenjanin, 2011. [2] http:// mfkv.kg.ac.rs Procesi i oprema u zaštiti životne sredine, 14.12.2011. [3] http:// polj.uns.ac.rs Mehaničke operacije 12.12.2011.
