Газоочистка дымовых газов инсинератора: охлаждение, скруббер, адсорбция, фильтр

Что должна удалять газоочистка дымовых газов инсинератора

Из камеры дожигания выходит не один загрязнитель, а смесь, и именно из-за этой смеси газоочистка становится цепочкой ступеней, а не одним аппаратом.

• Кислые газы — хлористый водород и диоксид серы из пластмасс, фтористый водород из фторсодержащих отходов. Они хорошо растворяются, поэтому их удаляют контактом со щелочной жидкостью или твёрдым сорбентом.
• Оксиды азота — образуются из азота отходов и воздуха горения. Оксид азота растворяется лишь незначительно, поэтому с ним работают в печи, а не скруббером.
• Твёрдые частицы и летучая зола — то, что не осело из газа. Большая часть тяжёлых металлов переносится именно этой пылью.
• Тяжёлые металлы — в частности ртуть, она уходит паром, поэтому ей нужен адсорбент, а не фильтр.
• Диоксины и фураны — разрушаются в горячей зоне и способны образоваться заново ниже по потоку, на поверхности летучей золы.
• Монооксид углерода и остаточная органика — это признаки неполного сгорания, а не загрязнители, которые газоочистной тракт может удалить.

Сопоставить этот список со ступенями — и есть большая часть проекта. Конфигурация, оставившая группу без ответа, не проявится, пока не начнут контролировать дымовую трубу.

Охлаждение: закалочная башня дымовых газов

Газ выходит из камеры дожигания горячим, и первая ступень обычно — быстро его охладить. Закалочная башня дымовых газов делает это испарительно: в поток газа распыляют воду, и скрытая теплота испарения сбивает температуру, а поверхностей теплообмена, которые могла бы загрязнить пыль, здесь нет.

Быстро охлаждать нужно по той же причине, по которой важна температура сгорания. Между камерой и фильтром газ проходит диапазон, в котором диоксины могут образоваться заново на летучей золе. Обычно называют диапазон примерно 200–400 °C; эта цифра показывает направление проекта — проходить его быстро и не давать газу в нём задерживаться, — а не задаёт уставку.

Закалочная башня — мокрый аппарат: воду, которую она испаряет, нужно подводить, а газ из неё выходит насыщенным. Кислые газы делают конденсат кислым, поэтому корпус башни, форсунки и газоход за ней выбирают под такую среду. Там, где станция рекуперирует тепло, охлаждение может выполняться в котле.

Скрубберная очистка: удаление кислых газов из дымовых газов

Скруббер дымовых газов удаляет кислые газы контактом со щелочной жидкостью. В насадочной башне газ поднимается через слой насадки, а орошающая жидкость стекает по ней вниз, и насадка даёт двум потокам наибольшую возможную поверхность контакта. Скруббер Вентури делает то же при более высокой скорости газа и попутно улавливает крупную пыль. Реагент — щёлочь: гидроксид натрия, известковое молоко или бикарбонат натрия, — дозируется так, чтобы жидкость держалась в области эффективной абсорбции.

Жидкость рециркулируют и частично выводят. Вывод, то есть продувка скруббера, — это самостоятельный поток сточных вод, несущий растворённые соли, взвешенные вещества и тяжёлые металлы, и перед сбросом он требует собственной очистки. Поэтому мокрому тракту нужны подвод воды, подача реагента и маршрут для сточных вод; объекту, где этого нет, лучше подходит сухой тракт.

Сухие и полусухие тракты делают ту же химию без жидкого стока. В полусухой схеме известковое молоко распыляют в абсорбере-распылительной сушилке: вода испаряется по ходу реакции, а сухой продукт уходит вместе с газом. В сухой схеме твёрдый сорбент вдувают в газоход или газ проходит через реактивные фильтрующие блоки. В обоих случаях продукт и неиспользованный сорбент улавливает фильтр ниже по потоку, поэтому такой фильтр участвует и в реакции, а не только в разделении.

Оксиды азота — исключение в этом разделе. Оксид азота не растворяется сколько-нибудь полезно, поэтому скруббер, эффективно удаляющий хлористый водород, снимет его очень мало. Вместо этого удаление происходит до газоочистного тракта — вдуванием реагента в печь или в горячий газовый тракт. Таблица выбросов задаёт для оксидов азота отдельный норматив, потому что это отдельная задача с отдельным ответом.

Адсорбция: активированный уголь перед рукавным фильтром дымовых газов

После охлаждения и скрубберной очистки остаётся то, что не кислое и не улавливается как пыль: диоксины и фураны, а также пары ртути. И то и другое задерживается на угле, и самая распространённая схема — вдувание активированного угля: порошковый уголь дозируют в газоход перед фильтром твёрдых частиц, и уголь наращивает слой на фильтре, так что газ проходит через его слой, а не просто мимо него.

У этой схемы есть свойство, которое стоит понять до того, как её зададут: она расходуемая. Уголь уходит вместе с золой фильтра, поэтому расход вдувания — это текущие затраты, а выводимая зола теперь содержит диоксины и ртуть, которые были уловлены.

Альтернатива — неподвижный угольный слой: газ пропускают через аппарат с углём, который заменяют или регенерируют по графику. Им проще управлять и его проще контролировать, но ему нужно больше места и более тяжёлый аппарат, чем вдувающей фурме. Обе схемы зависят от температуры: при горячем газе адсорбция слабее, а слишком холодный газ несёт влажную и липкую пыль в фильтр. Расход вдувания и температурное окно, подходящие вашим отходам, подтверждают с заводом по составу отходов.

Фильтрация: рукавный фильтр дымовых газов и дымовая труба за ним

Рукавный фильтр задерживает твёрдые частицы, а вместе с ними — тяжёлые металлы, которые едут на пыли. Рукава из иглопробивного войлока на трубной решётке висят внутри корпуса, разделённого на секции; газ проходит через ткань, пыль наращивает слой, и импульс сжатого воздуха или механическое встряхивание через определённые интервалы сбрасывает этот слой в бункер. Основную тонкую фильтрацию выполняет именно слой, поэтому рукавный фильтр очищают, а не снимают целиком.

В сухом или полусухом тракте здесь же заканчивается и химия. Сорбент, вдутый выше по потоку, и образовавшиеся продукты реакции находятся в слое на фильтре, и газ продолжает реагировать, проходя через него, так что фильтр — это и неподвижный слой, и разделитель.

Ограничение, которое решает, где может стоять фильтр, — это ткань. У каждого материала рукавов есть максимальная длительная рабочая температура, и закалочная башня или скруббер выше по потоку должны подавать газ ниже неё. Затем газ идёт к дымососу, который тянет весь тракт, и к дымовой трубе, где контролируют нормативы. В приведённой здесь таблице выбросов инсинератора в колонке медицинских и опасных отходов диоксины и фураны заданы как 0.5 нг ТЭК/м³, среднее измерений, по GB 39707-2020, и весь газоочистной тракт — это оборудование, которое должно удерживать это число.

Почему порядок именно такой

• Закалочная башня дымовых газов перед фильтрацией: тканевый фильтр не выдерживает температуру, с которой газ выходит из камеры.
• Охлаждение перед адсорбцией: уголь плохо адсорбирует из горячего газа, а окно повторного образования закрывается только после охлаждения газа.
• Удаление кислых газов из дымовых газов перед фильтром в сухом тракте — чтобы продукт реакции образовывался там, где его можно уловить.
• Адсорбция непосредственно перед рукавным фильтром дымовых газов — чтобы уголь в слое стал контактным слоем.
• Оксиды азота — перед трактом, в печи или на каталитической ступени: скруббер до них не достаёт.
• Монооксид углерода — внутри проекта сжигания: он указывает на неполное сгорание, а не на проблему скруббера.

Что определяет конфигурацию для объекта

Три конфигурации, которые предлагаются для инсинераторов, — сухая очистка, мокрая очистка и базовая однотрактовая схема — решают одни и те же четыре задачи разным оборудованием, и выбор следует из объекта, а не из оборудования.

• Состав отходов. Хлор в отходах задаёт нагрузку по хлористому водороду, которую скруббер должен нейтрализовать.
• Применимый норматив выбросов. Норматив на дымовой трубе решает, сколько ступеней нужно тракту, а не наоборот.
• Вода и сточные воды. Мокрому тракту нужны подвод воды, подача реагента и маршрут для продувки.
• Снабжение реагентами. Известь, щёлочь и активированный уголь нужно закупать и хранить, и удалённый объект стоит проектировать под то, что он может получить.
• Климат. Мокрому тракту на объекте, где бывают морозы, нужны обогрев трубопроводов, защита дренажа и процедура останова.
• Квалификация персонала. Сухой тракт с системой вдувания и рукавным фильтром требует от оператора меньше, чем мокрый тракт с контуром рециркуляции.

Типичные ошибки

• Покупать газоочистной тракт под размер печи, а не под отходы и норматив. Тот же тоннаж других отходов даёт другой газ.
• Задавать мокрый тракт, не решив, куда девать продувку. То, что сбрасывает скруббер, — поток, который объект обязан очистить.
• Замедлять охлаждение ради рекуперации тепла, не спросив, через что газ проходит по пути вниз.
• Забывать про золу. То, что собирает фильтр, содержит металлы и диоксины, извлечённые из газа, и её нужно куда-то девать.
• Ждать, что скруббер дымовых газов справится с оксидами азота. Не справится, и этот норматив нужно выдерживать в печи.

Самопроверка перед заданием газоочистного тракта

• Охарактеризованы ли отходы — хотя бы по содержанию хлора и по пластмассам в них?
• Определён ли применимый к объекту норматив выбросов вместе с периодом осреднения по каждому параметру?
• Есть ли на каждую группу из списка загрязнителей ступень, которая её решает?
• Указана ли температура на входе в фильтр твёрдых частиц и согласована ли она с материалом рукавов?
• Известна ли скорость охлаждения в диапазоне повторного образования, а не только температуры на входе и выходе?

От норматива выбросов к газоочистному тракту

В газоочистке дымовых газов инсинератора всё следует из отходов и норматива, поэтому конфигурацию выбирают раньше, чем составляют список оборудования. Страницы инсинераторов показывают, что входит в каждую схему очистки, а таблица выбросов инсинератора задаёт нормативы, которые тракт должен выдержать, параметр за параметром. Сторона сжигания той же темы разобрана в статье о том, почему инсинераторы работают при 850 °C две секунды. Конфигурацию, расход реагентов и фильтр, подходящие вашим отходам, подтверждают с заводом по составу отходов и применимому нормативу выбросов.