Отходящие газы

Отходящие газы, газообразные продукты различных промышленных и других процессов, не являющиеся целью последних и получаемые в результате химических реакций и физич. изменений в этих процессах. В большинстве случаев О. г. являются продуктами горения топлива, сжигаемого для целей отопления, для получения меха-нич., электрич. или химич. энергии, для производства различного рода технологич. процессов, из которых особенно следует отметить процессы металлургические и тому подобное. Сообразно с этим О. г. обычно носят название «продуктов горения» или «дымовых газов» (смотрите Газ топочный и дымовой). Последнее название собственно относится к О. г., содержащим во взвешенном состоянии твердые остатки неполного сгорания топлива, частицы сажи и смолы, увлекаемые вместе с О. г. легкие частицы золы и различных веществ, уносимых из рабочего пространства печей, пары металлов и их окислы, конденсирующиеся пары воды и т. д.

Состав О. г. мало чем отличается от состава обычных дымовых газов. Из числа вредных составляющих следует упомянуть о наличии СО, H₂S, S0₂, S0₃, а в отдельных случаях овистых, фосфористых, ртутных н других соединений, паров к-т, лету чих солей и прочие При специальных производствах О. г. содержат и другие более сложные газообразные соединения. Вес 1 м^ъ О. г. можно с достаточным приближением в среднем принять равным 1,30 килограмм.

Развитие техники обращения с О. г. шло по двум направлениям, имея в виду след.: 1) своевременное и непрерывное удаление О. г. для обеспечения правильного и бесперебойного протекания соответствующих процессов и 2) устранение или ослабление вредоносного влияния О. г. для окрестного населения, а также для животного и растительного мира. Первое достигается правильно устроенной и достаточно интенсивно действующей (естественной или искусственной) канализацией О. г. В большинстве случаев это осуществляется при помощи дымовых труб (смотрите), отсасывающих отработавшие дымовые газы из полостей печей, и других подобных устройств. В некоторых случаях приходится прибегать к искусственному отсосу О. г. при помощи струйчатых (паровых, водяных, пневматических) эжекторов или эксгаустеров. Вторая задача— обезвреживание О. г.—прежде обычно сводилась к удалению их на значительную высоту с таким расчетом, чтобы О. г. могли опускаться в нижние горизонты уже сильно охлажденными и разбавленными окружающим атмосферным воздухом. В большинстве случаев это достигалось применением дымовых труб достаточной высоты или отводом О. г. помощью специальных длинных дымоходов на вершины близлежащих возвышенностей (медеплавильные з-ды). За последнее время борьба с вредоносностью дыма принимает в отдельных странах все более и более планомерный и интенсивный характер. При наличии в О. г. соединений, вредных для животного и растительного мира, государственные законодательства предписывают разбавлять О. г. значительным количеством атмосферного воздуха еще до выхода О. г. из дымовых труб. Добавка воздуха производится с таким,расчетом, чтобы %-ное содержание вредных составляющих не превышало определенного максимума, признанного безопасным для населения и окрестной растительности. Это относится главн. обр. к заводам медной и свинцовой плавки, О. г. которых содержат значительное количество сернистых соединений (до 7% S0₂). Так например, по нормам америк. правительства содержание сернистого газа (S0₂) в О. г. свинцовых и медных заводов не должно превосходить 0,75% (объёмных). В других случаях борьба с вредоносностью О. г. сводится к удалению из них по возможности всех твердых и каплеобразных (конденсирующихся) частиц, засоряющих (отравляющих) атмосферу окрестностей и осаждающихся на листве растений. Это относится гл. обр. к цементным з-дам, з-дам медеплавильным, различным химич. производствам, крупным силовым станциям, работающим на пылевидном топливе (мелкораздробленная эола) и тому подобное. В особенности интенсивно за последнее время ведется борьба с вредоносностью О. г. в черте больших благоустроенных городов путем издания соответствующих муниципальных постановлений,

воспрещающих промышленным, силовым и отопительным установкам работу с выделением дыма. Подобные мероприятия сводятся гл. обр. к устранению неполного сгорания топлива, как во время самого процесса, так и в начале его (период «растопки»), так как обычно такое неполное сгорание топлива всегда сопровождается обильным выделением мелко раздробленного углеродистого вещества в виде сажи и копоти.

Для очистки О. г. от взвешенных в них твердых и каплеобразных частиц за последнее время все чаще и чаще начинают применять электрич. или электростатич. очистители или пылеосадители, часто называемые в заграничной литературе электрич. фильтрами или пресипитаторами. Однако электрич. методы очистки (смотрите Газоочистители) О. г. позволяют б. или м. полно осадить только твердые или каплеобразные (сконденсированные) частицы, увлекаемые О. г. При помощи этих методов невозможно выделить из О. г. те газообразные составляющие, которые представляются по тем или иным соображениям вредными. Более радикальным средством является промывка О. г. или их очистка путем фильтрования их через ткани или через соответственные поглотители. Последние методы применяются только в немногих специальных случаях вследствие громоздкости и дороговизны подобных операций. К тому же и обращение с большим количеством вредоносных промывных вод представляет собой задачу не менее сложную, чем борьба с вредоносными газами. Эти методы применимы в технологич. процессах только при обработке промышленно ценных газообразных продуктов, но они становятся экономически невыгодными в применении к отбросным О. г.

Несмотря на малоценность О. г. современная техника все же начинает чаще и чаще обращать свое внимание на их дальнейшую утилизацию. Значительную роль при этом играет то обстоятельство, что количество О. г., выбрасываемых современной промышленностью, представляется весьма значительным.

Количество О. г., получающееся на 1 килограмм минерального топлива, приближенно можно принять следующим при различных коэф. избытка воздуха:

Коэф. избытка воздуха. 1 I¹/, 2

Количество прод. горения в .и³. 8 12 16

» ’> ь в килограммах. 10,4 16,6 20,8

Это сопоставление показывает, что весовое количество О. г. в 10—12 раз превосходит то весовое количество топлива, из которого они были получены. Для характеристики количества О. г., выделяемых при различных промышленных процессах, можно привести следующие примеры. При выплавке чугуна на 1 килограмм чугуна получается ок. 4 м³газа колошникового (смотрите), дающего при сжигании (с избытком воздуха горения и подсосом) до 6,5—7,0 ai³, или 8,5—9,0 килограмм О. г. на 1 килограмм чугуна. Продувка чугуна в бессемеровских и томасовских ретортах выделяет ок. 3,5—4,0 килограмм газов на 1 килограмм стальных слитков, что с подсосом воздуха дает от 7 до 8 килограмм О. г. Выплавка стали в мартеновских печах дает от 3,5 до 4,0 килограмм О. г. на 1 килограмм сталь-

ных слитков. Нагревательные печи прокатных машин при расходе 10% топлива дают 1,5 до 2,0 килограмм О. г. на 1 килограмм слитков.

Утилизация О. г. может идти по следующим направлениям: 1) использование тепла, содержащегося в О. г.; 2) использование нек-рых газообразных соединений О. г., имеющих промышленное значение; 3) использование твердых или жидких осадков, извлекаемых из О. г. Такая утилизация отбросных О. г. часто осуществляется одновременно теми же самыми средствами, какими ведется и борьба с вредоносностью О. г.

1. Использование тепла О. г. представляет известные трудности вследствие низких темп-p их и малых <°-ных напоров (перепадов). О. г. промышленных печей н силовых установок («выхлопные газы») часто имеют темп-ру 400—650°, что позволяет утилизировать часть заключающегося в них тепла для подогрева воды, воздуха, а при благоприятных условиях и для получения пара, идущего для технологич. нужд, для отопительных и силовых установок. Однако соответственные устройства (паровые котлы, рекуператоры, аккумуляторы, подогреватели и т. д.) должны иметь специальную конструкцию (сильно развитые нагревательные поверхности, тонкие стены, высокие скорости дымовых газов и т. д.) для того, чтобы можно было обеспечить достаточно интенсивный переход тепла при низких <° и малых (°-ных напорах. Практически удается таким путем понижать ί° О. г. до 100— 150°, однако подобные установки по сравнению с нормальными получаются более громоздкими, дорогими и работающими с низким кпд (45—55%). Кроме того указанное понижение t° О. г. лишает возможности пользоваться естественной тягой дымовых труб и вызывает необходимость установки искусственных дымососов, на приведение в движение которых расходуется от 10 до 30% всей получаемой энергии пара. Тем не менее во многих случаях практики такие установки дают значительную экономию. Так, при больших газовых двигателях (газо-динамо и газо-воздуходувках) утилизация тепла выхлопных газов в паровых котлах специальной конструкции дает возможность получить от 10 до 15% добавочной мощности при утилизации этого пара в паровых турбинах. Установка паровых котлов при больших мартеновских печах (100 тонн и больше), работающих с интенсивной тепловой нагрузкой или имеющих плохую утилизацию тепла в регенеративных камерах (малый объём насадок, большие просветы между кирпичами и т. д.), дает от 300 до 650 килограмм пара (давлением от 6 до 12 atm) на 1 тонна выплавленных стальных слитков. Установка тонкостенных рекуператоров и аккумуляторов дает возможность для целого ряда мелких промышленных печей применить принцип рекуперации или воспользоваться теплым воздухом для устройства рациональной вентиляции в промышленных помещениях.

Один из существенных недостатков всех устройств для утилизации тепла О. г. заключается в подсосе наружного (атмосферного) воздуха через неплотности в обмуровке каналов и дымоходов. Темп-pa О. г. вслед ствие этого понижается, и кпд установки падает. Происходит это вследствие того, что в дымоходах и каналах нагревательных устройств отработавшие в печах О. г. находятся под довольно сильным разрежением, создаваемым тягою дымовой трубы или эксгаустера. Другим существенным недостатком при утилизации тепла О. г. является значительное содержание в них различных твердых и парообразных частиц, способных осаждаться на поверхностях нагрева с образованием на них твердых нагаров в виде трудно удаляемых корок, сильно ухудшающих условия теплопередачи. В этом отношении особенно нежелательными являются окислы олова, цинка, свинца, железа и других металлов, содержащихся в соответственных рудах, а также в шихте мартеновских печей (оцинкованное железо, жесть ит.д.). В некоторых случаях это обстоятельство заставляет совершенно отказываться от утилизации тепла О. г. Так, при продувке жидкого чугуна в бессемеровских и томасовских ретортах утилизация тепла представляется совершенно невозможной из-за большого уноса паров железа, брызг металла и шлака п т. п., несмотря на то, что с О. г. уносится от 20 до 25% всего количества тепла, стоящего в балансе этих процессов. Примерно такую же картину мы имеем и при продувке в ретортах медных штейнов. Неоднократные попытки, сделанные в этом направлении, пока не имели успеха.

2. Утилизация газообразных составляющих О. г. широко практикуется в химической, медной, свинцовой и в других отраслях промышленности. О. г. ватер-жакетов (смотрите) и других обжигательных печей при достаточно высоком содержании сернистого газа используются для производства серной кислоты. Находят себе применение О. г. известеобжигательных печей благодаря повышенному содержанию углекислоты. В Германии имеются промышленные установки, которые используют О. г. воздухонагревателей доменных печей для нужд сельского хозяйства (повышенное содержание углекислоты но сравнению с атмосферным воздухом).

3. Утилизация твердых (и ж и д-ких) осадков, получаемых из О. г., представляет в нек-рых случаях особый интерес, так как позволяет концентрировать в этих осадках те металлы и их окислы, которые не поддаются прямому извлечению из руд вследствие низкого % содержания в них этих металлов. Таким путем в осадках, полученных из О. г. свинцовых, медеплавильных п сталеплавильных печей, извлекают осадки, содержащие золото, серебро, медь, свинец, олово, цинк, сурьму, висмут, кадмий, селен и др. С пылью цементообжигательных печей осаждается значительное количество окислов калия и натрия, что позволяет перерабатывать эту пыль на с.-х. удобрение. На химпч. з-дах путем электростатического осаждения возвращается обратно в производство значительное количество паров к-т и прочих летучих соединений.

Лит.: Днепровский комбинат, Материалы к проекту, Л., 19*29; Юшкевич И. Ф., Обследование

Т. 9. т. XV.

газов патер-жакетпых печей Палатинского медеплавильного з-да, <·J!С», 1958, 1; Kershaw John В., The Recovery a. Use of Industrial a. Olher Wastes, L., 1928. M. Пнлькин.