Tentamen-Luftvård och gasreningsteknik Flashcards
Beskriv och förklara med hjälp av figur hur förbränningsväxlaren (sandlådan) fungerar.
Röd text:
• Principen är här att man har en värmeväxling via ett fast material (grus eller ett keramiskt material) i en bädd där man genom att kasta om riktingen på gasflödet, omväxlande låter det fasta materialet (före och efter förbränningszonen) värma resp. kyla gasen. Gasen som ska förbrännas leds således in i bädden från ena hållet, förvärms av bäddmaterialet och i centrum av bädden får föroreningarna brinna. Att förbränningstemperaturen ca 850 – 950 grader Celcius (beror på vad som skall förbrännas) nås, säkerställs genom att man exempelvis har en elpatron i bädden. Vid förbränningen avges energi och rökgasen blir varm och får avge sin värmeenergi till bäddmaterialet på utloppssidan. Bäddmaterialet på utloppssidan blir således varmare och varmare och när den utgående rökgasen som lämnar bädden får för hög temperatur, kastar man om gasströmmens riktning. Man tar då in gasen som ska behandlas på den varma sidan av sandbädden. Den varma bädden förvärmer gasen osv …
Vilka för- och nackdelar finns med denna metod?
Röd text:
Fördelar
• Energiförlusterna är mycket låga och man kan därför begränsa nettouppvärmningen till 35 – 40 grader.
• Möjligt med autoterm drift vid mycket låga halter; 0,7 – 1 g lösningsmedel per m3(n).
Nackdelar:
• Gasen får inte innehålla för höga halter stoft som kan sätta igen bädden.
• För hög halt lösningsmedel kan leda till att bäddmaterialet då kan sintra.
• Utrustningen tar lång tid att starta upp vilket gör att den måste hållas mer eller mindre kontinuerligt varm, vilket innebär en energiförbrukning vare sig gas leds igenom bädden eller inte. Att använda metoden för utsläppssituationer där föroreningar endast finns under kortare perioder blir energimässigt mycket dyrt.
Vad menas med begreppen
a. autoterm förbränning? (X7)
Anas svar:
Autoterm förbränning innebär att man inte behöver tillföra någon extra stödbränsle till förbränningen. Gasen föroreningsinnehåll räcker för att underhålla förbränningen.
Vad menas med begreppen
b. rekuperativ förbränning (X5)
Anas svar:
Av energiskäl brukar man värmeväxla ingående kall gas med utgående heta rökgaser mha konventionella värmeväxlare. Detta genom att man i värmeväxlingen tar tillvara på en del av rökgasernas energiinnehåll behöver man bara nettovärma gasen som ska förbrännas. Att man inte driver värmeväxlingen längre beror på att även värmeväxlaren kostar pengar och ju mer man värmeväxlar behöver man en större värmeväxlare och investeringen blir dyrare.
Ett exempel på låg-NOx-teknik är flerstegsförbränning (reburning). Beskriv hur denna metod fungerar. (X2)
Röd text:
• Den vanligaste metoden är att genomföra förbränningen i tre steg. Huvuddelen av bränslet (ca 85%) förbränns i ett första steg under svagt oxiderande förhållanden. I en ovanförliggande zon tillsätts resterande bränsle som ett s.k. reburningbränsle. Reburningbränslet kan vara det ordinarie bränslet men kan också vara ett annat bränsle t.ex. gas eller träpulver. Förbränningen sker i denna zon i en miljö med underskott på syrgas. I denna reducerande miljö får man en reduktion av de tidigare bildade kväveoxiderna till kvävgas. I ett tredje steg har man ett luftöverskott för att säkerställa att man får en fullständig förbränning.
I samband med rökgas-de-NOx talar man om selektiv nonkatalytisk reduktion (SNR). Beskriv hur metoden fungerar.
Röd text:
• Vid metoden doserar man in reduktionskemikalier direkt i rökgasen inne i själva pannan. Metoden har således stora likheter med avsvavling genom kalkinblåsning i förbränningsrummet. Vid rätt temperatur – olika temperaturintervall erfordras för olika kemikalier – får man en reaktion mellan den använda kemikalierna och kväveoxiderna i rökgasen. Metoden kallas även för termisk de-NOx.
Redovisa för- och nackdelar med SNR-metoden relativt SCR-metoden.
SCR:
Nackdelar
• Dyr både investering och drift
• Utrymmeskrävande
• Katalysatorn kan förgiftas eller bli igensatt m.m.
Fördel:
• Pålitlig metod – kan ge upp till 80 – 90 % reduktion av rökgasens innehåll av kväveoxider.
SNCR:
Nackdelar
- Temperaturkänslig
- Kräver hög kemikalieförbrukning
Fördelar
• Enkel metod
• Kräver inte en utrymmeskrävande eller dyr utrustning
Biologiska metoder för rening av gasströmmar innehåller flyktiga kolväten, s.k. VOC är intressanta för vissa tillämpningar. Vilka förutsättningar på utsläppssituationen (dvs krav på flöden, halten, m.m) behöver vara uppfyllda för att man ska överväga användning av ett kompositfilter?
- I det enklaste fallet utgörs kompostfiltret av en stor behållare som i botten försetts med anordning (t.ex. en perforerad extra botten) för gasfördelning och som därefter fyllts med kompostmaterial. Gasen leds in underifrån, fördelas under kompostbädden och får sakta stiga upp genom filtret (dvs komposten är långsam och en lång uppehålstid (30-60 sekunder) för gasen måste därför säkerställas. Detta medför att en kompostfilteranläggning blir av betydande dimensioner – ca 100 m2 yta (och ca en meter hög) För ett gasflöde om 10000 m3(n)/h
- Ett annat problem kan vara fukthållningen, En gasström som ständigt genomströmmar kompostbädden kommer effktivt att torka ut bädden om gasen inte har en mycket hög fukthalt. Uppfuktning av gasen eller direkt tillförsel av vatten till komposten är därför nödvändig.
- Material i kompostbädden kommer med tiden att brytas ned vilket gör att tryckfallet över bädden ökar. I bäddmaterialet kommer det också att ske en viss anrikning av salter. Bäddmaterialet behöver därför något års mellanrum bytas ut.
Beskriv hur en bioskrubberanläggning fungerar och kan utformas.
• Bioskrubber är främst lämplig för vattenlösliga lösningsmedel (föroreningen måste dels kunna lösa sig i vatten dels är polära lösningsmedel normalt mer lättnedbrytbara).
För effektiv avskiljning av hydrofoba ämnen (som löser sig dåligt i vatten) erfodras att man har en mycket kraftig vattencirkulation, dvs kostnaderna blir höga.
Vidare bör flödena vara stora och kontinuerliga (mikroorganismerna i vattenreningssteget behöver jämna tillgång till föda).
Ett företag för färgtillverkning har problem med lösningsmedelsutsläpp i luften. Utsläppen härrör från produktionen av färg där man blandar lösningsmedel med bindemedel och pigment och sedan fyller färgen på burkar. En annan källa är renförningen av diverse kärl med hjälp av aceton.
Som nyanställd med goda kunskaper i miljöskyddsteknik inser du att utsläppsproblemet till stor del skulle kunna lösas med processinterna åtgärder. Redovisa genom att konkret (dvs. tillämpat på utsläppssituationen ovan) beskriva och förklara 5 olika processinterna åtgärder som företaget bör undersöka för att minska lösningsmedelsproblemet. (X2)
Regenerativ katalytisk förbränning är en gasreningsmetod för VOC. Beskriv hur en anläggning för denna förbränningsmetod kan utformas och fungerar.
I samband med förbränning talar man om ”3T-regeln”. Ange vad varje ”T” står för samt förklara varför resp. förbränningsfaktor är viktig att beakta. (X3)
Anas svar:
a. Temperatur: För en god föbränning behövs en hög temperatur.
b. Uppehållstid: Uppehållstiden i pannan är viktig för att man vill ha en tillräckligt lång tid för god förbränning.
c. Turbulens:Man bör ha en god turbulens för att syre och bränslemolekyler kan möta varandra så möjligheten för reaktion ökar.
Förklara med hjälp av 3T-regeln varför svavelrening med hjälp av kalktillsats i pannan blir så mycket bättre i en fluidiserad bädd-panna jämfört i en rosterpanna. (X2)
Jämför termisk förbränning och katalytisk förbränning. Förutom ev. ekonomiska skillnader – vilka för- och nackdelar har de två metoderna? (X3)
Anas svar:
• Termisk förbränning
Fördelen är att principen är enkel, men det krävs endå normalt en ganska avancerad förbränningsutrustning. Man kan även använda sig utav autoterm förbränning vilket är positivt. Nackdelar är att storleken på anläggning är stor, man bör ta hänsyn till bieffekter som kan uppstå och det krävs en hög temperatur på 800C för fullständig förbränning.
• Katalytisk förbränning
Fördelen är att man endast behöver en temperatur på 250-400C för total oxidation och detta pågrund av katalysatorn som påskyndar förbränningsreaktionen. Det ger även en kortare reaktionstid, ca en tiondels så långtid jmf med den termiska förbränningen. Denna metod kräven också mindre utrymme än den termiska förbränningsanläggningen. Nackdelar är att det kan uppstå komplikationer med katalysatorbädden ex katalysatorförgiftning eller igensättning av stoft.
.
Jämför termisk och katalytisk förbränning för en gas innehållande flyktiga organiska föreningar (VOC). Redovisa olika faktorer som talar för resp. mot valet av resp. metod.
Beskriv och förklara hur en (?) fungerar.
a. venturiskrubber (X7)
Anas svar:
En venturiskrubber fungerar på så sätt genom att vätska sprayas in i gaström i den trängsta sektionen i en venturidysa alternativt i inloppet till venturidysan. I venturidysan som kan ha en rund eller rektangulär tvärsnittsyta får man en mycket hög gashastighet och turbulens och vattendroppar splittras till mycket små droppar. Detta ger en mycket effektiv kontakt mellan gasens partiklar och vätskan. Efter behandlingen i venturidysan leds gasen till en cyklon och där skiljs vätskedropparna med sitt innehåll av partiklar från gasen. Vätskan med föroreningen tas ut nederst medan den renade luften tas ut överst. Se bild sid 224.
Beskriv och förklara hur en (?) fungerar.
b. Kaskadskrubber
Beskriv och förklara hur en (?) fungerar.
c. Tvärströms sprayskrubber (X2)
Röd text:
Skrubber är en apparatur för gastvättning med vätska. Sprayskrubbern är en enkel tillämpning, där den stoftinnehållande gasströmmen får mäta en vätska som i form av droppar sprayas ut i en kolonn. Vätskedropparna binder stoftpartiklarna och gasströmmen blir renad. Tvärsnittsström innebär att anger att strömmen går på tvären.
Svavelavskiljning eller efter elstaden innebär att man skaffar nya miljöproblem. Förklara. (X3)
Röd text:
Svavlet förflyttas från gasfas till våt eller fast fas som sedan måste tas hand om på ett annat sätt. Kan antingen återvinna materialet, använda det som gips om man får CaSO4 eller deponeras.
Förklara varför koldioxidutsläppen blir mindre vid förbränning av naturgas än vid motsvarande energiproduktion med olja eller kol. (X4)
Röd text:
Naturgas ger lägre koldioxidutsläpp per producerad energienhet än andra fossila bränslen. Detta beror på att naturgasen innehåller mer väte som vid förbränning ger energi genom att oxideras till vatten. Väte:kol-kvoten för naturgas (metan) är 4:1 medan den för olja är ca 2:1 och för kol ca 0:1.
Bildningen av NOx kan reduceras under förbränningen med hjälp låg-NOx-teknik. En åtgärd här är användning av särskilda s.k. låg-NOx-brännare. Beskriv ytterligare 2 förbränningstekniska åtgärder som kan vidtas samt förklara varför (på vilket sätt) emissionen av NOx kan reduceras genom resp. åtgärd.
Röd text:
I ena förbränningsåtgärd är förbränning och andra är modifiera processen.
Reburning låter man först 85% av bränslet förbrännas. Sedan i ovanliggande zon låter man resten förbrännas med underskott av luft, därmed sker det reduktion av det tidigare bildade NOx till kvävgas. I tredje steget låter man förbränningen ske i överskott av luft för att få fullständig förbränning. Emissionen av NOx minskas för att det mesta reduceras till kvävgas.
I den andra åtgärden kan man cirkulera rökgasen för gasströmmen kommer ta upp värme, därmed blir det inte lika varmt inne i pannan. Högre temperatur ger större utsläpp av NOx.
- För rening av stoft i en gasström används idag mycket ofta elektrofilter och spärrfilter.
a. Beskriv och förklara hur ett elektrofilter är utformad och fungerar. (X5)
Anas del
Partiklar ges en elektrisk laddning vid passage mellan två elektroder, emissionselektroden (negativ) och utfällningselektroden (positiv). Gasmolekyler joniseras runt emissionselektroden och man får en emission av elektroner som vandrar mot utfällningselektroden. På vägen dit kolliderar en del av elektronerna med partiklar i gasströmmen som ska renas och dessa partiklarna blir negativt laddade. Partiklarna dras då mot utfällningselektroden och infångas på dessa. Det utfällda stoftet kan avlägsnas antingen torrt genom regelbunden automatisk bankning med speciell hammare (torra elektrofilter) eller genom vattenspolning (våta elektrofilter). Figur se sid 227
Elektrofilter utformas med utfällningselektroderna som är flera meter höga, parallelt med varandra placerade plåtar. Emissionselektroderna i forma av tunna trådar är placerade i centrum av de kanaler för gastransport som bildas mellan plåtarna.