МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И
НАУКИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВПО
СГТУ ИМ. ГАГАРИНА Ю.А.
ЭНГЕЛЬССКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)
Кафедра «Экологии и охраны
окружающей среды»
Защищён с оценкой
___________________________
« ___ » _____________ 2013 год
____________________________
подписи членов комиссии |
Допущен к защите
« ___ » ____________ 2013 год
_________________________
подпись руководителя |
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине: Техника защиты
окружающей среды
на тему: «Оборудование для
очистки атмосферного воздуха.
Расчет циклона ЦН-24»
Выполнила:
ст. группы ООС – 51
Долбня И.В.
Проверила:
Профессор Ольшанская Л.Н.
Энгельс - 2013
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ |
3 |
1. ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ |
4 |
1. 1. Основные загрязнители
атмосферного воздуха и последствия
его загрязнения |
4 |
1. 2. Средства защиты
атмосферы |
5 |
2. МЕТОДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРЫ |
7 |
2. 1. Сухие пылеуловители
(циклоны) |
7 |
2. 2. Мокрые пылеуловители
(скрубберы) |
8 |
2. 3. Фильтры |
9 |
2. 4. Абсорбционные методы |
11 |
2. 5. Адсорбционные методы |
14 |
2. 6. Каталитический
метод |
15 |
2. 7. Термический
метод |
17 |
3. РАСЧЕТ ОБОРУДОВАНИЯ
ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА |
19 |
3. 1. Исходные данные |
19 |
3. 2. Расчет циклона ЦН-24 |
19 |
3. 3. Расчет бункера |
21 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ |
22 |
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ |
23 |
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время остро стоит
проблема загрязнения атмосферы различными
вредными и токсичными примесями. Это
связано, в первую очередь, с высокими
темпами развития промышленности, а также
с огромными масштабами распространения
автомобильного транспорта. В разных отраслях
производства происходит загрязнение
атмосферы, гидросферы и литосферы. Атмосферный
воздух ежедневно подвергается выбросам
вредных газов и примесей, которые смешиваются
и вступают в химические реакции с газами,
входящими в постоянный состав атмосферы
(N2, O2, смесь благородных
газов). В результате этого постоянный
состав воздуха может стать переменным
(CO2 и водяной
пар) или случайным, состав которого зависит
от местных условий. Такие изменения атмосферы
могут привести к образованию кислотных
осадков, которые получаются в результате
взаимодействия SO2, NOx, CO, CO2 и других оксидов
с ее компонентами. Кислотные осадки, в
свою очередь, пагубно влияют на почву,
водоемы, растительность и живые организмы.
Они приводят к подкислению водоемов и
почвы, в результате этого изменяется
pH среды, которая способствует ухудшению
условий жизни растений, животных и микроорганизмов,
что может привести к их гибели. Кроме
этого кислотные осадки разрушают конструкцию
зданий и сооружений, а также памятники
природы и архитектуры. В чистом виде диоксид
серы, оксиды азота и углерода очень вредны
и токсичны. Кроме этих загрязнений в результате
активной деятельности промышленных предприятий
в атмосферу выделяется множество других
вредных веществ, среди которых токсичные
органические вещества, аэрозоли и пыли
различного химического состава.
Поэтому наряду с развитием
промышленности необходимо разрабатывать
и совершенствовать методы защиты и очистки
атмосферы от чужеродных веществ. Надо
минимизировать количество выбросов вредных
газов. Кроме этого в процессах очистки
воздуха можно рекуперировать многие
примеси и вторично их использовать в
производстве.
Целью данной работы является
анализ и изучение научной литературы
по вопросам методов и средств очистки
атмосферного воздуха, а также расчет
параметров циклона ЦН-24.
1. ЗАЩИТА АТМОСФЕРЫ
Атмосфера — газовая оболочка небесного
тела, удерживаемая около него гравитацией.
Поскольку не существует резкой границы
между атмосферой и межпланетным пространством,
то обычно атмосферой принято считать
область вокруг небесного тела, в которой
газовая среда вращается вместе с ним
как единое целое. Глубина атмосферы некоторых
планет, состоящих в основном из газов
(газовые планеты), может быть очень большой.
Атмосфера Земли содержит кислород, используемый
большинством живых организмов для дыхания,
и диоксид углерода, потребляемый растениями,
водорослями и цианобактериями в процессе
фотосинтеза. Атмосфера также является
защитным слоем планеты, защищая её обитателей
от солнечного ультрафиолетового излучения.
1. 1. Основные загрязнители
атмосферного воздуха и последствия его
загрязнения
Основными загрязнителями атмосферного
воздуха, образующимися как в процессе
хозяйственной деятельности человека,
так и в результате природных процессов,
являются диоксид серы SO2, диоксид углерода
CO2, оксиды азота
NOx, твердые частицы
– аэрозоли. Их доля составляет 98% в общем
объеме выбросов вредных веществ. Помимо
этих основных загрязнителей, в атмосфере
наблюдается еще более 70 наименований
вредных веществ: формальдегид, фенол,
бензол, соединения свинца и других тяжелых
металлов, аммиак, сероуглерод и др.
К важнейшим экологическим
последствиям глобального загрязнения
атмосферы относятся:
возможное потепление климата
(парниковый эффект);
нарушение озонового слоя;
выпадение кислотных дождей;
ухудшение здоровья людей.
Парниковый эффект – это повышение
температуры нижних слоев атмосферы Земли
по сравнению с эффективной температурой,
т.е. температурой теплового излучения
планеты, наблюдаемого из космоса [1].
В декабре 1997 г. на встрече в
Киото (Япония), посвященной глобальному
изменению климата, делегатами из более
чем 160 стран была принята конвенция, обязывающая
развитые страны сократить выбросы парниковых
газов. Киотский протокол обязывает 38
индустриально развитых стран сократить
к 2008–2012 г.г. выбросы СО2 на 5% от уровня
1990 г.:
Европейский союз должен сократить выбросы
СО2 и других тепличных газов на 8%,
В марте 2001 г. США, на долю которых приходится
36,1% мировых выбросов, объявили о своем
решении не участвовать в Киотском протоколе.
Канада тоже вышла из списка стран-участниц. Афганистан, Андорра, Ватикан, Западная Сахара не
стали подписывать соглашение. В
2011 году на конференции ООН по изменению
климата в Дурбане была достигнута договорённость
о продлении действия Киотского протокола
до принятия нового соглашения, хотя, вероятно,
что лишь страны ЕС и немногие другие будут
участвовать в продлённом протоколе.
Протокол предусматривает систему
квот на выбросы тепличных газов. Суть
его заключается в том, что каждая из стран
(пока это относится только к тридцати
восьми странам, которые взяли на себя
обязательства сократить выбросы), получает
разрешение на выброс определенного количества
тепличных газов. При этом предполагается,
что какие-то страны или компании превысят
квоту выбросов. В таких случаях эти страны
или компании смогут купить право на дополнительные
выбросы у тех стран или компаний, выбросы
которых меньше выделенной квоты. Таким
образом, предполагается, что главная
цель – сокращение выбросов тепличных
газов в следующие 15 лет на 5% будет выполнена.
В качестве других причин, вызывающих
потепление климата, ученые называют непостоянство
солнечной активности, изменение магнитного
поля Земли и атмосферного электрического
поля.
1. 2. Средства защиты атмосферы
Для защиты атмосферы от негативного
антропогенного воздействия используются
следующие основные меры.
1. Экологизация технологических
процессов:
1.1. создание замкнутых
технологических циклов, малоотходных
технологий, исключающих попадание
в атмосферу вредных веществ;
1.2. уменьшение загрязнения
от тепловых установок: централизованное
теплоснабжение, предварительная очистка
топлива от соединений серы, использование
альтернативных источников энергии,
переход на топливо повышенного
качества (с угля на природный
газ);
1.3. уменьшение загрязнения
от автотранспорта: использование
электротранспорта, очистка выхлопных
газов, использование каталитических
нейтрализаторов для дожигания
топлива, разработка водородного
транспорта, перевод транспортных
потоков за город.
2. Очистка технологических
газовых выбросов от вредных
примесей.
3. Рассеивание газовых
выбросов в атмосфере. Рассеивание
осуществляется с помощью высоких
дымовых труб (высотой более 300 м).
Это временное, вынужденное мероприятие,
которое осуществляется вследствие
того, что существующие очистные
сооружения не обеспечивают полной
очистки выбросов от вредных
веществ.
4. Устройство санитарно-защитных
зон, архитектурно-планировочные решения.
Санитарно-защитная зона (СЗЗ)
– это полоса, отделяющая источники промышленного
загрязнения от жилых или общественных
зданий для защиты населения от влияния
вредных факторов производства. Ширина
СЗЗ устанавливается в зависимости от
класса производства, степени вредности
и количества выделенных в атмосферу веществ
(50–1000 м) [1].
Архитектурно-планировочные
решения – правильное взаимное размещение
источников выбросов и населенных мест
с учетом направления ветров, сооружение
автомобильных дорог в обход населенных
пунктов и др.
Оборудование для очистки выбросов:
устройства для очистки газовых
выбросов от аэрозолей (пыли, золы, сажи);
устройства для очистки выбросов
от газо- и парообразных примесей (NO, NO2, SO2, SO3 и др.)
2. МЕТОДЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ОЧИСТКИ АТМОСФЕРЫ
2. 1. Сухие пылеуловители (циклоны)
Сухие пылеуловители предназначены
для грубой механической очистки от крупной
и тяжелой пыли. Принцип работы – оседание
частиц под действием центробежной силы
и силы тяжести. Широкое распространение
получили циклоны различных видов: одиночные,
групповые, батарейные.
На схеме (рис. 1) изображена
упрощенная конструкция одиночного циклона.
Пылегазовый поток вводится в циклон через
входной патрубок 2, закручивается и совершает
вращательно-поступательное движение
вдоль корпуса 1. Частицы пыли отбрасываются
под действием центробежных сил к стенке
корпуса, а затем под действие силы тяжести
собираются в пылевой бункер 4, откуда
периодически удаляются. Газ, освободившись
от пыли, разворачивается на 180º и выходит
из циклона через трубу 3 [1].
Рис. 1. Циклон
2. 2. Мокрые пылеуловители (скрубберы)
Мокрые пылеуловители характеризуются
высокой эффективностью очистки от мелкодисперсной
пыли размером до 2 мкм. Работают по принципу
осаждения частиц пыли на поверхность
капель под действием сил инерции или
броуновского движения.
На схеме (рис. 2.) изображен скруббер.
Запыленный газовый поток по патрубку
1 направляется на зеркало жидкости 2, на
котором осаждаются наиболее крупные
частицы пыли. Затем газ поднимается навстречу
потоку капель жидкости, подаваемой через
форсунки, где происходит очистка от мелких
частиц пыли [2].
Рис. 2. Скруббер
2. 3. Фильтры
Предназначены для тонкой
очистки газов за счет осаждения частиц
пыли (до 0,05 мкм) на поверхности пористых
фильтрующих перегородок. По типу фильтрующей
загрузки различают тканевые фильтры
(ткань, войлок, губчатая резина) и зернистые.
Выбор фильтрующего материала определяется
требованиями к очистке и условиями работы:
степень очистки, температура, агрессивность
газов, влажность, количество и размер
пыли и т.д. На схеме (рис. 3.) представлено
устройство фильтра.
Рис. 3. Фильтр
Электрофильтры – эффективный
способ очистки от взвешенных частиц пыли
(0,01 мкм), от масляного тумана. Принцип
действия основан на ионизации и осаждении
частиц в электрическом поле. У поверхности
коронирующего электрода происходит ионизация
пылегазового потока. Приобретая отрицательный
заряд, частицы пыли движутся к осадительному
электроду, имеющему знак, противоположный
заряду коронирующего электрода. По мере
накопления на электродах частицы пыли
падают под действием силы тяжести в сборник
пыли или удаляются встряхиванием [3].
В процессах очистки атмосферного
воздуха также используются двухзонные
электрофильтры (рис. 4.). Отличительная
особенность таких фильтров состоит в
наличии двух раздельных электрических
полей, в одном из которых происходит зарядка
взвешенных частиц, а в другом их осаждение.
В России наибольшее распространение
получил двухзонный электрофильтр типа
«Рион», применяемый в основном для очистки
вентиляционного воздуха с температурой
до 40°С при начальной запыленности не
более 10 мг/м³. Очищаемый воздух прежде
всего проходит через ионизатор, предназначенный
для зарядки частиц пыли в поле коронного
разряда, возникающего между электродами
положительной и отрицательной полярности.
Ионизатор выполнен с таким расчетом,
чтобы при скорости около 2 м/с улавливаемая
пыль успела зарядиться, но не успела осесть.
Ввиду малого диаметра коронирующих электродов
и незначительного межэлектродного промежутка
ионизатор работает при напряжении 14 кВ,
достаточном для получения напряженности
поля, обеспечивающего возникновение
коронного разряда. Зарядившиеся частицы
пыли потоком воздуха выносятся в осадитель,
представляющий собой систему пластин.
Чередование заземленных (отрицательно
заряженных) пластин и пластин, присоединенных
к положительному полюсу выпрямителя,
создает равномерное электрическое поле
осаждения. Заряженные частицы пыли оседают
в поле осадителя на пластинах противоположной
полярности. Небольшое расстояние между
пластинами (6-7 мм) позволяет при небольшом
напряжении между пластинами (7 кВ) получать
напряженность поля 8-10 кВ/см, т. е. примерно
вдвое выше, чем в однозонных электрофильтрах,
что достаточно для осаждения самых мелких
частиц (субмикронного размера). Высокая
напряженность поля и малое расстояние
между пластинами обусловливают высокую
скорость осаждения пыли. Для улавливания
85-95% пыли достаточно пребывание в осадителе
в течение 0,2—0,4с. Электрофильтры типа
«Рион» предназначены для следующих расходов
очищаемого воздуха- 20000 м³/ч (Рион-2,7); 10000
м³/ч (Рион-1,4); 4000 м³/ч (Рион-0,55) и 1000 м³/ч
(Рион-0,17). Степень очистки во всех типах
электрофильтров 85-95%.