Защита атмосферы

Введение

Промышленное производство и другие виды деятельности людей  сопровождаются выделением в воздух помещений и в атмосферный  воздух различных веществ, загрязняющих воздушную среду. В воздух поступают  аэрозольные частицы (пыль, дым, туман), газы пары а также микроорганизмы и радиоактивные вещества.

На современном этапе  для большинства промышленных предприятий  очистка вентиляционных выбросов от вредных веществ является одним  из основных мероприятий по защите воздушного бассейна. Благодаря очистке  выбросов перед их поступлением в  атмосферу предотвращается загрязнение  атмосферного воздуха.

Очистка воздуха имеет  важнейшее санитарно-гигиеническое, экологическое и экономическое  значение.

Этап пылеочистки занимает промежуточное место в комплексе «охрана труда – охрана окружающей среды». В принципе пылеулавливание при правильной организации решат проблему обеспечения нормативов предельно – допустимых концентраций (ПДК) в воздухе рабочей зоны. Однако вся вредность через систему пылеулавливания при отсутствии системы пылеочистки выбрасываются в атмосферу, загрязняя ее. Поэтому этап пылеочистки следует неотъемлемой частью системы борьбы с пылью промышленного предприятия.

В данном курсовом проекте  проводится расчет оборудования для  сухих методов очистки. В качестве оборудования для сухих методов  очистки используют циклоны, тканевые фильтры, электрофильтры, ректификационные колонны.

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет циклонов

Задание: Подобрать пылеуловитель  первой степени очистки с эффективностью улавливания 90% при следующих исходных данных.

Источник пылегазового выброса  – вращающаяся печь обжига цементного клинкера. Уловленный материал в сухом  виде возвращается в печь обжига. Пыль имеет следующий дисперсный состав:

δч,мкм	5	10	20	30	40	60	80	100
R(δ),%	0,7408	0,9188	0,3011	0,1652	0,0907	0,0273	0,0082	0,0024

Плотность пыли ρ_п = 3200 кг/м³, температура газа t _г = 350ºС , вязкость газа μ _г = 3,3·10^-6 Па ·с , расход газа при температуре t_г = 350ºС  V_г = 0,83 м³/с, цена электроэнергии Ц _э = 0,016 руб/кВт · ч ,нормативный коэффициент окупаемости Е _н = 0,17, коэффициент цеховых расходов К _{ц. р.} = 0,07 сопротивление аппарата Δр < 700 Па.

Для построения кривой приведения выбираем из зерновых характеристик  эталонных пылей η₃₀: 0,5; 0,65; 0,8 и рассчитываем суммарную степень очистки по формуле:

                      Ƞ = ƞ_δ1 ƒ(δ₁)+ ƞ_δ2 ƒ(δ₂)+…+ ƞ_δn ƒ(δ_n),                  (1.1)

Учитывая фракционный  состав при  ƞ₃₀ =0,50 в новых градациях по уравнению (1.1), получаем

Ƞ₁=0,07·0,7408 + 0,23·0,5488 + 0,5·0,33011 + 0,67·0,1652 + 0,77·0,0907 + + 0,88·0,0273 + 0,93·0,0082 + 0,96·0,0024 = 0,5430

Для ƞ₁= 0,5430 по формуле (1.2) находим, учитывая абсолютные значения величин.

А(а) = 2ƞ_н -1 (1.2)

А₁ = 2·0,5430-1= 0,086; а₁ = 0,13

 

Учитывая поправку К_n , которая находится по формуле:

                       

 

 

 

 

Определяем новое значение а = 0,13 - (-0,9867)= 1.1167.

С учетом поправки находим  окончательную величину ƞ по

Формуле , где А(а) = 0,73:

 

Ƞ =

Ƞ₁ = = 0,865

При  ƞ_{30 =} 0,65 получаем:

Ƞ₂=0,14_·0,7408 + 0,36·0,5488 + 0,065·0,3011 + 0,79 ·0,1652 + 0,87·0,0907 + +0,94·0,0237 + 0,97·0,0082 + 0,98·0,0024 = 0,5661

Для ƞ₂ =0,6121 по формуле (1.2) находим, учитывая абсолютные значения величин.

А₂ = 2 · 0,5661 - 1=0,1322; а₂ = 0.18

Учитывая поправку К_n новое значение а=0,18 – (-0,9867) = 1.1667.

Исправленное значение ƞ₂, где А(а) = 0,75, будет ƞ₂₌ = 0,875.

При ƞ₃₀ = 0,80 аналогично вышеизложенному имеем:

Ƞ₃=0,25·0,7408 + 0,53·0,5488 + 0,8·0,3011 + 0,89·0,1652 + 0,94·0,0907 +           + 0,97·0,0273 + 0,99·0,0082 + 0,99·0,00024=0,9861. 

А₃ (а) = 2·0,9861 -1=0,9722, а₃ = 2,25;

с учетом поправки а = 2,55- (-0,9867) = 3,2367 
А(а) = 0,1, ƞ₃₌

Таким образом, трем значениям  ƞ₃₀  соответствует три значения полных КПД:

 

Ƞ30	0,5	0,65	0,80
Ƞi	0,865	0,875	1

По трем точкам строим кривую, по которой находим, что для достижения заданной эффективности в 90% нужно подобрать циклон, который имел бы Ƞ₃₀ = 0,95.

По графику зависимости (рис.1.1) определяем искомые варианты типов циклонов и τ_y:

марка циклона	ЦН - 15	ЦН – 15у	ЦН - 24
τy	0,30	0,25	0,4

Из полученного набора, обеспечивающего технологическое  решение поставленной задачи, необходимо выбрать вариант, обладающий минимальными приведенными затратами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рис.1.1, линия приведения

Эксплуатационный коэффициент  при плотности газа   
ρ_г = 1,293·273/(350+273) = 0,56 кг/м³ по формуле, одинаковый для всех типов циклонов.

К_э = 

 

и равен К_э = = 37,94.

С целью предотвращения конденсации  паров в аппарате принимаем толщину  теплоизоляции 100 мм и рассматриваем каждый тип аппарата из полученного набора.

Определяем конструктивный  коэффициент циклона ЦН-15 по усредненному значению коэффициента капитальных затрат получается:      ξ = 155.

К_ц  = = = 7,277.

Оптимальный диаметр циклона  равен:

D_опт = 0,49·τ_г·   =0,49·0,3·= 0,95 ≈ 1 м

 
 Скорость газа в циклоне  вычисляем:

ω_г =   = = 3,3 м/с

и число циклонов в установке:

z= = = 1,15 шт  ≈ 2 шт.

Принимаем одну группу из одного циклона. Тогда приведенные затраты  для группы из двух циклонов составит:

 

ПЗ = =

 

= руб/год

 

Для циклона ЦН – 15у

ξ = 165, К_ц = = 6,0364,

D_опт = 0,49·0,4· = 0,74 м ≈ 0,8 м

При D = 0,8 м, ω_г = = 2,96 м/с,

z = = 2,017 шт ≈ 2 шт.

 
   ПЗ = руб/год

Для аппарата ЦН-24

ξ = 75, К_ц = = 15,24,

D_опт = 0,49·0,4· = 1,63 м ≈ 2 м

В этом случае:

ω_г = = 5 м/с

z = = 0,19 шт ≈ 1 шт

Одна группы из одного циклона  диаметром 1000 мм будет иметь приведенные затраты в сумме:

ПЗ = = 560,7 руб/год

Из сравнении приведенных затрат следует, что заданные условия с эффективностью улавливания в 90% целесообразно использовать одну группу циклона ЦН - 24    диаметром 2 м, при том гидравлическое сопротивление группы циклонов по формуле (1.3) составит  418,44 Па.

                                   (1.3)

 

 

1.2 Графическая часть

Чертеж циклон ЦН - 24 предоставлен в Приложении (КП 280202.004)

 

 

 

 

 

2. Расчет  тканевых фильтров

Задание: выбрать пылеулавливающий аппарат по исходным данным: расход газа V_о.г. = 3· 10³ м/ч, температура газа t_г = 350°С, концентрация твердой фазы в газе X_н = 40 г/м³.

Учитывая высокую дисперсность частиц, большую их концентрацию в  газе и степень очистки, целесообразно  применить многоступенчатую установку  с рукавным фильтром.

Учитывая неагрессивность газов, принимаем фильтровальную ткань (лавсан с начесом), допускающую максимальную температур t_г=130̊ С.

Расход газа на входе в  фильтр, разрешение в котором р= 500Па, составит

V_г= м³/с

Расход подсасываемого воздуха, который обеспечивает снижение температуры газа от 450 до 100̊ С по формуле:

 

                                                    V_п.в.=                                                          (2.1)

будет равен V_п.в. = 1,13·0,47· м³/с

Здесь   _,47 – отношение плотностей  
 
горячего газа и подсасываемого воздуха. 
 Расход воздуха, подаваемого на продувку, примем

 м³/с

Расходная площадь поверхности  фильтрации при ω_г = 0,008 м³/ (м²·с ) 
находится по формуле

 

                                                                                           (2.2)

 м²

Примем предварительно фильтр марки ФРКДИ - 550 с основными параметрами: F = 550 м, z = 216, n= 1. Тогда количество рукавов, участвующих в продувке будет составлять z = 0,15·216 = 33

Общая площадь поверхности  фильтра находится по формуле:

                                           F=F_ф·Z/ ( Z-Z_пр )                                      (2.3)

И составит F= 375,75·216/(216-33) = 440 м²

Следовательно, выбранный  фильтр имеет достаточную общую  площадь поверхности фильтрации. Расход пыли перед первой ступенью равен

G_н1=X_н·V_о.г.= 40·0,83=33,2 г/с

Количество твердой фазы, поступающей с газом в рукавный фильтр при степени очистки в первой ступени ƞ₁ =90 составит

G_н2 = G_н1·( 1-ƞ₁ )= 33,2·(1-0,9) = 3,32 г/с.

Площадь поверхности фильтрации по допустимым условиям запыленности ткани, согласно неравенству  , равна  
F_ф =3,32/0,2= 166 м², что значительно меньше ранее выбранной площади поверхности фильтрации. Таким образом, фильтр марки ФРНДИ- 550 соответствует заданным условиям.

 

2.2  Графическая часть

Чертеж тканевого фильтра  ФРКДИ - 550 общей площади поверхности  фильтра F = 550 м² представлен в Приложении ( КП 280202.004 )

 

 

 

3. Расчет  электрофильтра

Задание: выбрать аппарат  для улавливания сухой неагрессивной  пыли при следующих исходных данных: концентрация частиц при нормальных условиях X_н= 40 г/м³, разрешение в системе р=1500 Па, объемный расход газа V_о.г.= 3·10³ м³/ч, температура отходящего газа t_г = 150̊ C, вязкость газа при 150̊ C μ_г= 3,3·10^-5 Па·с, степень очистки не ниже ƞ= 0,9.

Для очистки  газа с большим  содержанием (13%) частиц размером от 5 до 50 мкм и требуемой высокой степени очистки в соответствии с таблицей из всех пылеуловителей выбираем электрофильтр.

Объем газа, поступающего на очистку при температуре 150̊ C, составит

 м³/с

При принятой скорости газа в аппарате ω_о= 1м/с площадь сечения активной зоны составит

 м²

Такую площадь сечения  активной зоны могут обеспечивать фильтры УГМ 2-3,5, С-3,5, ШМК-2.

Рассчитываем расход энергии, потребляемой каждым из указанных выше фильтров по формуле:

                                                                                                          (3.1)

Для фильтра типа УГМ2-3,5

кВт;

Для фильтра типа С-3,5

кВт;

Для фильтра типа ШМК-2

кВт

Руководствуясь минимальными затратами электроэнергии, выбираем для последующего расчета фильтр марки УГМ 2-3,5 имеющий следующие параметры: дли осадительных пластин L=2,5 м, расстояние между пластинами b = 0,3 м, расстояние между коронирующими электродами l=0,25м, радиус коронирующего электрода R₁=1,5·10^-3.

Относительная плотность  газа равна 

 

Критическая напряженность  поля рассчитывается по формуле 

 

Критической напряжение короны составит

 

Линейная плотность тока короны при  

и принятом κ= 2,10·10^-4 м²/В·с вычисляется по формуле

 

Напряженность электрического поля находится по зависимости

 

где  – электрическая постоянная.

Скорость дрейфа частиц диаметром  от 5 до 60 мкм рассчитывается по формуле

                             (3.2)

 
ω_ч (5) = 

 

ω_ч (10) =  

 

ω_ч (20) = 

 

ω_ч (30)  = 

 

ω_ч (40) = 

 

ω_ч (60)  = 

Определив предварительно с ,

коэффициент  , дальнейшие результаты вычислений заносим в таблицу.

Степень очистки будет  определятся по формуле:

                                                              (3.3)

  

ƞ(5)=1- exp(-0,00236·16,6  ) = 0,0384

ƞ(10)=1- exp( -0,0047·16,6 ) = 0,0750

ƞ(20)=1- exp( -0,0094·16,6) = 0,144

ƞ(30)=1- exp( -0,14·16,6 ) = 0,902

ƞ(40)=1- exp(-0,18·16,6 ) = 0,949

ƞ(60)=1- exp(-0,28·16,6 ) = 0,9904

Пофракционная степень  очистки

	5	10	20	30	40	60
R	0,7408	0,5488	0,3011	0,1652	0,0907	0,0273
ωг	0,00236	0,0047	0,0094	0,14	0,18	0,28
ηг	0,0384	0,0750	0,144	0,902	0,949	0,9904

 

 

Общая степень очистки  определяется по формуле

                                         (3.4)

ƞ=0,0384·0,7408 + 0,075·0,5488 + 0,144·0,301 + 0,902·0,1652 + 0,949·0,0907 + + 0,9904·0,0273 = 0,3750

Следовательно, требуемую  степень очистки газа при заданных условиях удовлетворяет выбранный  электрофильтр  УГМ 2-3,5 ск.

 

 

3.3 Графическая  часть

Чертеж электрофильтра УГМ  – 2 – 3,5 с помощью активного сечения 3,5 м² представлен в Приложении ( КП 280202.004 )