Очистка воздуха с помощью циклона
В чугунолитейных цехах в качестве плавильных агрегатов применяют водоохлаждаемые вагранки различного типа и другое оборудование. В данной работе предполагается, что основным источником выбросов вредных веществ в атмосферу являются вагранки. Модификации вагранок различаются типом дутья, видом используемого топлива, конструкцией гона, шахты, колошника. Это предопределяет состав исходных и конечных… Читать ещё >
Очистка воздуха с помощью циклона (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
/4
- Введение
- 1 Исходные данные
- 1.1 Характеристика источника выбросов
- 1.2 Общая характеристика ваграночной пыли
- 2. Расчет величины пдв вредных веществ в атмосферу из одиночного источника
- 3. Последовательность подбора и расчета параметров системы пылегазоулавливания
- Заключение
- Перечень ссылок
- Приложения
Важнейший аспект защиты окружающей среды от загрязнений — охрана атмосферного воздуха от вредных выбросов промышленности и транспорта. Воздухоохранные мероприятия включают в себя комплекс мер организационного и технического характера, направленных на снижение количества вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, как путем совершенствования и оптимизации технологических процессов, так и с помощью очистки и обезвреживания выбросов в установках очистки газов.
Одно из мероприятий организационного характера — разработка проектов нормативов ПДВ вредных веществ в атмосферу для промышленных объектов (предприятия, объединения, совхоза, учебного заведения и т. п.), которые можно рассматривать как совокупность источников загрязнения воздушного бассейна. ПДВ является научно-техническим нормативом, устанавливаемым для каждого источника загрязнения атмосферы таким образом, что выбросы вредных веществ от данного источника и совокупности источников города или другого населенного пункта с учетом их рассеивания в атмосфере, а также перспективы развития предприятий не создадут приземную концентрацию, превышающую их ПДК для населения, растительного и животного мира.
Предельно-допустимой концентрацией (ПДК) вредного вещества называется такое содержание его в воздухе, которое при ежедневном воздействии в течение неограниченного времени не может вызывать у человека каких-либо патологических изменений или заболеваний. ПДК в воздухе населенных мест. Правила установления ПДВ вредных веществ промышленными предприятиями регламентируются ГОСТ 17.2.3.02−78.
Знание норматива ПДВ для конкретного источника загрязнения атмосферного воздуха позволяет рационально подойти к выбору метода и средств по снижению вредного воздействия этого источника на воздушный бассейн. В настоящее время в качестве таких средств на практике широко применяются установки очистки пылегазовых выбросов.
1 Исходные данные
1.1 Характеристика источника выбросов
В чугунолитейных цехах в качестве плавильных агрегатов применяют водоохлаждаемые вагранки различного типа и другое оборудование. В данной работе предполагается, что основным источником выбросов вредных веществ в атмосферу являются вагранки. Модификации вагранок различаются типом дутья, видом используемого топлива, конструкцией гона, шахты, колошника. Это предопределяет состав исходных и конечных продуктов плавки, а следовательно, количество и состав отходящих газов, их запыленность. Общая характеристика ваграночных газов приведена в табл. 1.1.
Таблица 1.1 — Общая характеристика ваграночных газов
Производительность вагранки, т/ч | Среднее количество выбрасываемых газов Q, тыс. м3/ч | Температура газов (после искрогасителя) tг, С | Среднее количество q, кг/ч | ||||
пыль нетоксичная | оксид углерода | диоксид серы | диоксид азота | ||||
20,5 | 1,8 | ||||||
1.2 Общая характеристика ваграночной пыли
Диапазон значений дисперсного состава пыли в ваграночных газах приведен в табл. 1.2, из которой видно, что ваграночная пыль отличается широким спектром дисперсности, но основу выбросов составляют крупнодисперсные частицы, т. е. частицы размером более 10 мкм, независимо от типа дутья.
Таблица 1.2 — Дисперсный состав пыли в ваграночных газах
Размеры частиц, мкм | Дутье | ||
Горячее | Холодное | ||
0…5 | 16,6 | ; | |
5…10 | 13,3 | 2,4 | |
10…25 | 16,0 | 6,2 | |
25…50 | 13,2 | 21,8 | |
> 50 | 40,9 | 69,6 | |
Итого: | 100,0 | 100,0 | |
Химический состав ваграночной пыли различен и зависит от состава металлозавалки, шихты, вида топлива, условия работы вагранки. В основном эта пыль состоит из оксидов кремния, железа, кальция, алюминия, магния и марганца, а также из углерода.
Дополнительные исходные данные для определения величин ПДВ приведены в табл. 1.3.
Таблица 1.3 — Исходные данные для определения ПДВ
Вариант задания | Фоновая концентрация Сф, мг/м3 | Высота трубы Н, м | Диаметр устья Д, м | Температура воздуха tв, С | Город, регион | |
12,5 | 0,5 | 23,7 | г. Днепропетровск | |||
2. Расчет величины пдв вредных веществ в атмосферу из одиночного источника
Алгоритм расчета ПДВ составлен на основании разработанной Госкомгидрометом методики расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах промышленных предприятий, изложенной в ОНД-86.
Определим величину ПДВ вредного вещества из одиночного источника при заданных высоте дымовой трубы и фоновой концентрации данного вредного вещества в приземном слое воздуха, г/с:
(2.1)
где
ПДК — предельно допустимая (максимальная разовая) концентрация вредного вещества в приземном слое воздуха (определяется в соответствии с приложением А), мг/м3; Сф — фоновая концентрация вредного вещества в приземном слое воздуха, мг/м3; Н — высота источника выброса (дымовой трубы) над уровнем земли, м; V1 — расход газовоздушной смеси, м3/с; t — разность температур газовоздушной смеси и атмосферного воздуха; А — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, с2/3 град1/3 мг/г (принимаем равным 160 в соответствии с приложением А), F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздуха (принимаем равным 1, в соответствии с приложением А); m, n - безразмерные коэффициента, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.
Расход газовоздушной смеси V1, м3/с определим по формуле:
(2.2)
гдеQ — среднее количество выбрасываемой газовоздушной смеси, тыс. м3/ч.
.
Разность температур t газовоздушной смеси и атмосферного воздуха определим по формуле:
(2.3)
гдеtг, tв — температура соответственно выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси и атмосферного воздуха, С.
t = 300 - 23,7 = 276,3 (С).
Коэффициент m зависит от параметра f и определяется по формуле:
(2.4)
гдещ0 — средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с; D - диаметр устья источника выброса, м.
Средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса определяется по формуле:
выброс вредное вещество атмосфера
. (2.5)
Тогда коэффициент f будет равен:
.
При f < 100 коэффициент m будет равен:
. (2.6)
Коэффициент n при f < 100 зависит от величины Vм, которая определяется по формуле:
. (2.7)
При Vм > 2 коэффициент п равен: 1 (2.8)
Результаты расчета величины ПДВ вредного вещества из одиночного источника занесем в табл.3.1.
3. Последовательность подбора и расчета параметров системы пылегазоулавливания
Определим начальную запыленность или концентрацию газообразных вредностей в ваграночных газах (для каждого ингредиента) по формуле, г/м3:
(3.1)
гдеq - среднее количество выбрасываемой вредности, кг/ч; Q - среднее количество выбрасываемых газов, м3/ч.
Определить требования к концентрации вредных веществ на выбросе системы пылегазоулавливания с учетом ПДВ, г/м3:
(3.2)
Где ПДВ — предельно допустимый выброс, г/с.
Полученные данные заносим в табл.3.1.
Таблица 3.1 — Результаты расчета
Выбрасываемое вещество | q, кг/ч | ПДК, мг/м3 | ПДВ, г/с | Zнач, г/м3 | Zдоп, г/м3 | |
пыль нетоксичная | 0,15 | 2,34 | 9,75 | 0,41 | ||
оксид углерода | 46,95 | 53,65 | 8,24 | |||
диоксид серы | 0,05 | 0,78 | 0,97 | 0,13 | ||
диоксид азота | 1,8 | 0,04 | 0,62 | 0,087 | 0,1 | |
Из проведенных расчетов, очевидно, что zдоп < zнач для пыли, следует сделать вывод о необходимости очистки газов от данного ингредиента.
Выбираем принципиальную схему очистки ваграночных газов из числа предлагаемых (приложение А). При этом необходимо выбрать ту схему очистки, в состав которой входят аппараты очистки, позволяющие улавливать вредные вещества заданной дисперсности и химического состава. Изначально произведем грубую очистку ваграночных газов от пыли (более 10 мкм) инерционым методом, применив цыклон (эффективность очистки для крупно дисперсной пыли 80−97%), затем с помощью турбулентных промывателей (эффективность 95−98%) осуществим среднюю очистку газов от пыли (5−10мкм). Тонкую очистку пыли (0−5 мкм) выполним применяя рукавные фильтры (эффективность 95−98%). Данную схему очистки изобразим на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 — Схема очистки ваграночных газов:
1 — вагранка; 2 — полый скруббер; 3 — циклон; 4 — дымосос; 5 — дымовая труба.
Для выбранной схемы определяем общую эффективность системы пылеулавливания з0 по формуле:
(3.3)
где з1, з2,…, зn - эффективность соответственно 1-й, 2-й,. n-й ступеней очистки.
Эффективность каждой из ступеней очистки определяется выражением:
(3.4)
где — табличное значение эффективности аппарата очистки (приложение А); - доля частиц, которые улавливаются данным аппаратом, в общем объеме всех загрязнений.
По варианту 8, тип дутья — холодный.
;
;
Проверим, удовлетворяет ли общая эффективность требованиям к концентрациям вредных веществ в газах на выбросе. Для этого необходимо определить потребную эффективность очистки системы пылеулавливания
. (3.5)
В нашем случае =, требования к концентрациям вредных веществ в газах на выбросе выполняются.
Рассчитаем основные параметры центробежного циклона.
При расчете сухих центробежных циклонов определяют их основные размеры, гидравлическое сопротивление и эффективность очистки.
Расчет циклонов производят по общепринятой методике в следующем порядке. Задаем тип циклона ЦН-15 по табл. 6 определяем оптимальную скорость газа в циклоне щопт =3,5, (м/с).
Определяем необходимую площадь сечения циклона, м2:
(3.6)
где щопт — оптимальная скорость газа, м/с м2
Определим диаметр циклона D, м. Для этого нам необходимо задать количество циклонов в группе. Циклоны можно устанавливать в группы по 2,4,6 И 8 шт. при их прямоугольной компоновке и по 10,12 и 14 при круговой компоновке. =1
. (3.7)
. = 0,82 мм Диаметр циклона округлять до величины из следующего ряда, мм: 200; 400; 600; 800; 900; 1000; 1200.
Округляем до D=800 мм Вычислим действительную скорость газа в циклоне, м/с:
; (3.8)
м/с.
Скороcть газа в циклоне не должна отклоняться более чем на 15% от оптимальной. Данное требование выполняется.
Определяем коэффициент гидравлического сопротивления соответствующий заданному типу циклона:
цгр = К1 К2с, пц500+К3, (3.9)
гдес, пц500 - коэффициенты гидравлического сопротивления одиночного циклона, принимаемый по таблице Б.2 («п» на выхлоп в атмосферу и «с» в гидравлической сети, при D=500 мм), К1 — поправочный коэффициент на диаметр циклона (табл. Б.3), К2 — поправочный коэффициент на запыленность газа (табл. Б.4), К3 — принимается в зависимости от варианта компоновки группового циклона (при круговой компоновке К3=60, при прямоугольной компоновке К3=35).
цгр = К1 К2с, пц500+К3 = 10.93 155=144,15.
Определяем потери давления в циклоне:
р = ц, (3.10)
где с — плотность воздуха (принять равным 1,2 кг/м3)
р = ц= (1,23,62/2) 155=1205,28 Па.
Определяем отношение, которое для каждого типа циклонов при рабочих условиях должно иметь определенное оптимальное значение (табл.10)
=500…1000. (3.11)
Определяем общую степень очистки газов в циклоне:
; (3.12)
где — функция распределения от величины .
(3.13)
где d50 — медиана распределения частиц пыли при входе в циклон, мкм (для ваграночных газов, при горячем дутье d50=45 мкм, при холодном d50=70 мкм)
d50ц — диаметр частиц (мкм), улавливаемых в условном циклоне с эффективностью 50%, (табл. Б.6)
К — поправочный коэффициент, табл. Б.6
D — диаметр циклона, м
— вязкость газа, (Н секм2)
п — плотность пыли, (2500 кгм3)
Wц — условная скорость в циклоне, мс.
ц - величина, характеризующая дисперсию частиц, улавливаемых циклоном, табл. Б.6
п — степень полидисперсности всех частиц (для ваграночных газов, при при горячем дутье п=9, при холодном п=2)
.
Тогда степень очистки газов в циклоне равна:
.
Сопоставляем полученные значения з0 с требуемым. Общая степень очистки газа в циклоне больше требуемой, следовательно данный тип циклона нам подходит по параметрам. Выполняем эскиз выбранного циклона (рис 3.2) в соответствии с табл. Б.7.
Заключение
В данной работе мы изучили характеристики источника выбросов вредных веществ в атмосферу в литейном цехе машиностроительного предприятия и условия выброса этих вредных веществ в воздушный бассейн. По проведенным расчетам определили, какие вредные вещества в составе ваграночных газов превышают допустимые концентрации и подобрали для них необходимую схему очистки. Определили общую эффективность очистки выбранной схемы и проверили, что она соответствует требованиям к концентрациям вредных веществ в газах на выбросе. После мы произвели расчет одного из элементов системы очистки (циклон), выполнили его эскиз. Оформили пояснительную записку и графическую часть курсовой работы.
Перечень ссылок
1. Охрана окружающей природной среды; Учебник для вузов / Под ред. Г. В. Дуганова. — К.: Выща шк., 1988. — 304 с;
2. ГОСТ 17.2.3.02−78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями. — Введ. 01.01.1980;
3. Правила эксплуатации установок очистки газа. — М.; Минхимнефтемаш, 1984. — 22 с;
4. ОНД-86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. — Л.: Гидрометеоиздат, 1987. — 95 с.
Приложения
Приложение А
Таблица А.1 — ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест
Вещества | Предельно допустимая концентрация, мг/м3 | Класс опасности | ||
Максимальная разовая | Среднесуточная | |||
Диоксид азота | 0,085 | 0,04 | ||
Взвешенные вещества (нетоксичная пыль) | 0,5 | 0,15 | ||
Диоксид серы | 0,5 | 0,05 | ||
Оксид углерода | 5,0 | 3,0 | ||
Значение коэфффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается в зависимости от географического региона местности, где расположен источник загрязнения (А= 250; 200; 180; 160; 140), в том числе:
250 — для районов Средней Азии южнее 40° с. ш;
200 — для Европейской части России: для районов России южнее 50° с. ш., для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Молдовы; для Азиатской территории России: для Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии;
180 — для Европейской территории России и Урала от 50 до 52° с. ш., за исключением попадающих в эту зону ранее перечисленных районов и Украины;
160 — для Европейской территории России и Урала севернее 52° с. ш. (за исключением Центра ЕТС), а также для Украины (для расположенных на Украине источников высотой менее 200 м в зоне от 50 до 52 с. ш. — 180, а южнее 50° с. ш. — 200);
140 — для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей.
Значение безразмерного коэффициента F, учитывающего скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, принимается в зависимости от вида выброса вредных веществ:
для газообразных вредных веществ и мелкодиспероных аэрозолей (пыли, золы и т. п., скорость упорядоченного оседания которих практически равна нулю) — 1;
для крупнодиоперсных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90% - 2; от 75 до 90% - 2,5; менее 75% и при отсутствии очистки — 3;
— при содержании водяного пара в выбросах, достаточном для того, чтобы в течение всего года наблюдалась его интенсивная конденсация, вне зависимости от эффективности очистки от аэрозолей — 3.
Рисунок А.1 — Принципиальные схемы очистки ваграночных газов:
а — в сухих искрогасителях;
б — в мокрых искрогасителях;
в — в установках со скрубберами Вентури;
г — в сухих горизонтальных электрофильтрах;
д — в рукавных фильтрах:
1 — вагранка; 2 — сухой искрогаситель; 3 — мокрый искрогаситель; 4 — полый скруббер; 5 — скруббер Вентури; 6 — инерционный шламоуловитель; 7 — циклон; 8 — дымосос; 9 — дымовая труба; 10 — устройство для дожигания оксида углерода; 12 — патрубок для подсоса воздуха; 13 — рукавный фильтр.
Таблица А.2 — Область применения и характеристика аппаратов пылегазоулавливания.
Область применения | Тип пыле-газоулавливателя | Вид оборудования | Индекс группы | Производительность по газу, м3/ч | Эф-ть, % | Примечания | |
Грубая очистка от пыли (более 10 мкм) | Гравитационный | Сухие искрогасители | С | 2500 — 30 000 | 25 — 30 | ||
Инерционный | Циклоны | С | 400 — 32 000 | 60 — 80 | При очистке от мелко и среднедисперсной пыли | ||
80 — 97 | При очистке от крупнодисперсной пыли | ||||||
Средняя очистка от пыли (5−10 мкм) | Мокрый | Мокрые искрогасители | М | 2500 — 30 000 | 50 — 85 | ||
Полые скрубберы | М | 1500 — 15 000 | 50 — 70 | ||||
Турбулентные промыватели | М | 3100 — 84 000 | 95 — 98 | ||||
Тонкая очистка от пыли (0−5 мкм) | Тканевый | Рукавные фильтры | Ф | До 50 000 | 95 — 98 и более | ||
Электрический | Электрофильтры | Э | Десятки и сотни тысяч м3/ч | 95 — 98 и более | |||
Очистка от оксида углерода | Термический | Установки дожигания | Т | До 99,9 | |||
Очистка от диоксида серы | Термокаталитический | Каталитические реакторы | Т | ; | |||
Приложение Б
Таблица Б.1 — Значения нормативной удельной газовой нагрузки
Значения нормативной удельной газовой нагрузки | Материал | |
Комбикорм, мука, зерно, жмыховая смесь, пыль кожи, опилки, табак, картонная пыль, поливинилхлорид послераспылительный, сушилки | ||
2,6 | Асбест, волокнистые и целлюлозные материалы, пыль при выбивке отливок из форм, гипс, известь гашеная, пыль от полировки, соль, песок, пыль пескоструйных аппаратов, тальк, кальцинированная сода | |
Глинозем, цемент, керамические красители, уголь, плавиковый шпат, резина, каолин, известняк, сахар, пыль горных пород | ||
1,7 | Кокс, летучая зола, металлопорошки, окислы металлов, пластмассы, красители, силикаты, крахмал, смолы сухие, химикаты из нефтесырья | |
1,2 | Активированный уголь, технический углерод, моющие вещества, порошковое молоко, возгоны цветных и черных металлов | |
Для коэффициента, учитывающего влияние особенностей регенерации фильтровальных элементов, в качестве базового варианта принимается фильтр с импульсной продувкой сжатым воздухом с рукавами из ткани. Для этого аппарата коэффициент C1 = l. При использовании рукавов из нетканых материалов значение коэффициента может увеличиваться на 5−10%.
Для фильтров с регенерацией путем обратной продувки и одновременного встряхивания или покачивания рукавов принимается коэффициент C1 = 0,70−0,85. Меньшее значение принимается для фильтров с рукавами из плотной ткани и с элементами, выполненными в виде конвертов.
Для фильтров с регенерацией путем обратной продувки коэффициент C1 = 0,55−0,70. Меньшее из этих значений принимается для рукавов из стеклоткани и фильтров, снабженных фильтровальными элементами, выполненными в виде конвертов.
Рисунок Б.1 — Зависимость коэффициента С2 от концентрации пыли Таблица Б.2 — Значения коэффициента С3, учитывающего влияние дисперсного состава пыли
Медианный размер частиц пыли, мкм | Свыше 100 | 50 … 100 | 10 … 50 | 3 … 10 | Меньше 3 | |
Коэффициент С3 | 1,2−1,4 | 1,1 | 0,9 | 0,7−0,9 | ||
Таблица Б.3 — Значения коэффициента С4, учитывающего влияние температуры t"
t,°С | |||||||||
С4 | 0,9 | 0,84 | 0,78 | 0,75 | 0,73 | 0,72 | 0,7 | ||