Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
СНИЖЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
1. ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
По современной оценке, доля антропогенного воздействия на окружающую среду по отраслям производства составляет: чер ная металлургия и машиностроение—24,3%; цветная металлур гия — 10,5; нефтепереработка и нефтехимия — 15,5; автотран спорт— 13,3; производство строительных материалов—8,1; хими ческая промышленность—1,3; ТЭС—27% всех суммарных промышленных выбросов в окружающую среду. Анализ структуры этих выбросов для развитых в промышленном отношении стран показывает, что немалый вклад в загрязнение атмосферы и природ ных водных источников вносится технологиями, связанными с про изводством энергоносителей промышленных предприятий. Доля загрязняющего вещества в суммарном выбросе составляет: СО — 7,9 %; Сm0n — 14,7; NOx – 0,8; S02 — 22,5; твердые частицы— 40,8 %.
Изучение антропогенного воздействия на компоненты окружаю щей среды позволяет ответить на вопрос о том, насколько обра тимы обусловленные им нагрузки, т. е. могут ли они компенсиро ваться естественными природными процессами. Оказывается, что такой компенсации сегодня не наблюдается. Происходит неуклон ное изменение компонентов (гидросферы, атмосферы, литосферы и др.) окружающей среды. При этом примерно 15...25 % диоксида углерода, образующегося при сжигании топлива, остается в атмо сфере, наблюдается снижение содержания кислорода, изменение отражательной способности поверхности природных водных источ ников и многие другие изменения, наглядно характеризуемые табл.
Полученные в настоящее время данные дают основание сделать вывод, что даже при минимальном уровне прогнозируемого разви тия энергопотребления в существующих промышленных техноло гиях уже с 2005 по 2008 г. техногенное влияние на энергобалансы окружающей среды Северной Америки и Европы будет весьма существенным, а с 2015 по 2030 г. это влияние распространится на всю планету. Для его предотвращения или ослабления надо все мерно снижать удельные расходы энергоресурсов на выработку промышленной продукции, уменьшать удельные вредные выбросы за счет совершенствования и внедрения новых энергосберегающих малоотходных технологий и очистных сооружений.
Изменение характеристик окружающей среды в районах развитой промышленности (в сравнении с естественными характеристиками)
Характеристика окружающей среды |
Величина изменения |
|
Наличие в атмосфере частиц, являющихся центра ми конденсации |
Выше в 10 раз и более |
|
Наличие в атмосфере газовых примесей |
Выше в 5...25 раз и более |
|
Количество облаков |
На 5...10 % больше |
|
Туманы: |
|
|
зимой |
Чаще на 100 % и более |
|
летом |
Чаще на 30 % и более |
|
Осадки: |
|
|
всего дней с осадками менее б мм |
На 10 % больше |
|
снегопады |
На 5 % больше |
|
Относительная влажность: |
|
|
зимой |
На 2 % меньше |
|
летом |
На 8 % меньше |
|
Температура: |
|
|
среднегодовая |
На 0,5...1 °С выше |
|
зимний максимум |
На 1...2°С выше |
|
Скорость ветра: |
|
|
среднегодовая |
На 20...30 % меньше |
|
экстремальные порывы |
На 10...20 % выше |
2. СОКРАЩЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ
Общие сведения. Очистке промышленных газов от пыли в по следние годы придается исключительное значение. Во всех техноло гиях выполнена инвентаризация источников пылевыделения и разработаны мероприятия по их подавлению путем внед рения систем газоочистки от пыли (большое значение уделяется замене устаревших технологий).
При разработке системы очистки промышленных газов от пыли приходится применять двух- и более ступенчатые очистные соору жения, так как эффективность аппаратов определяется в первую очередь концентрацией пыли (кг/м3) и размером частиц. В отдель ных случаях может оказаться, что фракция вообще не улавливается аппаратом предыдущей ступени, поскольку его работа возможна только с частицами узкой фракции (к примеру, эффективная работа электрофильтра возможна лишь при наличии в потоке частиц 0,2...25*10-6 м и концентрации 0,01 ...0,05 кг/м3). Поэтому при очист ке доменного газа такой аппарат может использоваться лишь в качестве последней ступени очистки. Тип аппарата, используемого в ступенчатой системе очистки промышленных газов от твердых частиц, выбирают в соответствии с характеристиками, приведенными в табл. 7.2.
Табл..2. Усредненные характеристики аппаратов системы очистки промышленных газов от пыли
|
Тип аппарата |
Максимальное содержание пыли на входе в аппарат , кг/м3 |
Размеры отделяемых частиц d, 10-6 м |
Степень очистки, % |
Гидравлическое сопротивление, Па |
|
Осадительные камеры |
Не лимитируется |
100 |
30...50 |
— |
|
Жалюзийные уловители (решетки) |
0,02 |
25 |
60... 70 |
500 |
|
Циклоны сухие |
0,4 |
10 |
70...95 |
400...700 |
|
Батарейные циклоны |
0,1 |
10 |
85...90 |
500...800 |
|
Рукавные фильтры |
0,02 |
1 |
98...99 |
500...2500 |
|
Центробежные скрубберы (мокрые) |
0,05 |
2 |
85...95 |
400...800 |
|
Скрубберы (мокрые) |
Не лимитируется |
0,1 |
95...99 |
300...900 |
|
Трубы Вентури |
Не лимитируется |
0,1 0,2 |
98...99 |
3000... 20000 |
|
Электрофильтры |
0,01...0,05 |
99 |
100...200 |
Аппараты для очистки промышленных газов от пыли подразде ляются на сухие (гравитационные, инерционные, рукавные фильтры); мокрые (скрубберы насадочные и безнасадочные, трубы Вентури—скоростные газопромыватели); электро фильтры.
Пылеосадительные камеры. В пылеосадительных камерах (рис. 1) выпадение частиц из потока, движущегося со скоростью wг, происходит под действием силы тяжести. Для осаждения час тица должна достигать дна осадительной камеры быстрее, чем газовый поток вынесет ее из аппарата. Иными словами, время H/wв ее осаждения должно быть меньше времени L/wг ее пребывания в камере:
H/wв L/wг (1)
где Н, L — соответственно высота и длина осадительной камеры, м;
wв — скорость витания частиц при движении к дну камеры (выпа дание из потока), м/с.
Скорость витания
wв = gd2(ч - г)/18 (2)
где d—диаметр частицы, м; ч, г —соответственно плотность частицы и газа, кг/м3; — концентрация частиц на входе потока в осадительную камеру, кг/м3.
Из выражений (1) и (2) находим минимальный диаметр частиц dmin:
dmin > [18 V/(LBgч)]0-5, (3)
где В — ширина низа осадительной камеры (см. рис.1), м; V—расход запыленного газа, м3/с.
Формула (3) справедлива для ламинарного движения газа в осади тельной камере, при скоростях газа wг < 3 м/с dmin < 100* 106 м.
К недостаткам осадительных камер нужно отнести низкую степень очист ки (табл. 2) и большую громоздкость аппарата.
Инерционные уловители пыли (циклоны). Характеристики сухих инерционных циклонов ЦН (схема изо бражена на рис. 2) приведены в табл. 2 и 3.
Расчет циклона заключается в определении его диаметра D, причем Dmax 0,8...1 м. Если последнее условие не соблюдается и расчетное значение превышает 1 м, то устанавливают несколько параллельно включенных циклонов меньшего (найденного расчет ным путем) диаметра. По конструктивным соображениям (условия компоновки) обычно устанавливают не более восьми циклонов.
Методика расчета циклонов типа ЦН состоит в следующем. Вначале принимают исходные данные: объем очищаемого газа V, м3/с; плотность газа г, кг/м3; динамическую вязкость газа ', Па-с: ' = 20*10-6 Па-с, дисперсный состав пыли, задаваемый средним интегральным размером частиц d, м; концентрацию пыли на входе и выходе из циклона 1 и 2, кг/м3.
Дальнейший расчет выполняют по следующим этапам.
1. Задаваясь типом циклона (табл. 3), выбирают значение оптимальной скорости газа wг.
Табл. 3. Характеристики циклонов ЦН
|
Тип циклона |
Оптимальная скорость газа wг, м/с |
Значение ’ |
Типоряд циклонов ЦН по диаметрам D, м |
|
ЦН –11 |
3,5 |
250 |
0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1 |
|
ЦН – 15 |
3,5 |
163 |
0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1 |
|
ЦН – 24 |
4,5 |
80 |
0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1 |
2. Определяют диаметр циклона
D=[F/(0,785n)]0,5,
где F— площадь сечения циклона: F = V/wo; n — число циклонов.
3. Диаметр циклона округляют до предусматриваемого типо размером и находят действительную скорость газа в циклоне
wo = V/(0,785nDст 2),
где Dст — диаметр аппарата в соответствии с принятым типораз мером. При этом wo и wг не должны отличаться более чем на 15 %.
4. Определяют коэффициент гидравлического сопротивления циклона
= k1k2’ + k3,
где ’ — коэффициент гидравлического сопротивления циклона диаметром 0,5 м (табл. 3); k1 — поправочный коэффициент: k1 = 0,85 при D = 0,15м и k1 = l при D > 0,5 м; k2 — коэффициент, учитывающий запыленность газа: k2 =l при 1 = 0, и k2 = 0,86 при 1 = 0,15 кг/м3; k3 — коэффициент, учитывающий групповую ком поновку циклонов: k3 = 35 для группы циклонов (n > 1) и k3 = 1
для n = 1.
5. Определив коэффициент сопротивления, рассчитывают поте рю давления в циклоне p = w2/2.
Если p не превышает допустимого значения, то на этом расчет аппарата заканчивают. В противном случае пересчитывают диаметр по новому значению скорости газа.
Пылеуловители мокрого типа. Основным недостатком таких пылеуловителей является значительный расход воды: (0,1...0,2)*10-3 м3/м3 для мокрых циклонов и (0,2...1,2)*10-3 м3/м3 для скоростного пылеуловителя (скрубберы Вентури).
Скорость газа в свободном сечении мокрого циклона задается в пределах 4...5 м/с. В основном в промышленности используются мокрые циклоны пруткового типа МП-ВТИ и центробежные скруб беры ЦС-ВТИ. Эти аппараты удовлетворительно работают при температурах потока соответственно 170 и 300 °С. Характеристики мокрых циклонов приведены в табл. 2.
В скруббере Вентури (рис. 3) поток газа, движущийся в горло вине 3 со скоростью 100...150 м/с, орошается мелкими каплями воды. Высокая степень турбулизации способствует коагуляции частиц с каплями жидкости, которые в диффузоре 4 укрупняются и отделяются из потока в каплеуловителе 5 (циклоне). Распыли тель Вентури имеет конфузорную часть 1, куда поступает запылен ный газ. Рекомендуется скорость газа в свободном сечении каплеуловителя 2,5...5 м/с.
Эффективность очистки в аппаратах Вентури практически полностью определяется затратами энергии на процесс. Общие затраты энергии, отнесенные к 1000 м3 газа, состоят из энергии на прохождение газа через пылеуловитель и энергии на подачу и диспергирование жидкости в трубе Вентури:
k = р0 + жm, (7.4)
где р0 — общее гидравлическое сопротивление аппарата: р0 = рт + рк.у. (рт, рк.у — соответственно гидравлические сопротив 
ления трубы Вентури и каплеуловителя-циклона); рж — давление распыливания жидкости в трубе 2 (рис. 3), Па; m — удельный расход орошающей жидкости в аппарате: m = 0,2...1,2 м3/м3.
В свою очередь зависимость между затратами энергии k и коэф фициентом очистки устанавливается выражением
= l - exp(-Bkx), (5)
где В, х — константы, зависящие от свойств улавливаемой пыли (табл. 4).
Табл. 4. Значения констант В и х
|
Источник пыли |
Значение в |
Значение х |
|
Доменные печи |
6,61*10-3 |
0,891 |
|
Мартеновские печи при дутье: |
||
|
воздушном |
6,5*10-4 |
1,0529 |
|
кислородном |
1,74*10-6 |
1,594 |
|
Известковые печи |
6,5*10-4 |
1,0529 |
|
Закрытые печи для выплавки силикомарганца |
6,9*10-3 |
0,67 |
Расчет аппарата Вентури включает следующие этапы.
1. Задаются степенью очистки потока от пыли.
2. В формулу (5) подставляют значения , В и х и находят удельный расход энергии k (кДж на 1000м3 газа).
3. Принимают значение m (м3/м3).
4. По формуле (4) определяют гидравлическое сопротивление аппарата р0, Па:
р0 = k — pжn.
5. Рассчитывают гидравлическое сопротивление каплеуловителя рк.у, Па:
рк.у = к.уwк.у.2 г/2,
где к.у — коэффициент гидравлического сопротивления циклона:
для прямоточного циклона к.у = 30...40 и для циклона ЦН-24 с раз рывом в выхлопном патрубке к.у = 70.
6. Гидравлическое сопротивление трубы Вентури записывают в виде
рт = рс + рж = сwг2г/2 + (ж wг2ж/2)m,
где рс —сопротивление сухой трубы (без орошения), Па; рж — гидравлическое сопротивление трубы Вентури, обусловлено введе нием жидкости, Па; wг —с корость газа в горловине: wг =100...150 м/с; с — коэффициент гидравлического сопротивления сухой трубы: с = 0,12...0,15; ж —коэффициент гидравлического сопро тивления, обусловленный подводом в горловину жидкости: ж = 0,63cm-0,3; m — удельное орошение, м3/м3.
7. Истинную скорость газа в горловине трубы Вентури находят из выражения:
8. Определяют диаметр горловины трубы Вентури d, м:
d = 1,13(V/wггорл)0,5,
где V — объем очищаемого газа, м3/с.
Затем устанавливают остальные конструктивные размеры трубы-распылителя.
Электрофильтры. Электрофильтры являются наиболее распро страненным элементом систем очистки промышленных газов от пыли.
Принцип работы электрофильтра (рис. 4) основан на создании высоконапряженного неравномерного электрического поля и обра зовании коронного разряда между коронирующим (—) и осадительным (+) электродами, возникающего в потоке газа при напря женности электрического поля примерно 15 кВ/см (напряжение, подаваемое на коронирующий электрод, равняется 40...100кВ). При этом в зоне коронного разряда образуются отрицательные ионы. Частицы, встречаясь с ионами, заряжаются и в электрическом поле перемещаются к осадительному электроду, имеющему поло жительный заряд.
Теоретической основой проектирования электрофильтров слу жит уравнение Дейча
= 1- ехр(-wчT/2wг), (6)
где wч — скорость движения частицы в электрическом ноле (ско рость дрейфа), м/с; Т— отношение общей площади осадительных электродов к площади активного сечения электрофильтра; wг — скорость газа в активном сечении электрофильтра: wг = 1...1.5 м/с.
Скорость дрейфа при напряженности поля 15 кВ/см опреде ляется как функция удельного сопротивления пыли, график которой изображен на рис. 5.
Из выражения (6), задаваясь и Т (для конкретного типа электрофильтра), находят значение скорости газа wг в активном сечении. И уже после этого по скорости wч находят площадь актив ного сечения F:
F =v/wг,
где V — расход очищаемого газа, м3/с.
Для промышленных целей серийно изготавливаются универсаль ные с горизонтальным ходом газов электрофильтры типа УГ для очистки промышленных газов с начальной концентрацией 50г/м3. Расход электроэнергии составляет 0,ЗкВт-ч на 1000 м3 и активное сечение от 10 до 265 м2. Также разработаны и изготав ливаются промышленностью унифицированные аппараты серии ЭГА (электрофильтр с горизонтальным ходом газов) с площадью активного сечения 16,5...255,6 м2.
Эффективная работа электрофильтра возможна при соблюде нии условий: 1 50 г/м3, d 20*10-6 м.