Очистка вентиляционных выбросов и ресурсосбережение

 

УО «Полоцкий государственный  университет»

 

Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

«ОХРАНА ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ГОРОДА»

по дисциплине

«Очистка вентиляционных выбросов и ресурсосбережение»

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:                                                              

студент гр.06 ТВ-1                                                    Кашлач К.И.

 

 

 

   Руководитель:                                                           Добросольцева Е.С.

 

 

 

 

 

 

 

Новополоцк 2010

 

Содержание

 

 

Введение

 

Цель курсового проекта –  закрепление теоретических знаний, привитие студентам практических приёмов  самостоятельного проектирования, подбора пылеулавливающего оборудования и расчёта рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе.

Курсовой проект выполняется на основании индивидуального задания, в котором содержатся все необходимые для проектирования  исходные данные. Значения повторяемости направления ветра и средние скорости ветра по румбам за январь, февраль и средние за год для  климатического района города Вологда  представлены в таблицах 1,2,3.

 

Климатические данные.

 

январь								июль
Повторяемость направлений ветра в %
Скорость ветра, м/с
С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
12 5,2	5 4	4 4,9	16 6	16 5,8	20 5,9	13 5,1	14 5	14 4,6	18 4	6 3,7	8 3,7	8 3,7	14 4,4	15 3,7	17 4,3

 

Средняя максимальная температура  наиболее жаркого месяца  –  22,2 °С.

 

1 ПОДБОР  ГРУППОВОЙ ЦИКЛОННОЙ УСТАНОВКИ

 

1.1 Определение объемного расхода газа при нормальных условиях, м³/с

 

Q₀ = υ₀ ×F,                                                       (1.1)

где υ₀ =9,8 м/с – скорость газового потока на выходе из устья трубы при нормальных условиях (по заданию);

F – площадь сечения устья трубы, м².

Q₀ =9,8 ×2,835=27,79 м³/с.

 

1.2 Определение плотности газа, при рабочих условиях (при температуре              газа на выходе из устья трубы), кг/м³

                         ,                                      (1.2)

где ρ₀=1,293 кг/м³–плотность газа при нормальных условиях (t_г = 0 °С и                      Р_бар = 101,3 кПа);

Р_бар – барометрическое давление, кПа;

Р_ц =0,07 кПа – давление (разрежение) газа в циклоне (по заданию);

t_ух.г =138°С–температура уходящих газов из устья трубы (по заданию).

 

 кг/м³.

 

1.3 Определение расхода газа, м³/с, при рабочих условиях

                                  Q_p = Q₀ ×ρ₀ /ρ_р,                                                (1.3)

где Q₀, ρ₀ и ρ_р – имеют те же значения, что и в формулах (1.1), (1.2).

 

Q_p = 27,79 ×1,293 /0,858=41,88 м³/с.

                                              

1.4 Определение  оптимальной скорости в циклоне, м/с

Задаемся  типом циклона ЦН-15, для которого оптимальная скорость,

υ_опт составляет 3,5 м/с /таблица 1.1., 7/

 

1.5 Определение  необходимой площади сечения  циклонной установки, м²

                                         F = Q_p/υ_опт,                                                 (1.4)

где  Q_p – то же, что и в формуле (1.3);

 υ_опт – оптимальная скорость газа в сечении циклона, м/с.

 

F =41,88/3,5=11,97 м².

 

1.6 Определение диаметра циклонов, D, м

                               ,                                                 (1.5)

где F – то же, что и в формуле (1.4);

N=14 - количество циклонов, шт /таблица 2.2, 2/.

Полученное значение диаметра циклона округляем до одной из  ближайшей стандартной величины: 1,0 м.

 

1.7 Определение действительной скорости газа в циклоне, υ_д, м/с

                           υ_д = Q_p /(0,785×N×D²),                                           (1.6)

где Q_p, N и D  те же, что и в формулах (1.4), (1.5).

 

υ_д =41,88/(0,785×14×1²)=3,81 м/с.

 

Действительная скорость газа в циклоне не должна отклоняться более чем на 15 % от оптимальной скорости. Выполним проверку:

 

1.8 Определение коэффициента гидравлического сопротивления

групповой циклонной установки, ξ_ц.у

                                        ξ_ц.у. = к₁ к₂ ξ₅₀₀^с,п + к₃,                                      (1.7)

где к₁ =1- поправочный коэффициент на диаметр циклона /таблица 1.2, 7/;

к₂=0,8925-поправочный коэффициент на начальную запыленность газа /таблица 1.3, 7/;

к₃=60–поправочный коэффициент, учитывающий дополнительные потери давления, обусловленные компоновкой циклонов в группу, принимается по таблице 1.4/7/; 

ξ₅₀₀^с=155–коэффициент гидравлического сопротивления циклона диаметром 500 мм, /таблица 1.3, 7/.

 

ξ_ц.у. =1·0,8925·155+60=198,3375

 

1.9 Определение гидравлического сопротивления групповой циклонной                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    

установки,  ΔР_ц.у., Па

                                  ΔР_ц.у. = ξ_ц.у ·_.ρ_р· υ_д²/ 2,                                        (1.8)

где ξ_ц.у., ρ_р, υ_д – те же, что и в формулах (1.7), (1.2) и (1.6) соответственно.

 

ΔР_ц.у. = 198,3375·0,8925·3,81²/ 2=1284,79 Па

 

 

1.10  Определение размера частиц  d₅₀, мкм, улавливаемых выбранным

 циклоном при рабочих условиях с эффективностью 50 %

                         ,                                   (1.9)

где D^m, ρ_n^m, μ^m, υ^m – соответственно диаметр циклона, плотность частиц пыли, коэффициент динамической вязкости и скорость газа в циклоне, соответствующие условиям, при которых получены значения  d₅₀^m  и lgσ_η^m  
(значения параметров d₅₀^m  и lgσ_η^m принимаются по таблице 1.6/7/);

D, ρ_n, μ, υ – соответственно диаметр циклона, плотность частиц пыли, коэффициент динамической вязкости и скорость газа в циклоне, соответствующие фактическим условиям работы циклонов:

• скорость газа  υ ^m = 3,81 м/с;
• диаметр циклона D ^m =  1,0 м;
• плотность частицы пыли  ρ_n^m = 2350 кг/м³;
• коэффициент динамической вязкости  μ ^m = 2,36·10 ^–5 Н·с/м².

Приведенные в таблице 1.6/7/ значения d₅₀^m=6,00 и lgσ_η^m=0,283 для циклона ЦН-15 соответствуют следующим условиям работы:

• скорость газа  υ ^m = 3,5 м/с;
• диаметр циклона D ^m =  0,6 м;
• плотность частицы пыли  ρ_n^m = 1930 кг/м³;
• коэффициент динамической вязкости  μ ^m = 22,2·10 ^–6 Н·с/м².

 

1.11 Определение полного коэффициента очистки циклона, η, %                     

  η = 50·[1 + Ф(х)],                                          (1.10)

где Ф(х) - функция распределения,  определение численного значения функции осуществляется в зависимости от величины х по таблице  1.14 /2/.

Величина  х  определяется по следующей  формуле:

,                                          (1.11)

где d_m =5 мкм – медианный размер частицы пыли, мкм (по заданию);

- параметр, определяющий эффективность ЦН-15 по таблице 2.8 /2/

lg²σ_n – среднеквадратичное отклонение, определяется по следующей формуле:

                                           ,                                               (1.12)

где  d_84,1 –абсцисса точки, ордината которой имеет значение 84,1 %  и определяется по заданному распределению пыли по размерам (d_84,1 = 17).

,

 

.

Тогда при х=­0,22 численное значение функции распределения составит Ф(х)= 0,4129

η = 50·[1 + 0,4129]=70,645%.  

                                     

В результате проведенного расчета  мы получили коэффициент очистки  циклона равный η=70,645%, так как эффективность очистки пылеулавливающей установки по заданию должна быть больше, либо равна 70%, то мы принимаем к установке циклон типа ЦН-15, количество циклонов-14, компоновка круглая.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 РАСЧЕТ  РАССЕИВАНИЯ  ВРЕДНЫХ  ВЕЩЕСТВ                                          В  АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ

 

2.1 Расчет рассеивания вредных веществ из одиночного источника выбросов, имеющего круглое сечение

 

Расчет рассеивания вредных  веществ в атмосферном воздухе  производим по методике, изложенной в  /6/.

Определение максимальной приземной  концентрации вредного вещества С_м, мг/м³, при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем трубы при неблагоприятных метеорологических условиях:

                               ,                                      (2.1)

где А– коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

М–масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F–безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

η – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние  рельефа местности;

Н – высота источника  выброса над уровнем земли, м;

V – расход газовоздушной смеси, м³/с;

ΔТ=138-22,2=115,8ºС – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, °С.

Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным 200 /7/.

Значение мощности выброса  М для оксидов азота, NO_x принимается 310 г/с (по заданию), а для пыли неорганической производим расчёт:

,                                            (2.2)

где  z_р - конечная запылённость газа, г/м³;

Q_р - расход газа при рабочих условиях, м³/с.

,                                    (2.3)

где -начальная запылённость газа, г/м³,(по заданию z₁=90 г/м³);

К_пр- коэффициент проскока;

-отношение объёмов воздуха на входе и на выходе из аппарата, м³/с.

г/м³,

Значение безразмерного коэффициента F принимается:

-  для газообразных  вредных веществ и мелкодисперсных  аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость  упорядоченного оседания которых  практически равна нулю) – 1;

- для мелкодисперсных аэрозолей,  кроме указанных выше, при коэффициенте  очистки выбросов не менее  75 % – 3.

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f, v_m, v΄_m, f_e по следующим формулам: