ВСТУП
В даний час серед всіх галузей своїми розмірами і масштабом впливу на навколишнє середовище відрізняється енергетика. Залежно від використовуваних ресурсів, підприємства галузі роблять різний вплив на навколишнє середовище: викликають хімічне забруднення атмосфери, водойм; сприяють тепловому і електромагнітного впливу; призводять до вилучення, відчуження та за-бруднення земель. Виробництво електро- та теплоенергії пов'язано зі споживанням природних енергоносіїв у величезних кількостях. Характер і масштаби впливу енергетики визначаються не тільки технологіями виробництва енергії, а й станом обладнання, структурою використовуваного палива, загальними економічними умовами роботи галузі.
1. ПІДБІР ТИПУ ЦИКЛОНА І РОЗРАХУНОК ЙОГО ТЕХНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК
1.1. Загальні положення
Найбільшого поширення в системах пилеочісткі отримали циклони, тобто апарати, що працюють за принципом осадження під дією відцентрової сили. Циклони широко застосовуються для очищення від пилу вентиляційних і технологічних викидів у всіх галузях народного господарства.
Принцип роботи циклону полягає в спиралевидном закручуванні потоку запиленого повітря в циліндричної частини циклона, де під дією відцентрової сили частки пилу притискаються до стінок циклону і під впливом сил тяжкості опускаються в низ в бункерное пристрій, з якого пилу періодично видаляються через пиловий затвор.
Переваги циклонів: простота пристрою і обслуговування, порівняно невелике аеродинамічний опір, висока продуктивність і невелика вартість. До недоліків необхідно віднести мале уловлювання частинок пилу розміром менш 5 мкм.
Ефективність очищення газу в циклонах в основному визначається дисперсним складом і щільністю частинок вловлюється пилу, а також в'язкістю газу, що залежить від його температури. При зменшенні діаметра циклону і підвищенні до певної межі швидкості газу в циклоні ефективність очищення зростає. Тому, діаметри серійно випускаються циклонів не перевищують 5 м. Для циклонів прийнятий стандартизований ряд внутрішніх діаметрів D: 200. 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000., 2400 і 3000 мм.
Конструктивно циклони можуть бути виконані поодинокими, груповими і батарейним. Серед поодиноких і групових циклонів найбільшого поширення набули циклони НІІОГАЗ типів ЦН і СК-ЦН продуктивністю 600 - 230 000 м3 / год, а серед батарейних циклонів - БЦ, ПБЦ продуктивністю від 12 000 до 480 000 м3 / год.
Згідно варіанта №3 марка Циклону – ЦН 15У.
Призначення виробу Циклон універсальний ЦН-15У. Циклон ЦН 15У - компактний (скорочений) варіант циклону ЦН-15. Застосовується для видалення промислової дрібного (𝛿50 = 8 мкм) пилу, будівельної, органічної і частинок харчових матеріалів, а також для очищення димових газів від сажових часток. На практиці дані циклони можуть видаляти безліч видів пилу, яка відповідає умовам застосування циклону. Особливо актуальна їх установка з пневмотранспортними системами для сипучих матеріалів, системами агломерації, а також з котельними установками, на підприємствах чорної та кольорової металургії, хімічної та нафтової промисловості, промисловості будівельних матеріалів, у машинобудуванні, енергетиці тощо.
Циклон ЦН 15У
Залежно від вимог, що пред'являються до очищення газів, від властивостей та дисперсного складу частинок, циклони ЦН можуть застосовуватися самостійно, або використовуватися як апарати в першому або другому ступені очищення в поєднанні з іншими газоочисними апаратами.
Ефективність очищення циклонами ЦН-15 залежить від діаметра. При збільшенні діаметра циклону зменшується відцентрова сила, а отже, і ефективність очищення.
У звичайному виконанні не допустиме застосування в умовах вибухонебезпечних та токсичних середовищ.
Виготовляються в одиночному та груповому виконанні з лівим та правим обертанням газового потоку.
При роботі циклонів має бути забезпечене безперервне вивантаження уловленого пилу, при цьому рівень пилу в бункерах повинен бути не вище площини віддаленої від кришки бункера на 0,5 діаметра циклону.
При установці циклону поза приміщенням після вентилятора (робота на нагнітання) потрібно встановити ,,зонт,, для запобігання потраплянню опадів до системи.
При встановленні циклону до вентилятора (робота на розрядження) потрібен ,,равлик-розкручувач,, для зменшення навантаження на вентилятор та гідравлічного опору системи в цілому.
1.2. Мета і вихідні дані для виконання роботи
Мета роботи: за вихідними даними розрахувати необхідні технологічні параметри роботи і розміри циклонів для очищення пилу з ефективністю уловлювання не менше 85%.
Вихідні дані:
Номер вихідних даних (N) - номер один по одному в списку групи навчання.
Кількість викидів L = 7500 + 850*3=10050, м3 / год.
Температура викидів t = 27 + 3*3=36, 0С.
Початкова концентрація пилу Cn = 12 + 2*2=18, г / м3.
Щільність пилу ρп = 1800 + 50*3=1950, кг / м3.
Медіанний діаметр dm = 10 + 3=13, мкм.
1.3. Порядок проведення розрахунків
По виду пилу вибирають тип циклону з таблиці 1 (див. Додаток) згідно із Законом N студента. При значеннях N> 10 і N> 20, приймають останню цифру в N за вихідну. З таблиці 2 (див. Додаток) визначають оптимальну швидкість повітря в перерізі циклону v0.
Визначають необхідну площу перерізу циклону (F), м2:
L/(3600∙v0.) = 10050/(3600*3,5)=0,7976 м2 (1.1)де L-кількість викидів через циклон, м3/год; v0-оптимальна швидкість повітря в перерізі циклону,
Визначають діаметр циклону (D), задаючись числом циклонів n, м:
=1,13*(0,7976/3)^0,5=0,581266 м (1.2)=581,266 мм, згідно норм D1 = 600 мм (0,6 м)
Для циклонів НІІОГАЗ діаметри нормуються в наступному порядку: 150, 200, 300, 450, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400 і 1600 мм.
Приймаємо найближчий більший стандартний діаметр циклону D1.
Обчислюють дійсну швидкість повітря в циклоні (v0 '), м/с:
=1,27*10050/3600/7/0,6/0,6 = 3,283 м/с (1.3)де D1-найближчий більший номенклатурний діаметр циклону. Дійсна швидкість в циклоні не повинна відрізнятися від оптимальної більш ніж на 15%.
= (3,5-3,283)/3,5*100 = 6,2 % (1.4)Приймають компоновку циклонів відповідно до таблиці 3 Додатка, виходячи з N, кратного трьом. Відповідно отримуємо значення коефіцієнта місцевого опору Δɛ0.
Визначають динамічну в'язкість повітря для робочих умов (µ), Па/с:
== 1,75*10-5* ((273+36)/273)0,683) = 1,905*10-5 Па/с (1.5)
Визначають аеродинамічний опір циклону (ΔРц), Па за формулою:
= 42,56*(1,2*3,283*3,283/2) = 275,197 Па (1.6)де ρв -опір повітря = 1,2 кг/м3 ; ξц - коефіцієнт місцевого опору, віднесений до швидкості v0’ і визначається з урахуванням поправочних коефіцієнтів за формулою:
= 1*0,922*8,2+35 = 42,56 (1.7)де Δɛ0-коефіцієнт, що залежить від компонування циклонів (складає 35); k1-коефіцієнт, що залежить від діаметра циклону (складає 1), k2-поправочний коефіцієнт на запиленість повітря (при концентрації пилу Cn =18г/м3 – складає 0,922), ξ0 - коефіцієнт місцевого опору з викидом в атмосферу (складає 35).
За графіком фракційної ефективності очищення (рисунок 6 додатка) визначають розмір пилу d50 c ефективністю уловлювання 50% для обраного типу циклону з D1 і прийнятих умовах експерименту.
Для визначення ефективності циклону інших розмірів і швидкості руху повітря, його в'язкості і щільності обчислюють нове значення d50' мкм, за формулою:
==548,5*3,5* (600*1,9045*10-5 *3,5/1950/3,283)^0,5) = 15,17 мкм (1.8)
На графік фракційної ефективності очищення (для ЦН-15у – лінія №3 складає 3,5) наносять точку з координатами 50% і d50' і з неї проводять лінію, паралельну лініях графіків, яка визначає фракційну ефективність очищення запроектованого циклону. З умов роботи по заданому медианному діаметру dm знаходять відповідну точку на осі Х, відновлюють перпендикуляр до перетину з побудованою кривою і по горизонтальній прямій на перетині з віссю У отримують шукане значення ефективності очищення запроектованого циклону.
Якщо в результаті виконання роботи отримано фракційна ефективність уловлювання пилу менше 85%, то необхідно збільшити кількість циклонів (n) і провести повторні розрахунки.
Основні розміри циклону визначають в частках від внутрішнього діаметра D1 за такими формулами:
вихідний отвір циклону Dвих = 0,59 D1, мм;
розміри вхідного патрубка a x b = 1,11 ∙ D1x0,26 ∙ D1, мм;
загальна висота циклону 4,26 D1, мм.
2. МЕТОДИКА РОЗРАХУНКУ ГРАНИЧНО
ДОПУСТИМОГО ВИКИДУ І ЙОГО РОЗСІЮВАННЯ
2.1. Розрахунок розсіювання викидів з одиночного джерела
Величина максимальної приземної концентрації шкідливих речовин Сm для викиду, нагрітої газоповітряної суміші з одиночного (точкового) джерела з круглим гирлом при несприятливих метеорологічних умовах на відстані хm від джерела визначається за формулою
== 200*135*1*1,093*1*0,98/62,1/62,1/((30,39*130,5)^(1/3))=0,4739 (2.1)
де А - коефіцієнт, що залежить від температурної стратифікації атмосфери і визначає умови вертикального і горизонтального розсіювання шкідливих речовин в атмосферному повітрі; М - кількість шкідливої речовини, що викидається в атмосферу з джерела викидів, г/с; F - безрозмірний коефіцієнт, що враховує швидкість осідання шкідливих речовин в атмосферному повітрі (дорівнює 1); m і n - безрозмірні коефіцієнти, що враховують умови виходу газоповітряної суміші з гирла джерела викиду; Н-висота джерела викиду над рівнем землі, м; ΔТ- різниця між температурою що викидається газоповітряної суміші Tг і температурою навколишнього атмосферного повітря ТВ; V1- обсяг газоповітряної суміші, м3/с, визначається за формулою
= 3,14*2,45*2,45/4*6,45 =30,39 м3/с (2.2)де D - діаметр джерела викиду, м; ω0- середня швидкість газоповітряної суміші на виході з гирла джерела викиду, м/с.
Коефіцієнт А приймається для несприятливих метеорологічних умов, при яких концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі від джерела викидів досягають максимального значення. Для зони Сибіру значення коефіцієнта А = 200.
Величини М і V1 визначаються розрахунком у технологічній частині проекту або приймаються відповідно до діючих для даного виробництва (процесу) нормативами.
Величини безрозмірного коефіцієнта F приймаються:
- для газоподібних шкідливих речовин (сірчистого газу, сірковуглецю тощо) і дрібнодисперсних аерозолів (пилу, золи і т.п., швидкість упорядкованого осідання яких практично дорівнює нулю) F = 1;
- для пилу і золи (крім зазначених у попередньому пункті):
- якщо коефіцієнт очистки газових викидів дорівнює не менше 90%, F = 2;
- якщо коефіцієнт очистки газових викидів дорівнює від 75 до90%, F = 2,5;
- якщо коефіцієнт газових викидів очищення менш 75%, F = 3,0.
Незалежно від ефективності пиловловлювання значення коефіцієнта F, приймається рівним 3. А також при розрахунках розсіювання викидів в атмосферу для виробництв, з виділенням водяної пари. Інтенсивність і конденсація викидів враховується відразу ж після виходу в атмосферу.
Безрозмірний коефіцієнт m в рівнянні (2.1) визначається за формулою
== 1/(0,67+0,1*0,203^0,5+0,34*0,203^(1/3)) = 1,09 (2.3)
в залежності від величини параметра f, що обчислюється за рівнянням
= 1000*6,45*6,45*2,45/62,1/62,1/130,5 = 0,203 (2.4)ΔТ- різниця між температурою що викидається газоповітряної суміші Tг і температурою навколишнього атмосферного повітря ТВ;
ΔТ = Tг – Тв = 157,5 – 27 = 130,5 °С.
Безрозмірний коефіцієнт n в рівнянні (2.1) визначається за формулами (2.5) - (2.7) в залежності від параметра vm обчислюється за формулою (2.8):
при vm ≤ 0,3 n= 3; (2.5)
при 0,3 < vm ≤2 ;
(2.6)при vm > 2 (2.598 > 2) => n= 1, (2.7)
де
= 0,65*(30,39*130,5/62,1)^(1/3) = 2,598 (2.8)Максимальна приземна концентрація шкідливих речовин Сm при несприятливих метеорологічних умовах досягається на осі факела викиду (у напрямку середнього вітру за аналізований період) на відстані Xm від джерела викиду.
Величина хm визначається за формулою
Xm =H∙d = 62,1*13,1386 = 815,907 (2.9)
Коефіцієнт d в рівнянні (2.9) визначається в залежності від значення коефіцієнта vm:
(2.10, 2.11)при vm > 2 (2,598 > 2) => згідно формули 2.11 маємо:
d = 7*2,598^0,5*(1+0,28*0,2025^(1/3))=13,1386
Величини приземних концентрацій шкідливих речовин С в атмосфері але осі факела викиду на різних відстанях від джерела викиду визначаються але формулою
С= S1∙Cm (2.12)
Безрозмірний коефіцієнт S1 визначається в залежності від ставлення х / хm за формулами
при
(2.13)при
(2.14)При x / xm > 8 і F = 1 величина S1 визначається але формулою
(2.15)при x/ xm > 8 і F = 2; 2,5 або 3 величина S1 визначається за формулою
(2.16)2.2. Визначення гранично допустимого викиду
Гранично допустимий нагрітий викид шкідливої речовини в атмосферу ПДВ, г/с, з одиночного джерела (труби), при якому забезпечується не перевищує ГДК концентрація його в приземному шарі повітря, визначається за формулою
== 0,085*62,1*62,1*(30,39*130,5)^(1/3)/200/1/1,093/1 = 23,7298 г/с (2.17)
2.3. Визначення мінімальної висоти одиночного джерела викиду
Висота одиночного джерела викиду (труби) Н, при якій забезпечується не перевищує ГДК значення максимальної приземної концентрації шкідливих речовин Cm, якщо встановлені величини М, ω0, V1, D і A, визначається за формулою
== (200*135*1*2,45/8/30,39/0,085)^(3/4) = 425,544 (2.18)
2.4. Вихідні дані для розрахунків
ТЕС здійснюється викид газо-повітряної суміші, що містить шкідливу домішку, в атмосферу з одиночного джерела (труби).
Газоповітряна суміш, яка містить шкідливу домішку (двоокис азоту, ГДК = 0,085 мг/м3) в кількості М, викидається з труби, висотою H. Середня швидкість газоповітряної суміші, на виході з гирла труби дорівнює ω0. Діаметр вихідного отвору труби дорівнює D. Температура газоповітряної суміші на виході з труби дорівнює Тг:
М = 120 + 3 ∙ 5= 135 г/с;
H = 60 + 3 ∙ 0,7 = 62,1 м;
ω0 = 6 + 3 ∙ 0,15 = 6,45 м/с;
D = 2 + 3 ∙ 0,15 = 2,45 м;
Тг= 150 + 3 ∙ 2,5 = 157,5 °С.
Параметри джерела викиду, витрата газоповітряної суміші, вміст у суміші шкідливої домішки і її ПДК в атмосферному повітрі населених пунктів для різних варіантів розрахунків наведені в додатку. Необхідно визначити:
- гранично допустимий викид домішки в атмосферу - ПДВ;
-Максимальний приземному концентрацію домішки - Cm;
- відстань від джерела викиду, на якому досягається
максимальна концентрація - хm;
- величини приземних концентрацій шкідливої речовини - С на відстанях від джерела викиду, що визначаються співвідношеннями:
х / хm =0,25; х / хm =0,5; х / хm =1,5; х / хm =3,0; х / хm =5,0;
- побудувати графічну залежність приземної концентрації домішки від відстані від джерела викиду;
- результати розрахунків звести в таблицю.
Примітки:
- коефіцієнт А приймається для всіх варіантів розрахунків рівним А = 200;
- коефіцієнт F приймається для всіх варіантів розрахунків рівним F = 1;
- температура навколишнього атмосферного повітря приймається для всіх варіантів розрахунків рівній Tв = 27 °С.
2.5. Вимоги до звіту
Результати практичної роботи повинні бути оформлені у вигляді звіту, в якому повинні бути викладені:
- найменування і варіант роботи;
- вихідні дані для розрахунків;
- методика розрахунків з результатами обчислень;
- малюнок, що відображає графічну залежність концентрації - забруднюючої речовини від відстані від джерела викидів;
- зведена розрахункова таблиця;
- загальний висновок за результатами роботи.
2.6. Порядок виконання розрахунку
1. Визначення максимальної приземної концентрації шкідливої речовини Сm.
2. Визначення відстані від джерела викиду (труби) по осі факела, на якому досягається максимальна приземна концентрація шкідливої речовини Xm.
3. Визначення приземних концентрацій шкідливої речовини на різних відстанях від джерела викидів в атмосферу (труби) С.
4. Побудувати залежність концентрації шкідливої речовини в при-земному шарі атмосфери від відстані від джерел викидів:
По таблиці 2.1 будуемо графік залежності концентрації шкідливої речовини в приземному шарі атмосфери від відстані від джерел викидів.
х/хmРисунок 2.1 – Залежність концентрації шкідливої речовини в при-земному шарі атмосфери від відстані від джерел викидів
5. Визначення гранично допустимого викиду шкідливої речовини в атмосферу ПДВ> г/с, з одиночного джерела (труби).
6. Визначення мінімальної висоти джерела викиду (труби), при якій забезпечується не перевищує ГДК значення максимальної приземної концентрації шкідливої речовини.
7. Результати розрахунків гранично допустимого викиду шкідливих речовин в атмосферу занести в таблицю:,
Таблиця 2.1 - Результати розрахунків гранично допустимого викиду шкідливих речовин в атмосферу
| Найменування показників | Позначення | Одиниці вимірювання | Значення |
| Параметри джерела викиду | |||
| висота | H | м | 62,1 |
| діаметр | D | м | 2,45 |
| швидкість газо-повітряної суміші в гирлі викиду | ω0 | м/c | 6,45 |
| обсяг газо-повітряної суміші | V1 | м3/c | 30,39 |
| висота при якій забезпечується ГДК, що не перевіщує мак-симальна концен-трація шкідливої речовини | Hp | м | 425,544 |
| Параметри газоповітряної суміші | |||
| забруднююча речовина | | | Двуокись азоту |
| ГДК | ГДК | мг/м3 | 0,085 |
| кількість вики-дається домішки | М | г/с | 135 |
| гранично допус-тимий викид | ГДВ | г/с | 23,73 |
| максимальна концентрація в приземному шарі | Сщ | мг/м3 | 0,474 |
| відстань на якому досягається максимальна концентрація | хm | м | 1,25 |
1 2