Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

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:

, (2.4)

, (2.5)

, (2.6)

. (2.7)

Коэффициент m определяется в зависимости от f по следующим формулам:

при f < 100, (2.8)

при f ≥ 100. (2.9)

Для f_e < f < 100 значение m вычисляется при f = f_e.

Коэффициент n при f < 100 определяется в зависимости от v_m по следующим формулам:

n= 1 при v_m ≥ 2, (2.10)

n= 0,532 v_m² – 2,13 v_m + 3,13 при 0,5 ≤ v_m < 2, (2.11)

n = 4,4 v_m при v_m < 0,5. (2.12)

Аналогично при f < 100 и v_m < 0,5 или f ≥ 100 и v_m^´ < 0,5 (случаи предельно малых опасных скоростей ветра) расчет С_м вместо формулы (2.1) производится по следующей формуле:

, (2.13)

m^´= 2,86 m при f < 100 , v_m < 0,5, (2.14)

m´ = 0,9 при f ≥ 100, v_m^′ < 0,5. (2.15)

Определение расстояния x_м, м, от источника выбросов, на котором приземная концентрация С, мг/м³, при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения:

, (2.16)

где безразмерный коэффициент d при f < 100 находится по следующим формулам:

при v_m≤ 0,5, (2.17)

при 0,5 < v_m ≤ 2, (2.18)

при v_m > 2. (2.19)

Значение опасной скорости u_m, м/с, на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ С_м, в случае f < 100 определяется по следующим формулам:

u_m = 0,5 при v_m ≤ 0,5, (2.20)

u_m = v_m при 0,5 < v_m ≤ 2, (2.21)

при v_m > 2. (2.22)

При f ≥ 100 или ΔT ≈ 0 значение u_m определяется по следующим формулам:

u_m = 0,5 при v_m^′ ≤ 0,5, (2.23)

u_m = v_m^′ при 0,5 < v_m^′ ≤ 2, (2.24)

u_m = 2,2v_m^′ при v_m^′ > 2. (2.25)

Определение максимального значения приземной концентрации вредного вещества С_мu, мг/м³, при неблагоприятных метеорологических условиях и скорости ветра u, м/с, отличающейся от опасной скорости ветра u_m, м/с:

С_мu = r С_м , (2.26)

где r – безразмерная величина, определяемая в зависимости от отношения u/u_m по следующим формулам:

r = 0,67(u/u_m) + 1,67(u/u_m)² – 1,34(u/u_m)³ при u/u_m ≤ 1, (2.27)

r = 3(u/u_m)/2(u/u_m)² – (u/u_m) + 2 при (u/u_m) > 1. (2.28)

Определение расстояния от источника выброса х_мu, м, на котором при скорости ветра u и неблагоприятных метеорологических условиях приземная концентрация вредных веществ достигает максимального значения С_мu, мг/м³:

х_мu = px_м, (2.29)

где р – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения u/u_m по следующим формулам:

р = 3 при u/u_m ≤ 0,25, (2.30)

р = 8,43 (1- u/u_m ) ⁵ + 1 при 0,25 < u/u_m ≤ 1, (2.31)

p = 0,32 u/u_m + 0,68 при u/u_m > 1. (2.32)

Определение приземной концентрации вредных веществ С, мг/м³, в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях х, м, от источника выброса при опасной скорости ветра и_т:

C = S₁C_м, (2.33)

где S₁ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения х/х_м и коэффициента F по следующим формулам:

S₁ = (х/х_м)⁴ - 8(х/х_м)³ + 6(х/х_м)² при х/х_м ≤ 1, (2.34)

S₁ = 1,13/0,13(х/х_м)² + 1 при 1 < х/х_м ≤ 8, (2.35)

S₁ = х/х_м / 3,58(х/х_м)² – 35,2(х/х_м) + 120 при F ≤ 1,5 х/х_м > 8, (2.36)

S₁ = 1 / 0,1 (х/х_м)² + 2,47 (х/х_м) – 17,8 при F > 1,5 х/х_м > 8. (2.37)

Определение значения приземной концентрации вредных веществ в атмосфере С_у, мг/м³, на расстоянии у, м, по перпендикуляру к оси факела выброса:

С_у = S₂С, (2.38)

где S₂ – безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра и, м/с и отношения у/х по значению аргумента t_y:

t_y = uy²/x² при u ≤ 5, (2.39)

t_y = 5uy²/x² при u > 5, (2.40)

определяется по следующей формуле:

. (2.41)

Определение максимальной концентрации С_мх, мг/м³, достигающейся на расстоянии х от источника выброса на оси факела при скорости ветра и_мх:

С_мх = S₁^′ C_м, (2.42)

где S₁^′–безразмерный коэффициент, который определяется в зависимости от отношения х/х_м по следующим формулам:

S₁^′ = 3(х/х_м)⁴ – 8(х/х_м)³ + 8(х/х_м)² при х/х_м ≤ 1, (2.43)

S₁^′ = 1,1/0,1(х/х_м)² + 1 при 1< х/х_м ≤ 8, (2.44)

S₁^′ = 2,55/0,13(х/х_м)² + 9 при 8 < х/х_м ≤ 24, (2.45)

S₁^′ = х/х_м /4,75(х/х_м)² – 140 х/хм + 1435 при 24 < х/х_м ≤ 80; F ≤ 1,5, (2.46)

S₁^′ = 2,26/0,1 (х/х_м)² – 7,41 х/хм – 160 при 24 < х/х_м ≤ 80; F >1,5, (2.47)

S₁^′ = х/х_м /3,58(х/х_м)² – 35,2 х/хм + 120 при х/х_м > 80; F ≤ 1,5, (2.48)

S₁^′ = 1/0,1 (х/х_м)² + 2,47 х/хм – 17,8 при х/х_м > 80; F >1,5. (2.49)

Скорость ветра и_тх при этом рассчитывается по следующей формуле:

и_тх = f₁и_т , (2.50)

где безразмерный коэффициент f₁ определяется в зависимости от отношения х/х_м по следующим формулам:

f₁ = 1 при х/х_м ≤ 1, (2.51)

при 1 < х/х_м ≤ 8, (2.52)

f₁ = 0,25 при 8 < х/х_м < 80, (2.53)

f₁ = 1 при х/х_м ≥ 80, (2.54)

2.2 Учет рельефа местности при расчете загрязнения атмосферы

Влияние рельефа местности на значение максимальной приземной концентрации С_м от одиночного точечного источника учитывается безразмерным коэффициентом η, представленным в уравнении (2.1). Значение η устанавливается на основе анализа картографического материала. Если в окрестности рассматриваемого источника выбросов (предприятия) можно выделить отдельные изолированные препятствия, вытянутые в одном направлении (холм, впадину, спуск, подъем), то поправочный коэффициент на рельеф местности η определяется по следующей формуле:

η= 1 + φ₁ ( η_т – 1) (2.57)

где η_т определяется по таблице 2.1 /7/ в зависимости от вида препятствия, сечения которых представлены на рис. 2.1 /7/, и безразмерных величин n₁ и n₂ определяемых по следующим формулам:

n₁ = Н/h₀=129/60 =2,15 (2.58)

n₂ = а₀ /h₀=70/120=1 (2.59)

где Н – высота источника выбросов, м;

h₀ – высота (глубина) препятствия, м;

а₀ – полуширина препятствия, м;

х₀ – расстояние от середины препятствия до источника выбросов, м.

Значения n₁ в формуле (2.58) определяются с точностью до десятых, а n₂ в формуле (2.59) – до целых.

Рисунок 1- Вид сечения препятствия.

2.3 Расчет предельно допустимого выброса (ПДВ) вредных веществ в атмосферу

ПДВ устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы таким образом, что в приземном слое атмосферы населенного пункта концентрации вредных веществ не превышают их предельно допустимых концентраций (ПДК). ПДВ определяются для каждого вещества отдельно. При установлении ПДВ учитываются фоновые концентрации С_ф.

Определение значения ПДВ (г/с) для одиночного источника выбросов, имеющего круглое сечение, в случаях, когда С_ф < ПДК:

. (2.60)

Установлению ПДВ для одиночного источника выброса предшествует определение его зоны влияния, радиус которой отсчитывается oт источника выброса до С ≤ 0,05 ПДК.

2.4 Определение границ санитарно-защитной зоны (СЗЗ) предприятия

Размеры СЗЗ l, м, установленные в Санитарных нормах проектирования промышленных предприятий, должны проверяться расчетом.

Полученные по расчету размеры СЗЗ должны уточняться отдельно для различных направлений ветра в зависимости от результатов расчета загрязнения атмосферы и розы ветров (среднегодовой) района предприятия по следующей формуле:

l = l₀ P/P₀ , (2.61)

где l – расчетный размер СЗЗ, м;

l₀ – расчетный размер участка местности в данном направлении, где концентрация превышает ПДК;

Р– среднегодовая повторяемость направления ветров рассматриваемого румба, %;

Р₀ – повторяемость направлений ветров одного румба при круговой розе ветров.

Для восьмирумбовой розы ветров значение Р₀ определяется по следующей формуле:

Р₀ = 100/8 = 12,5 %. (2.62)

Значения l и l₀ отсчитываются от границы источников выбросов.

2.5 Расчет рассеивания вредных веществ на ПЭВМ

Расчет рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе выполняется на ПЭВМ с помощью программы, разработанной на кафедре ТГСВ доцентом В.В. Булахом и инженером С.Н. Прасветом на основании методики, изложенной в /6/.

Расчет производим для каждого вредного вещества, указанного в задании, в отдельности (пыль неорганическая и сумма окислов азота NO_x), на основании данных приведённых в таблице 4. Исходными параметрами для заполнения таблицы 4 являются значения повторяемости направления ветра и средняя скорость ветра /1/ представленные в таблицах 1,2,3.

Очистка вентиляционных выбросов и ресурсосбережение