Расчет и конструирование аппаратов пылегазоочистки


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой проект:

по дисциплине: «Техника защиты окружающей среды»

на тему: : «РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ АППАРАТОВ ПЫЛЕГАЗООЧИСТКИ»

        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Общие сведения о предприятии

1.1. Характеристика производственных процессов предприятия…………………………….3

1.2. Характеристика сырья и материалов………………………………………………………3

1.3. Технологическое оборудование, машины и агрегаты………………………………….…3

 

2. Характеристика производственных процессов как источников загрязнения окружающей среды

2.1. Характеристика производственных процессов как источников загрязнения 
атмосферы…………………………………………………………………………………………….4

2.2. Характеристика производственных процессов, как источников образования 
сточных вод и загрязнении водотоков………………………………………………………...……5

2.3. Характеристика производственных процессов как источников образования отходов……………………………………………………………………...………………………...6

 

3. Разработка экологических нормативов предприятия

3.1.Расчет выбросов загрязняющих  веществ в атмосферу……………………………………7

Циклоны…………………………………………………………………………………………13

Скруббер Вентури……………………………………………………………………………...17

Абсорбер………………………………………………………………………………………...20

 

4. Разработка технических мероприятий, направленных на снижение влияния

загрязняющих веществ на состояние  окружающей среды

4.1 Литературный обзор………………………………………………………………………..32

4.2.Обоснование технологической схемы и расчет необходимого оборудования для 
очистки газовых выбросов………………………………………………………………………....33

4.3. Утилизация сточных вод от установок пылегазоочистки………………………………33

4.4. Утилизация отходов от установок пылегазоочистки……………………………………33 

5. Экономика природопользования………………………………………………………...34

6. Заключение………………………………………………………………………………….38

7. Список литературы……………………………………………………………………..…39

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общие сведения о  предприятии

1.1. Характеристика производственных  процессов предприятия 

ОАО "Иркутский керамический завод", сокращенное название ОАО "ИКЗ"  занимается:

  • производством строительных материалов - кирпич керамический пустотелый рядовой утолщённый - 103 мм, с гладкой поверхностью, в соответствии с ГОСТом 530-95 и ТУ 5741 выполнение проектных и строительных работ;
  • добычей полезных ископаемых;
  • производством тепловой энергии;
  • автотранспортными перевозками.

Проектная мощность завода - 75 млн. штук условного кирпича в год. Год ввода завода в эксплуатацию - 1990г.

ПРОИЗВОДСТВО  КИРПИЧА

Сырьё из карьера ОАО "ИКЗ" с  помощью экскаватора загружается  в автосамосвалы, которые доставляют его в приемное отделение, откуда сырьё загружается в питатели. Далее с помощью питателей, дезинтегратора, вальцев, смесителей, сырьё проходит первичную обработку и отправляется в шихтозапасник. 

После шихтозапасника сырьё подается в отделение вторичной  переработки, где производится его  дальнейшая обработка и формовка бруса-сырца. Брус подается на автомат - укладчик, который производит его нарезку и укладку на вагонетки для предварительной сушки. 

После сушки, автомат - садчик производит укладку изделий  на печную вагонетку для подачи в  печь обжига. Затем готовая продукция  подается в зону действия автомата - пакетировщика, где производится разгрузка кирпича и укладка его на поддоны. 

 

1.2. Характеристика сырья и материалов 

 

Кирпич пустотелый строительный. Этот кирпич изготавливают, как со сквозными (дырчатый кирпич), так и с несквозными (пятистенный кирпич) пустотами, ориентированными перпендикулярно постели кирпича. Сырьем для пустотелого кирпича служат легкоплавкие виды глины, а также глино-трепельная композиция. Такой кирпич в двойном исполнении имеет габариты 250х120х103 мм.

По пределу прочности на сжатие и изгиб этот кирпич разделяют  на марки: 100 и 125. Масса кирпича 3,8 – 4,2 кг. Цвет кирпича – красный, количество пустот – 19, пустотность до 30%. В зависимости от объемной плотности, пустотелый кирпич класса «В» - до 1450 кг/м3.

Кроме того, пустотелый кирпич должен иметь водопоглощение 13-15%, при морозостойкости 50 циклов. Толщина горизонтальных швов кладки – не более 12мм, вертикальных- 10мм. Марка кладочного раствора – не ниже М50.

 

1.3. Технологическое оборудование, машины и агрегаты

Завод проектировался для использования  технологии производства кирпича и  оборудования фирмы "Униморандо" (Италия). Но в силу разных обстоятельств  оказалось невозможным установка 100% оборудования вышеуказанной фирмы, поэтому было использовано оборудование, выпускаемое отечественной промышленностью. Это отрицательно сказалось на качестве выпускаемой продукции, объемах производства и привело к использованию тяжелого ручного труда на участке разгрузки и пакетирования готовой продукции. 

Область применения производимой заводом продукции - для облицовочных работ и для рядовой кладки стен жилых и общественных зданий. 

Производство имеет важное социальное и экономическое значение для  Иркутской области, всей Восточной  Сибири и Дальнего Востока России, т.к. результат производства - кирпич, участвует в реализации производственной, жилищной и народнохозяйственной программах этих регионов, улучшает экологический фон, архитектурный облик и внешний вид зданий, городов и поселков России. 

 

2. Характеристика производственных процессов как источников загрязнения окружающей среды

2.1. Характеристика производственных  процессов как источников загрязнения 
атмосферы

 

Производство кирпича включает: добычу, дробление, просеивание сырьевых компонентов и составление  шихты, формование кирпича, резку, сушку и обжиг.

Выбросы загрязняющих веществ в  атмосферу составляют:

- частицы мелкодисперсной сухой глины и ее примесей при погрузочно- разгрузочных работах, транспортировке, дозировке, хранении;

- выбросы из печей от сгорания топлива, озоления и испарения примесей, находящихся в глине, зависящие от вида топлива, примесей, рабочих температур в печи.

Они содержат аэрозоли, S02, NОх, СО, фториды. Средний удельный объем выбросов — 30—40 кг/т кирпича.

Процесс производства цемента включает добычу, дробление и смешение исходных материалов, обжиг и дробление клинкера, охлаждение и фасовку готовой продукции. Сырьем для производства цемента является смесь известняка, глины или глинистых сланцев с добавками доменных или котельных шлаков. Смесь сырьевых компонентов (клинкер) обжигается во вращающихся печах, представляющих собой наклонный стальной цилиндр диаметром до 2м. Топливо (уголь, нефть или газ) сжигают в нижнем торце печи. Сырье подается в верхний торец и, вращаясь, движется вниз. В процессе обжига клинкера осуществляется его извлечение. После охлаждения готовая продукция фасуется в бумажные мешки, отгружается в автоцементовозы или вагоны для перевозки цемента. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу происходят в процессе добычи, хранения, дробления, дозировки и транспортировки исходного сырья, при обжиге клинкера и его измельчении, при фасовке и погрузке цемента.

В атмосферу выбрасываются пыль и продукты сгорания, содержащие NОх и S02 в количествах, зависящих от вида используемого топлива и особенностей процесса обжига. Удельный выброс пыли при производстве извести на 1 т продукции составляет 190,9 кг.

Производство стекла включает подготовку сырьевых компонентов, получение шихты, ее варку в печи и формование. Распространение получили стекловаренные печи с прямым сжиганием газа или угля. В атмосферу выбрасываются:

-  аэрозоли, возникающие при подготовке исходного сырья в количестве 0,018-0,027 кг/г;

- аэрозоли из стекловаренных печей —0,45—1,3 кг/т со средним размером частиц—0,1—0,13 мкм, объем выбросов которых зависит от содержания летучих компонентов в исходном сырье;

- S02 — Образуется при сгорании серы, содержащейся в топливе, и при разложении сульфатов в стекольной шихте, в основном сульфата натрия;

- N02 — образуется путем термического связывания атмосферного азота в печи;

- фтористые соединения и мышьяк — из минеральных примесей в исходном сырье.

Исходной горной массой при производстве нерудных строительных материалов являются граниты, известняки, доломиты, песчаники, мраморы, а также гравий и песок гравийно-песчаных и песчаных месторождений. Наиболее интенсивным пылеобразованием сопровождаются процессы дробления, сортировки (грохочения), перегрузки и транспортировки.

В процессе тепловой обработки керамических изделий загрязняющие атмосферу вещества выделяются в результате реакций, происходящих между основными компонентами сырья и при сжигании топлива в тепловых агрегатах. Из компонентов сырья выделяются соединения серы, хлора и фтора, водорастворимые соли соляной и серной кислот, оксид углерода, сернистый и серный ангидрид, фтористый водород.

 

2.2. Характеристика производственных  процессов, как источников образования 
сточных вод и загрязнении водотоков

 

Вода - один из наиболее важных сырьевых материалов в технологии керамики, однако уровень ее потребления в различных отраслях и в разных технологических процессах неодинаков. Та вода, которую добавляют непосредственно в шихту, не вносит вклада в образование сточных вод, поскольку полностью испаряется на стадиях сушки и обжига. Сточные воды образуются преимущественно при роспуске глины в процессе производства и в результате ее смыва при очистке оборудования. Также сбросы появляются при работе скрубберов мокрой очистки отходящих газов.

Небольшое количество сточных вод  образуется при производстве кирпича и черепицы, при проведении такой обработки поверхности, как глазурование, ангобирование, мокрая шлифовка. При производстве керамзита сбросы, как правило, отсутствуют, воду из системы охлаждения печи пропускают через маслоотделительную установку и возвращают в контур.

Техническая вода применяется при очистке установок для массоподготовки, а также при мокрой шлифовке в ходе послеобжиговой обработки изделий.

В составе сточных вод, образующихся при переработке различных материалов и в ходе очистки оборудования, присутствуют те сырьевые материалы и вспомогательные вещества, которые задействованы в данном технологическом процессе. Как правило, эти соединения нерастворимы в воде.

Сточные воды в производстве керамических изделий отличаются высокой мутностью и цветностью из-за присутствия в них мелкокодисперсных взвешенных частиц глазури и глинистых минералов. С химической точки зрения стоки характеризуются содержанием:

  • взвешенных твердых частиц: глин, фритт, всех нерастворимых силикатов;
  • присутствующих в растворе анионов: сульфатов;
  • взвешенных и растворенных соединений тяжелых металлов: свинца, цинка;
  • небольших количеств бора;
  • следовых количеств органических соединений (связующих для трафаретной печати, мастик, применяемых в глазуровании).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3. Характеристика производственных  процессов как источников образования

отходов

 

В керамическом производстве отходы возникают на различных стадиях технологического процесса. Сушильный брак после необходимого измельчения служит добавкой для снижения влажности исходной шихты. Бой глиняного кирпича используется после дробления как щебень в общестроительных работах и при изготовлении бетона.

Кирпичный щебень имеет насыпную плотность 800—900 кг/м3, на нем можно получать бетоны средней плотностью 1800—2000 кг/м3, т. е. на 20% легче, чем на обычных тяжелых заполнителях. Применение кирпичного щебня эффективно для изготовления крупнопористых бетонных блоков средней плотностью до 1400 кг/м3. Количество кирпичного боя резко сократилось благодаря контейнеризации и комплексной механизации работ по погрузке и разгрузке кирпича.

Очажные остатки используются при  изготовлении бетонных блоков и как  гидравлические добавки.

В производстве фасадной керамики, облицовочных фаянсовых плиток, санитарно-строительных изделий бой применяют в составе керамических шихт как шамот или «череп» для обогащения масс и улучшения свойств готовой продукции.

Отходы производства в соответствии с требованиями производственного  процесса или спецификации на готовую продукцию могут быть использованы повторно. Те материалы, которые завод не в состоянии переработать самостоятельно, передают в другие отрасли либо отправляют на сторонние предприятия по переработке отходов или на полигоны.

Снижение отходов производства при помощи комплекса мер, сводящихся к следующему:

• возврат не подвергнутого смешению сырья

• возврат в технологический  процесс боя изделий

• использование твердых отходов  в других отраслях промышленности

• автоматизированный контроль процесса обжига

• оптимизация садки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Разработка экологических  нормативов предприятия

3.1.Расчет выбросов  загрязняющих веществ в атмосферу

 

3.1.1

1)       , г/сут

     где mi – удельный выброс

           N – производительность

 

, г/сут

, г/сут

, г/сут

, г/сут

, г/сут

 

2)       , г/с

 

, г/с

, г/с

, г/с

, г/с

, г/с

 

3)       , г/м3

, г/м3

4)

Загрязнение

TCR

NOx

2,054

19,28

431,2

46

SO2

2,927

12,7

430,7

64

CO

1,25

16,6

132,9

28

HF-

0,922

11,08

461

20


 

, кг/м3

, кг/м3

, кг/м3

, кг/м3

, кг/м3

 

, м3/с

, м3/с

, м3/с

, м3/с

, м3/с

0,364 < 8,5

 

5) % содержание загр. в общем потоке газоносителя:

Объемное содержание газоносителя (воздуха):

 

6) Концентрация газообразных загрязнений в устье трубы:

, мг/ м3

    где - молекулярная масса загрязнения

, мг/ м3

, мг/ м3

, мг/ м3

, мг/ м3

 

3.1.2.

Определяем параметры газоносителя:

, м3/с

, м3/с

Плотность газовой смеси

, кг/м3

, кг/м3

, кг/м3

, кг/м3

 

Определение вязкости пылегазовой  смеси

, Па*с

, Па*с

, Па*с

 

3.1.3.

Определяем max приземной концентрации:

, мг/м3

где А - коэффициент, зависящий от температурной  стратификации атмосферы в регионе и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе в данной местности, (С2/3 мг × град 1/3/г);

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

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

H - (м) - высота источника выброса  над уровнем земли; 

DТ - (°С) - разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв;

 

Значение коэффициента А (С2/3 мг ×  град 1/3/г), соответствующее неблагоприятным  метеорологическим условиям, при  которых концентрация вредных веществ  в атмосферном воздухе максимальна:

● для субтропической зоны Средней Азии (лежащие южнее 400 с.ш.) – 240;

● для Казахстана, нижнего Поволжья, Сибири, Дальнего Востока – 200;

● для Севера, Северо-Запада Европейской территории России, Среднего Поволжья, Урала и Украины -160;

●для Оренбурга -180.

 

Значение безразмерного коэффициента F принимается для газообразных загрязняющих веществ (сернистого газа, сероуглерода и т.д.) и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) - 1;

 

Безразмерный коэффициент m определяется по формуле:

Расчет параметра f  производится по формуле:

                   , м/с2*град

, м/с2*град

 

Значение безразмерного коэффициента n определяется в зависимости от параметра Vm:

n – безразмерный  коэффициент зависит от параметра  VМ, , который находят из выражения;

Vm - безразмерный  параметр для горячих выбросов:                 

а)   при  Vm ≤ 0,3    n = 3;                 

б)  при 0,3 ≤  Vm ≤ 2,        

 в)    при    n=1.

 

Расчет параметра Vm производится по формуле: 

 

 м/с

 

 

, мг/м3

, мг/м3

, мг/м3

, мг/м3

, мг/м3

 

2) Максимальное значение приземной концентрации при неблагоприятных климатических условиях

, мг/м3

U - минимальная из скоростей  ветра - 0 м/с           

Um – «критическая» скорость  ветра = Vm = 1,718 м/с           

а)   при Vm ≤ 0,5               м/с               

б)  при 0,5 ≤ Vm≤ 2,       

 в)    при    

 

,   

,   

,

 

, мг/м3

 

3.1.4.

1) ПДК в устье трубы:

, мг/м3

где - разрешенная концентрация загрязнений

, мг/м3

, мг/м3

, мг/м3

, мг/м3

, мг/м3

2)       , г/с

 

, г/с

, г/с

, г/с

, г/с

, г/с

 

Наименование загрязнения

Концентрация загрязнений, мг/м3

Gi, г/с

ПДВ, г/с

Cm

ПДКм.р.

Cmu

0,1*ПДКср.с.

CTi

CTMi

NOx

0,13

0,2

0

0,004

0,00924

0,00053

46,29

70,78

SO2

0,045

0,5

0

0,005

0,00314

0,0013

16,2

176,97

CO

1,307

5

0

0,3

0,0962

0,013

462,96

1769,74

HF-

0,032

0,04

0

0,0005

0,00223

0,000053

11,57

14,07

Пыль

1,37

0,15

0

0,01

57,18

0,00039

486,11

53,09




 

При сравнении max приземной концентрации с ПДКм.р. было установлено, что условия рассеивания не выполняются по пыли, необходимо рассмотреть меры достижения ПДВ соот. данному нормативу. Это значит, что санитарно-защитная зона со своими функциями будет справляться, то условия рассеивания изменять не нужно.

Сравнивая концентрацию загрязнений в устье трубы  с max допустимой концентрацией, устанавливаем, что условия рассеивания не выполняются по всем веществам, поэтому вклад в загрязнение рабочей зоны составляет 17,4; 2,4; 7,4 и 42,1. требуются индивидуальные методы защиты работающих.

Если валовый выброс загрязнения не соответствует ПДВ, то необходимы мероприятия, направленные на снижение валового выброса.

 

 

 

 

 

 

 

 

3.1.5. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЦИКЛОНОВ.

 

Циклоны-сооружения, предназначенные для удаления крупных и средне- дисперсных  загрязнителей. Наиболее лучшие эффекты очистки. Циклоны демонстрируют для удаления частиц с 40-120 и выше мкм. В этом случаи циклоны используют в качестве основных сооружений очистки. Для частиц с диаметром 10-40 мкм эффект очистки составляет 45-92 %. В этом случаи циклоны используют как сооружения в предварительной очистке. Областью применения циклонов являются газовые выбросы с их концентрацией загрязнителя и температуры не выше 600 .

По конструкции циклоны бывают конические и цилиндрические.

 

Определяем тип циклона, задаёмся его размерами:

 

Характеристика

ЦН

11

15

15У

24

, м/с

3,5

3,5

3,5

4,5

, мкм

3,65

4,5

6

8,5

0,352

0,352

0,283

0,308


 

2.1 Задаемся  типоразмером и определяем его  диаметр.

, м

где W – объемный расход газового выброса, м3/с

     - оптимальная скорость потока в циклоне, м/с

      N – число секций в циклоне, N=1

м = 1551 мм

 

2.2 Принимаем  ближайшее большее значение станд.  диаметра и пересчитываем скорость.

 

Dстанд = 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400, 3000 мм.

Dстанд = 1600 мм

, м/с

, м/с

2.3 Полученное  значение скорости не должно  боле, чем на 15 % отличаться от  оптимальной.

 

3,825 – 5,175

Скорость рабочего потока укладывается в заданные пределы.

 

2.4 Определяем коэффициент гидравлического сопротивления циклона.

 

 

где К1 – поправочный коэффициент на диам. циклона, =1

      К2 – поправочный коэффициент на исходную запыленность, =0,95

      К3 - поправочный коэффициент, учитывающий группировку циклона, =0

     - коэф. гидравлического сопротивления циклона на d=500 мм, =250

 

 

2.5 Определяем  потери давления в циклоне.

 

, Па

где - плотность ГН при заданных условиях, кг/м3

      - рабочая скорость, м/с

, Па

2.6 Определяем  диаметр частиц, удаляемых в циклоне  на 50 %.

, мкм

где , , - плотность частиц, диаметр частиц, удаляемых на 50%, динамическая 

                                 вязкость газового потока, полученные  по справочным данным.

, кг/м3

, Па*с

D = 600 мм

 

 мкм

 

2.7 Определяем  параметр осаждения  .

 

,

 

где - дисперсия осаждаемых частиц,

      - дисперсность частиц, полученная по справочным данным, зависит от типа циклона.

 

 

По параметру Х находим значение функции распределения Ф(Х) = 75,17%.

 

2.8. Определяем эффект очистки, %

 

2.9. Концентрации загрязнителей на выходе из циклона:

 

Циклон  принимаем как сооружение предварительной  очистки

 

 

Цилиндрический  циклон серии  ЦН-24

 

 

 

 

 

3.1.6. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ СКРУББЕРОВ ВЕНТУРИ.

Скрубберы Вентури предназначены  для мокрой очистки газовых выбросов от дисперсных загрязнений, наибольшая эффективность при удалении частиц диаметром d=1-10 мкм. Условиями применения является температура газовых выбросов и исходная запылённость.

Расчет и конструирование аппаратов пылегазоочистки