Разработка технологии и оборудования инженерно-экологической защиты атмосферного воздуха от вредного воздействия промышленных выбросов

Требования по обеспечению безопасности работ со скруббером предусматриваются в конструкции за счет:

- прочности и герметичности всех составных частей скруббера;

- устройства люка;

- установки строповых устройств для подъема отдельных элементов скруббера;

- установки клемм заземления.

11.2 МАТРИАЛЬНО-ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Расчёт расхода очищаемого газа

Расход газов:

GГ = 1027,075 + 150,661 + 167,222 + 113,743 + 0,190 + 0,101 = 1458,992 кг/ч (1)

Плотность компонентов газа при нормальных условиях[24]:

с () = 1,2507 кг/мі

с () = 1,53 кг/мі

с () = 0,804 кг/мі

с () = 1,4289 кг/мі

с () = 1,491 кг/мі

с () = 1,250 кг/мі

Процентное содержание компонентов газа [24]:

Массовое содержание компонентов газа [24]:

M1 (N2) = 28 г/моль

M2 (CO2) = 44 г/моль

M3 (Н2О) = 18 г/моль

M4 (O2) = 32 г/моль

M5 (NO2) = 46 г/моль

M6 (CO) = 28 г/моль

b1 . M1 = 0,70396 . 28 = 19,71088 г/моль

b2 . M2 = 0,10326 . 44 = 4,54344 г/моль

b3 . M3 = 0,11461 . 18 = 2,06298 г/моль

b4 . M4 = 0,07796 . 32 = 2,49472 г/моль

b5 . M5 = 0,00013 . 46 = 0,00598 г/моль

b6 . M6 = 0,00007 . 28 = 0,00196 г/моль

? bi . Mi = 19,71088 + 4,54344 + 2,06298 + 2,49472 + 0,00598 + 0,00196 =

= 28,81996 г/моль

Плотность влажного газа при нормальных условиях [24]:

сг.вл. = 1,2507 . 0,68393 + 1,53 . 0,15765 + 0,804 . 0,07158 + 1,4289 . 0,08656 + 1,491 . 0,00021 + 1,25 . 0,00007 = 1,27823 кг/мі (2)

Плотность влажного газа при рабочих условиях на входе в аппарат [24]:

(3)

где РБ - барометрическое давление для газа, Па (РБ = 101325 Па);

РГ - давление газа (РГ = 101200 Па);tГ = 1200оС

Расход сухого газа:

GГ. сух. = G - G = 1458,992 - 167,222 = 1291,77 кг/ч (4)

Плотность сухого газа при нормальных условиях [24]:

b₁ . M1 = 0,79509 . 28 = 22,26252 г/моль

b2 . M2 = 0,11663 . 44 = 5,13172 г/моль

b4 . M4 = 0,08805 . 32 = 2,81760 г/моль

b5 . M5 = 0,00015 . 46 = 0,00690 г/моль

b6 . M6 = 0,00008 . 28 = 0,00224 г/моль

? bi . Mi = 22,26252 + 5,13172 + 2,81760 + 0,00690 + 0,00224 = 30,22098 г/моль

сг.сух. = 1,2507 . 0,73666 + 1,53 . 0,16981 + 1,4289 . 0,09323 + 1,491 . 0,00023 +

+ 1,25 . 0,00007 = 1,3148 кг/мі (5)

Плотность сухого газа при рабочих условиях на входе в аппарат [24]:

(6)

Влагосодержание сухих газов [24]:

(7)

Рассчитываем iпГ' - начальную энтальпию парогазовой смеси при температуре tГ' = 1200оС [24]:

iпГ' = сГ . tГ' + d' . iп' (8)

где сГ' - удельная теплоёмкость газа (согласно [25, стр.363] составляет

1,079 кДж/кг . К)

iп' - начальная энтальпия пара при tГ'

iп' = 2493 + 1,97 . tГ' (9)

iп' = 2493 + 1,97 . 1200 = 4857

iпГ' = 1,079 . 1200 + 0,12945 . 4857 = 1923,5

Температура мокрого термометра [24]:

tм = 11,78 . ( iпГ')0,268 (10)

tм = 11,78 . (1923,5)0,268 = 89?С

При сопоставлении с таблицей [24, с. 84] максимальная температура мокрого термометра для газов с аналогичной температурой и влажностью составляет 80,5оС, поэтому для дальнейших расчётов примем tм = 80 оС

tм = tж”

Из уравнения теплового баланса определяем расход воды Gж, испарившейся в процессе охлаждения газов, принимая энтальпию водяного пара на выходе из скруббера, равной [24]:

iп" = 2493 + 1,97 . 80 = 2650,6

GГ [cГ (tГ' - tГ") + d (iп' - iп")] = Gж (iп" - 4,187 . tж), где (11)

GГ - массовый расход сухих газов, кг/ч;

Gж - массовый расход жидкости, кг/ч.

1291,77 [(1,079 . (1200 - 80) + 0,12945 (4857 - 2650,6)] = Gж (2650,6 -

- 4,187 . 20)

2219952,319 = Gж . 2566,86

Gж = 752 кг/ч

Расход воды для испарительного охлаждения составляет [24]:

Тепловая нагрузка аппарата по испарившейся воде [24]:

Q = GГ [(cГ' . tГ' - cГ" . tГ") + d' (iп' - iп")] = Gж (iп" - 4,187 . tж), (12)

Объём газов на выходе из скруббера VГ" [24]:

V Г' - объёмный расход газовой смеси

при н.у. на входе в аппарат:

(13)

Рабочий объём газов на выходе из скруббера VГ", принимая гидравлические потери в скруббере 300 Па:

(14)

Плотность газа при рабочих условиях на выходе из аппарата:

Материально-тепловой баланс процесса очистки газов при сжигании твёрдых отходов

Таблица 1.

11.3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

Исходные данные:

массовый расход сухих газов - 1291,77 кг/ч;

температура газов: на входе - 1200оС,

температура мокрого термометра, соответствующая температуре газов на выходе - 80оС,

влагосодержание сухих газов на входе - 0,12945 кг/кг,

температура оборотной воды на входе в газоочистку - 20оС.

Согласно [24, с.86], рабочий объем скруббера-охладителя Ко (м3) может быть рассчитан по формуле:

V = (1)

где Q - тепловая нагрузка аппарата, кВт;

Ко - объемный коэффициент теплопередачи, кВт/(м3МоС);

Dt - температурный напор, оС.

Величина Q рассчитывается из выражения [24, с. 85]

Q = GГ М [сГ(tГ' - tГ”)] + d(iп' - iп”) (2)

где GГ - массовый расход сухих газов, кг/с;

сГ - средняя массовая теплоемкость сухих газов, кДж/кг .К;

d - влагосодержание сухих газов на входе в скруббер, кг/кг;

tГ', tГ” - температура газов на входе и выходе из скруббера, оС;

iп', iп” - энтальпия водяного пара на входе и выходе из скруббера, кДж/кг.

Величина сГ , согласно [25, c.363], составляет 1,079 кДж/кг .К;

d = 0,12945 кг/кг сухих газов.

Значение iп рассчитывается по формуле [24, с. 85]

iп = 2493 + 1,97 М tГ

(где tГ - температура газов, оС).

Тогда,

iп` = 2493 + 1,97 . 1200 = 4857 кДж/кг;

iп” = 2493 + 1,97 . 80 = 2651 кДж/кг.

Q = [1,079(1200 - 80)] + 0,12945(4857 - 2651) = 536 кВт

Массовый расход воды на испарение (кг/ч) рассчитывается из выражения

Gж = (3)

где сж - массовая теплоемкость жидкости, кДж/кг .К;

сж = 4,187 кДж/кг .К;

tж' - температура воды на входе в газоочистку, оС.

Gж = = 752 кг/ч

Температурный напор определяется по формуле

Dt =

При температуре мокрого термометра tм = 80оС и температуре воды на входе в газоочистку tж' = 20оС

Значение Ко может быть оценено по эмпирической формуле [24, c.86] для случая противотока

Ко = 10-3(116,5 + 525 )(1 + ) (5)

где tср - средняя температура газов, оС

Откуда

Ко = 10-3(116,5 + 525 . )(1+ ) = 0,635 кВт/(м3.К)

При сопоставлении с практическими данными [24, c.86] полученная величина Ко соответствует максимальному значению. Поэтому для дальнейших расчетов примем среднее из приведенных величин

Ко 0,180 кВт/(м3.К).

Откуда,

V = ? 8 м3

Принимаем диаметр скруббера D равным 1,4 м (что соответствует скорости газового потока на выходе 0,484 м/с). Тогда, высота активной зоны скруббера Н составит

Н = = ? 5,2 м (6)

Действительная высота цилиндрической части скруббера по конструктивным соображениям принимается равной 6,5 м.

Расчёт количества форсунок.

Выбираем форсунки механические струйные с параметрами:

dC = 4 мм - диаметр сопла форсунки;

м = 0,62 - коэффициент расхода жидкости в форсунке;

Р = 0,3 МПа - давление распыла.

Qж = 16,8 м3/ч - расход воды на орошение

Расход воды на одну форсунку составит:

(7)

2 . 0,3 . 106

Vф = 3600 . 0,785 . (0,004)2 . 0,62 . v = 0,7 м3/ч

1000

Необходимое количество форсунок составит:

n = Gж/V = 16,8/0,7 = 24 шт.(8)

Принимаем число форсунок n = 24

Определение диаметра коллектора

При скорости жидкости w = 1,4 м/с и расходе воды на орошение

Qж = 16,8 м3/ч, диаметр трубопровода будет равен:

Выбираем по сортаменту трубу 57Ч3 ГОСТ 8732-78.

11.4 ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

1. Среда - агрессивная, класс опасности среды - 3 (по Na2CO3) по ГОСТ 12.1.007-76*.

2. Производительность по очищаемому газу, м3/ч

на входе в аппарат, не более 5891

3. Площадь сечения контактной зоны, м2 1,54

4. Средняя скорость газа в сечении аппарата, м/с ,не более 1,06

5. Гидравлическое сопротивление, Па, не более, 500

6. Давление очищаемого газа (абсолютное), кПа, не более 101,2

7. Температура очищаемого газа, К (оС),не более:

на входе в аппарат 1473 (1200)

на выходе из аппарата:

расчетная 353 (80)

максимальная 473 (200)

8. Расход орошающей жидкости (расчетный), м3/ч 16,8

9. Количество ярусов орошения, шт. 4

10. Расход слабого раствора (на охлаждение стенки скруббера), м3/ч, не более 0,8

11. Орошающая жидкость - слабый раствор

12. Давление орошающей жидкости (перед форсунками), МПа 0,30,02

13. Температура орошающей жидкости, К (оС), не более 353 (80)

14. Тип форсунки -струйная

15. Габаритные размеры, мм:

длина 2204

ширина 2515

высота 7405

16. Масса, кг 3930

в том числе футеровки 360

17. Материал:

аппарат - сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72*; Ст3сп5 ГОСТ380-94; прокладки - графитовая фольга «Графлекс» толщиной 3,2 мм ТУ 57-1-1326778;

набивки короба лаза - М1А-100-100 ГОСТ 21880-86.

18. Аппарат устанавливается в помещении:

- категория помещения - Г (по НПБ 105-03);

- класс помещения по ПУЭ - не классифицируется

19. Расчетный срок службы, лет, не менее 10

20. Аппарат работает непрерывно.

21. Группа сосуда по ОСТ 26 291-94 5а

22. Температура стенки аппарата, К (0С), не более 473 (200)

23. Скруббер теплоизолируется. Толщина слоя теплоизоляции в нижней части аппарата (высотой 1400 мм от опорной поверхности) - 90 мм, в остальной - 60 мм, =100 кг/м3.

12 СКРУББЕР ВЕНТУРИ

12.1 ОПИСАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБРАННОЙ КОНСТРУКЦИИ

Скруббер Вентури предназначен для очистки газовых выбросов (ОГВ) после обезвреживания твердых отходов и устанавливается в качестве второй ступени очистки в газопылеулавливающей установке термического обезвреживания твердых отходов. Скруббера Вентури ГВПВ 85/500 компонуются из трубы Вентури типа ГВПВ-0,006 диаметром горловины 85 мм и отдельно стоящего каплеуловителя типа КЦТ с диаметром цилиндрической части 500 мм.

Труба Вентури представляет собой сварной корпус, в верхней части которого находятся цилиндрический входной патрубок, сужающийся по ходу газа конфузор с углом раскрытия 28о и расширяющийся диффузор с углом раскрытия 7о, между которыми вварена горловина с относительной длиной 0,15dг (где dг - диаметр горловины). Диффузор с помощью колена присоединяется к каплеуловителю типа КЦТ. В цилиндрический входной патрубок под углом 60о к горизонтали вмонтирован штуцер для установки цельнофакельной форсунки, через которую подается орошающая жидкость в конфузор трубы Вентури.

Каплеуловитель типа КЦТ состоит из цилиндрического корпуса, тангенциального входного патрубка прямоугольного сечения, цилиндрического выходного патрубка, заглубленного внутрь каплеуловителя и смонтированного эксцентрично относительно оси аппарата, и сливного штуцера. Крышка аппарата служит люком для ревизии. В коническом днище каплеуловителя установлено устройство для раскручивания потока сливаемой жидкости.

Основной материал аппаратов - сталь 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72*.

Скруббер теплоизолируется.

Изготовление, испытания, приемка и поставка скруббера производится в соответствии с ОСТ 26 291-94 “Сосуды и аппараты стальные сварные. Общие технические условия”, ОСТ 26 14-2007-89 “Пылеуловители мокрые. Технические требования”.

Выбор типа аппарата и его компоновочная схема соответствует особенностям поставленных требований, среди которых:

- сравнительно небольшой объем очищаемых газов;

- незначительное изменение объемов газа при огневом обезвреживании отработанных фильтров сравнительно с огневым обезвреживанием осадка пожаротушения.

Обеспечить поставленные требования по улавливанию солей с учетом других особенностей установки можно только в скрубберах Вентури с высоким гидравлическим сопротивлением, поскольку эффективность пылеулавливания мокрых пылеуловителей находится в экспоненциальной зависимости от затрачиваемой в них энергии (в данном случае от величины гидравлического сопротивления и величины удельного орошения). Требуемое гидравлическое сопротивление поддерживается регулированием расхода орошающей жидкости.

Стабильность показателей скрубберов Вентури в условиях эксплуатации обеспечивается соблюдением соответствия технологических режимных показателей установки, в которой они используются, проектными параметрами, на которые рассчитаны скруббера Вентури, в особенности:

- соблюдением расходов очищаемого газа и орошающей жидкости;

- поддержанием гидравлического сопротивления в установленных пределах;

- соблюдением температурного режима установки;

- непрерывным бесперебойным удалением раствора солей и исправной работой гидрозатвора.

Требования по обеспечению безопасности работ со скрубберами Вентури предусматриваются в конструкции за счет:

- прочности и герметичности всех составных частей скруббера;

- устройства люка;

- установки строповых устройств для подъема отдельных элементов скруббера;

- установки клемм заземления.

12.2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ И МАТЕРИАЛЬНО-ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС

Согласно [26, с.30], для улавливания частиц с медианным диаметром частиц ~1 мкм (соли) с эффективностью ~0,9 и частиц диаметром ~10 мкм (зола) с эффективностью ~0,99 гидравлическое сопротивление скруббера Вентури должно составлять не менее 9500 Па. Гидравлическое сопротивление скруббера Вентури DРсв включает в себя гидравлическое сопротивление непосредственно трубы Вентури DР (Па) и гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя DРц (Па). Величина DРц значительно меньше величины

DР, по сути, определяющей эффективность пылеулавливания в скруббере Вентури.

Гидравлическое сопротивление трубы Вентури рассчитывается по формуле [24, с.118]

(1)

где с - коэффициент гидравлического сопротивления неорошаемой трубы Вентури; может быть принят равным 0,15;

_Г - скорость газов в горловине трубы Вентури, м/с;

_Г , ж - плотность газов, орошающей жидкости, кг/м3;

m - удельное орошение, м3/м3.

Расчет по формуле (1) ведется по условиям на выходе из трубы Вентури.

Гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя рассчитывается по формуле [24, с.118]

(2)

где оц - коэффициент гидравлического сопротивления циклона-каплеуловителя

(у обычно принимаемого на практике циклона-каплеуловителя типа

КЦТ оц = 18).

_Г - скорость газов в свободном сечении каплеуловителя, м/с.

При заданной (принятой) величине гидравлического сопротивления скруббера Вентури - ?Рсв с учетом формул (1) и (2) можно получить выражение

(3)

которое позволяет определить величину m для конкретных типоразмеров трубы Вентури и циклона-каплеуловителя.

Давление орошающей жидкости перед форсункой Рж (Па) рассчитывается по формуле [24, с.130]

Рж = [Vж/3600 . . 0,785dф2nv(2/ж)]2 (4)

где Vж - расход орошающей жидкости, м3/ч;