Техника защиты окружающей среды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Глава 1. Оценка воздействия предприятия на природную среду

1.1 Дисперсный состав пылей

1.2 Классификация пылей

1.3 Влияние аэрозолей на здоровье человека

1.4 Область практического применения аэрозолей

Глава 2. Классификация пылеуловителей

2.1 Классификация устройств для очистки воздуха от пыли

2.2 Виды воздушных фильтров

2.3 Пылеуловители для очистки выбросов в атмосферу

Глава 3. Выбор и расчет пылеуовителя

3.1 Выбор и обоснование

3.2 Расчет циклона

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Различные производственные процессы могут загрязнять атмосферный воздух взвешенными твердыми или жидкими частицами, которые делятся на пыль, дым и туман.

Среди проблем защиты окружающей среды наиболее актуальной является охрана воздушного бассейна, так как загрязненный воздух ухудшает экологические условия, приводит к преждевременному износу основных фондов промышленности, объектов жилищно-коммунального хозяйства и т.д. Основным мероприятием по защите атмосферы от вредных выбросов является применение технических средств. Для улавливания взвешенных частиц применяется различная аппаратура, в составе которой значительное место занимают циклонные аппараты, которые являются наиболее актуальными для сухого механического пылеулавливания.

Целью курсовой работы является:

1. закрепление теоретических знаний, полученных в процессе изучения курса «Техника защиты окружающей среды»;

2. приобретение практических навыков самостоятельного решения по оценке влияния, вследствие деятельности предприятий;

3. усвоение методов подбора технических средств и расчет их габаритов, необходимых для очистки.

Задачи курсовой работы:

1. подбор циклона, с требуемой степенью очистки;

2. Произвести необходимые расчеты, подтверждающие верность выбора.

Одной из главных задач охраны окружающей среды является обеспечение нормальной работы пылеочистных установок на заводе, так как пыль является основным источником загрязнения.

Для предупреждения загрязнения пылью воздуха необходимо:

- по возможности ограничить выброс в атмосферу отходящих газов и запыленного вентиляционного воздуха;

- применять герметичные устройства при транспортировке пылящих материалов;

- не применять складов для пылящих материалов.



Глава 1. Оценка воздействия предприятия на природную среду

1.1 Дисперсный состав пылей

Размер частиц является одной из основных характеристик, определяющих выбор типа аппарата или системы аппаратов для очистки газа. Крупная пыль легче мелкой оседает из газового потока и может быть уловлена в аппарате простейшего типа. Для очистки газа от мелкой пыли зачастую требуется не один, а несколько аппаратов, установленных последовательно по ходу газов.

Под дисперсным составом пыли понимают совокупность размеров всех составляющих ее частиц. Долю частиц, размеры которых находятся в определенном диапазоне значений, принятых в качестве верхнего и нижнего пределов, называют фракцией.

Содержание частиц в аэрозоле обычно оценивают с помощью счетной и массовой концентраций. Счетная концентрация определяется числом частиц, находящихся в единице объема газообразной среды, массовая концентрация - массой частиц, приходящейся на единицу объема среды.

Методы анализа дисперсного состава аэрозолей, применяемые в настоящее время, не позволяют определить массу или число частиц каждого размера. В результате анализов обычно определяют выходы фракций, которые выражаются в процентах (или в долях) от общей массы или общего числа частиц. Кроме выходов отдельных фракций определяют так называемые суммарные выходы. Принято, что если суммарный выход определяется сложением выходов отдельных фракций, то он называется суммарным выходом по плюсу или полным остатком и обозначается через «R». В свою очередь, суммарный выход по минусу или полный проход (D) показывает, какая доля от общего числа или общей массы частиц меньше данного размера.



1.2 Классификация пылей

Пылью (аэрозолем) называются измельченные или полученные иным путем мелкие частицы твердых веществ, витающие (находящиеся в движении) некоторое время в воздухе. Такое витание происходит вследствие малых размеров этих частиц (пылинок) под действием движения самого воздуха.

Пыли образуются вследствие дробления или истирания (аэрозоль дезинтеграции), испарения с последующей конденсацией в твердые частицы, (аэрозоль конденсации), сгорания с образованием в, воздухе твердых частиц - продуктов горения (дымы), ряда химических реакций и т. д.

В производственных условиях с образованием пыли чаще всего связаны процессы дробления, размола, просева, обточки, распиловки, пересыпки и других перемещений сыпучих материалов, сгорания, плавления и др.

По природе образования пыли делятся на две группы:

- Органическую:

ѕ пыли растительного происхождения (древесины, хлопка, льна, различных видов муки и др.),

ѕ животного происхождения (шерсти, волоса, размолотых костей и др.),

ѕ химического происхождения (пластмасс, химических волокон и других органических продуктов химических реакций).

- Неорганическую:

ѕ пыль металлов и их окислов,

ѕ пыль различных минералов,

ѕ пыль неорганических солей и других химических соединений.

В зависимости от происхождения пыли, она может быть растворимой и нерастворимой в воде и в других жидкостях, включая и биосреды (кровь, лимфу, желудочный сок и т. п.). От происхождения пыли зависит также ее химический состав, удельный вес и ряд других свойств.

В зависимости от медианного диаметра частиц (), пыли делят на пять групп пылеулавливания:

ѕ очень крупнодисперсная пыль (>150 мкм),

ѕ крупнодисперсная пыль ( = 40ч150 мкм),

ѕ среднедисперсная пыль ( = 10ч40 мкм),

ѕ мелкодисперсная пыль ( = 1ч10 мкм),

ѕ очень мелкодисперсная пыль (<1 мкм).

Свойства пыли определяются такими факторами как:

ѕ способ ее образования,

ѕ форма и размер частиц,

ѕ химический состав,

ѕ плотность и твердость,

ѕ удельное электрическое сопротивление,

ѕ способность смачиваться водой.

Механизм образования пыли определяет в основном ее дисперсный состав, то есть размерность пылинок. Структура пыли, то есть форма пылинок, зависит и от природы и от механизма образования пыли. По структуре пыль может быть:

ѕ аморфной (пылинки округлой формы),

ѕ кристаллической (пылинки с острыми гранями),

ѕ волокнистой (пылинки удлиненной формы),

ѕ пластинчатой (пылинки в виде слоистых пластинок)

ѕ и др.

При измельчении твердого вещества образующиеся пылинки получают то или иное количество электричества вследствие частичного перехода механической энергии в электрическую, кроме того, пылинки получают электрический заряд, адсорбируя на себе ионы из воздушной среды. Таким образом, пыль, находящаяся в воздухе, в той или иной степени несет на себе электрический заряд. Степень электро-заряженности оказывает существенное влияние на поведение пыли в воздухе. Электро-заряженные пылинки с противоположным знаком соединяются между собой (слипаются), образуя более крупные частицы, за счет чего быстрее осаждаются; пылинки с одинаковым зарядом, наоборот, отталкиваются друг от друга, что усиливает их движение в воздухе и замедляет осаждение.

По слипаемости частицы делят:

ѕ неслипающиеся (шлаковые кварцевые пыли),

ѕ слипающиеся (доменная зола),

ѕ средне слипающиеся (сухое молоко, опилки),

ѕ сильно слипающиеся (цементная пыль из влажного воздуха, шерсть, хлопок).

Исследования показывают, что высокодисперсная пыль в большей степени подвержена электрическим зарядам. Электро-заряженности способствует также нагревание пыли. Повышенная влажность воздуха или самой пыли снижает ее электро-заряженность.

Высокодисперсная пыль вследствие электро-заряженности обладает активной поверхностью, поэтому на ней собираются газы и другие мелкие частицы, находящиеся в воздухе. Чем меньше пылевые частицы, тем больше их активность. Газы, обволакивая пылевую частицу, способствуют более длительному витанию ее в воздухе, то есть собираются на пылевых частицах газов замедляет осаждение пыли.

При значительной запыленности воздуха высокодисперсной пылью электрические заряды пылевых частиц могут суммироваться и, достигнув определенного потенциала, образовывать электрические разряды - взрывы. Чаще всего такие взрывы пыли возникают при наличии огня или сильно нагретого предмета в чрезмерно запыленной атмосфере, так как при повышении температуры резко увеличивается заряженность пылевых частиц, быстрее и с большей силой происходит электрический разряд.

1.3 Влияние аэрозолей на здоровье человека

Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений.

Результаты экологических исследований, как в России, так и за рубежом, однозначно свидетельствуют о том, что загрязнение приземной атмосферы - самый мощный, постоянно действующий фактор воздействия на человека, пищевую цепь и окружающую среду. Атмосферный воздух имеет неограниченную емкость и играет роль наиболее подвижного, химически агрессивного и всепроникающего агента взаимодействия вблизи поверхности компонентов биосферы, гидросферы и литосферы. Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах.

Загрязненная приземная атмосфера вызывает рак легких, горла и кожи, расстройство центральной нервной системы, аллергические и респираторные заболевания, дефекты у новорожденных и многие другие болезни, список которых определяется присутствующими, в воздухе загрязняющими веществами и их совместным воздействием на организм человека.

Результаты специальных исследований, выполненных в России и за рубежом, показали, что между здоровьем населения и качеством атмосферного воздуха наблюдается тесная положительная связь.



1.4 Область практического применения аэрозолей

Аэрозоли благодаря широкому распространению в природе и технике играют важную роль в жизни и деятельности человека.

Природные аэрозоли -- облака и туманы -- имеют огромное значение для метеорологии и сельского хозяйства, поскольку они определяют выпадение осадков и в значительной степени обусловливают климат того или иного района. Такие природные явления, как дождь или снег, гроза, радуга, целиком определяются наличием в атмосфере аэрозолей. Известную роль играют аэрозоли и в биологии -- пыльца растений, споры бактерий и плесени, а также легкие семена переносятся в природе в форме аэрозоля.

Выше мы касались главным образом отрицательного значения аэрозолей, образующихся в производственных условиях. Однако, в некоторых случаях, аэрозоли играют положительную роль, и их приходится специально получать особыми методами. Например, распыление до состояния аэрозоля или микрогетерогенной системы применяют при подаче твердого или жидкого топлива в топки. Получение аэрозоля краски или лака путем пневматического распыления с помощью специальных пульверизаторов широко используется для окрашивания различных поверхностей и предметов. Подобный же прием применяют и при металлизации поверхностей. Огромное значение имеет распыление инсектицидов, фунгицидов и гербицидов в сельском хозяйстве при борьбе с вредными насекомыми, грибками и сорняками. В медицине аэрозоли применяют для введения лекарственных веществ в организм путем ингаляции.

Особое значение аэрозоли имеют в военном деле при светомаскировке.

Аэрозоли применяются:

ѕ в различных областях техники, в том числе в военной и космической;

ѕ в сельском хозяйстве;

ѕ в здравоохранении;

ѕ в метеорологии; в быту и т. д.



Глава 2. Классификация пылеуловителей

2.1 Классификация устройств для очистки воздуха от пыли

Пылеулавливающее оборудование при всем его многообразии может быть классифицировано по ряду признаков: по назначению, по основному способу действия, по эффективности, по конструктивным особенностям. Классификация пылеулавливающего оборудования дана в ГОСТ 12.2.043-80. «Оборудование пылеулавливающее. Классификация».

Оборудование, применяемое для очистки от пыли воздуха в системах вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления, а также для защиты от загрязнения пылью воздушной среды зданий, сооружений и прилегающих к ним территорий, метрополитенов, подземных и открытых горных выработок, подразделяется на следующие типы:

- оборудование, применяемое для очистки от взвешенных частиц пыли воздуха, подаваемого в помещения системами приточной вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления - воздушные фильтры;

- оборудование, применяемое для очистки от пыли воздуха, выбрасываемого в атмосферу системами вытяжной вентиляции - пылеуловители.

Пылеулавливающее оборудование в зависимости от способа отделения пыли от воздушного потока применяют следующих исполнений:

- оборудование для улавливания пыли сухим способом, при котором отделенные от воздуха частицы пыли осаждаются на сухую поверхность;

- оборудование для улавливания пыли мокрым способом, при котором отделение частиц от воздушного потока осуществляется с использованием жидкостей.

Пылеулавливающее оборудование по принципу действия подразделяется на группы, по конструктивным особенностям - на виды. Пылеулавливающее оборудование, в котором отделение пыли от воздушного потока осуществляется последовательно в несколько ступеней, отличающихся по принципу действия, конструктивным особенностям и способу очистки, относят к комбинированному пылеулавливающему оборудованию.

2.2 Виды воздушных фильтров

Самоочищающиеся масляные фильтры с пружинной сеткой.

Очистка воздуха производится при его последовательном прохождении через две движущиеся бесконечные пружинные сетки, смоченные маслом (воздух проходит через четыре плоскости, смоченные маслом). Каждая сетка приводится в движение с помощью двух пар валов, получающих вращение от электродвигателя через редуктор. Необходимо обеспечить равномерное движение воздуха по всему сечению фильтра со скоростью до 3 м/с.

При движении пружинных сеток их нижние части погружаются в масляную ванну и при этом очищаются от осевшей на них пыли. Масло в ванне периодически сменяется. Применяют масло веретенное, трансформаторное, турбинное и др. Сорт масла должен соответствовать времени года согласно рекомендации завода-изготовителя фильтров.

Самоочищающийся масляный фильтр с сетчатыми шторками.

Фильтрующий слой создают сетчатые шторки, прикрепленные к втулочным цепям, надетым на приводные шестеренки. На вертикальных участках движения цепей шторки перекрывают друг друга. При прохождении шторок через масляную ванну они промываются, и слой масла обновляется. Шторки движутся периодически - через 12 минут.

Фильтрующая панель поворачивается за 12 - 20 с. (в зависимости от размеров фильтра). Удельная воздушная нагрузка фильтра 8350 м3/(чЧм3). Установка фильтров снабжается системой маслоснабжения с его подогревом, циркуляцией и очисткой.

Рекомендуемая скорость воздуха при прохождении фильтра 2,5 - 2,6м/с.

Рулонные фильтры

Промышленность до недавнего времени изготовляла рулонный фильтр ФРУ, предназначенный для очистки приточного и рециркуляционного воздуха с запыленностью менее 0,5 мг/м3. Возможно применение фильтра и при большей запыленности при технико-экономическом обосновании. Серийно выпускались фильтры производительностью 20-120 м³/ч. Фильтры могут устанавливаться в вентиляционных камерах и в кондиционерах.

Фильтр собирают из двух или трех секций в зависимости от требуемой производительности. Секция состоит из сварного корпуса, подвижной решетки. Решетка натянута между нижним и верхним валами. Нижний вал - ведущий. В верхней и нижней части каркаса установлены катушки с фильтрующим материалом. Перемещение решеток и вращение катушек осуществляется с помощью электродвигателя мощностью 0,25 кВт через редуктор. По мере загрязнения материал перематывается с верхних катушек на нижние. В фильтре применяют фильтрующий материал типа ФСВУ. Он представляет собой слой из стеклянного волокна толщиной 30 - 50 мм, промасленный и пропитанный в процессе изготовления связующими веществами. Слой обладает рыхлостью и упругостью. Материал изготовляется в виде полотнищ длиной 15 м. Подвижная решетка обеспечивает необходимую жесткость и прочность фильтрующего слоя.

Перемотка катушек производится периодически при достижении определенного значения гидравлического сопротивления в результате накопления пыли. Скорость перемещения материала при перемотке около 0,5 м/мин.

Воздушные фильтры высокой эффективности с материалами ФП

Материалы ФП и процесс их получения разработаны в Физико-химическом институте им. Л. Я. Карпова. Материалы ФП представляют собой исключительно равномерные слои ультратонких полимерных волокон.

Поскольку механическая прочность слоя волокон материала ФП невелика, он нанесен на тканевую подложку (марля, бязь, перкаль), которая и обеспечивает необходимую прочность.

В большинстве материалов ФП волокна сцеплены между собой за счет сил трения, и фильтрующий слой выдерживает значительную деформацию. Удлинение при разрыве - от 30 - 50%. Высокая пластичность обеспечивает надежную эксплуатацию фильтров, снаряженных материалами ФП.

Материалы ФП в зависимости от того, из какого полимера они изготовлены, стойки к различным химическим веществам, к высоким температурам - до 250 - 270°C.

Волокна ФП имеют вид ленты, ширина которой в 3 - 5 раз больше толщины. Материалы ФПП обычно обозначают по размеру волокон, а именно по ширине: например, ФПП-15, ФПП-25, ФПП-70 - обозначает фильтр Петрянова из перхлорвиниловых волокон шириной волокон соответственно 1,5; 2,5; 7,0 мкм.

Материалы ФП, изготовленные из полимеров с высокими изоляционными свойствами (перхлорвинил, полистирол), могут получать и удерживать электрические заряды. В результате повышается эффективность фильтра. аэрозоль очистка воздух пылеуловитель

При длительном хранении, механическом воздействии, при высокой влажности, под воздействием ионизирующих излучений фильтровальные материалы теряют электрические заряды. Это же происходит и при накоплении в фильтре пыли в результате длительной эксплуатации.

Электрические воздушные фильтры

Фильтры, применяемые для очистки от пыли приточного воздуха, устроены несколько иначе, чем электрические пылеуловители, используемые для очистки выбросов в атмосферу.

Электрический воздушный фильтр - двухзонный. Вначале поток воздуха, подвергающегося очистке, проходит зону 1, которая представляет собой решетку из металлических пластин с натянутыми между ними коронирующими электродами из проволоки. К электродам подведен постоянный ток напряжением 13-15 кВ положительного знака от выпрямителя. Получив электрический заряд при прохождении ионизационной зоны, пылевые частицы в потоке воздуха направляются в осадительную зону. Она представляет собой пакет металлических пластин, расположенных параллельно друг другу на расстоянии 8 - 12 мм. К каждой второй пластине подведен ток напряжением 6,5 - 7,5 кВ положительного знака. Пыль осаждается на заземленных пластинах, к которым ток не подведен.

Вокруг коронирующего электрода происходит электрический разряд, сопровождающийся свечением («корона»). В результате электрических разрядов происходит выделение атомарного кислорода (одноатомные молекулы), образование озона O₃, а также оксидов азота. При напряжении, применяемом в воздушных фильтрах, и при наличии в нем двух зон озон и оксиды азота выделяются в небольших количествах и опасности для людей не представляют. В электрических пылеуловителях, применяемых для очистки выбросов, используют ток напряжением 80-100 Вт, кроме того, в этих аппаратах к коронирующим электродам подведен ток отрицательного знака, что по имеющимся данным сопровождается более интенсивным выделением вредных веществ (в 8 раз).

Сила электрического тока и потребляемая мощность в электрических фильтрах невелики и находятся в пределах соответственно 0,8 мА и 10 Вт на 1000 м3/ч очищаемого воздуха.

2.3 Пылеуловители для очистки выбросов в атмосферу

Пылеосадительные камеры.

Очистку газов от пыли под действием сил тяжести производят в пылеосадительных камерах. Запыленный газ поступает в камеру, внутри которой установлены горизонтальные перегородки (полки). Частицы пыли оседают из газа при его движении между полками, расстояние между которыми обычно составляет 0,1-0,4 м. При такой небольшой высоте каналов между полками уменьшается путь осаждающихся частиц пыли. Вместе с тем наличие полок позволяет увеличить эффективную поверхность осаждения частиц. Уменьшение пути частиц и увеличение поверхности осаждения способствуют уменьшению времени осаждения и, следовательно, повышению степени очистки газа и производительности камеры. Однако скорость потока газа в камере ограничена тем, что частицы пыли должны успеть осесть до того, как они будут вынесены потоком газа из камеры.

Газ, пройдя полки, огибает вертикальную отражательную перегородку (при этом из него осаждается под действием сил инерции дополнительно некоторое количество пыли) и удаляется из камеры. Одновременно отражательная перегородка способствует более равномерному распределению газа между горизонтальными полками камеры, так как в этом случае гидравлическое сопротивление каналов между ними одинаково. Пыль, осевшая на полках, периодически удаляется с них вручную специальными скребками через дверцы в боковой стенке или смывается водой. Для непрерывной очистки газа от пыли камеру делят на два самостоятельных отделения или устанавливают две параллельно работающие камеры. В одном отделении (или в одной камере) производится очистка газа, в это же время другое отделение (камера) очищается от осевшей в нем пыли.

Степень очистки газа от пыли в этих аппаратах обычно не превышает 30-40%.

Инерционные пылеуловители.

Действие пылеуловителей такого типа основано на использовании инерционных сил, возникающих при резком изменении направления газового потока, которое сопровождается значительным уменьшением его скорости. Устанавливая на пути движения запыленного газа (например, в газоходе) отражательные перегородки или применяя коленчатые газоходы, изменяют направление движения газа на 90° или 180°. При этом частицы пыли, стремясь сохранить направление своего первоначального движения, удаляются из потока. Для эффективного улавливания пыли скорость потока газа перед перегородками должна составлять не менее 5-15 м/сек.

Инерционные пылеуловители отличаются простотой устройства, компактностью и не имеют движущихся частей, однако в них достигается невысокая степень очистки (примерно 60%) пыли (размер удаляемых частиц более 25 мкм). К недостаткам инерционных пылеуловителей относятся также сравнительно большое гидравлическое сопротивление, быстрый износ и забивание перегородок.

Жалюзийный пылеуловитель состоит из собственно инерционного первичного пылеуловителя и вторичного пылеуловителя - циклона. Запыленный газ поступает в пылеуловитель, жалюзи которого представляют собой набор наклонных колец, установленных с зазором 2-3 мм и немного перекрывающих друг друга. Жалюзи имеют коническую форму для того, чтобы скорость газа в различных поперечных сечениях аппарата оставалась примерно постоянной.

Частицы пыли, ударяясь о кольца жалюзи, отбрасываются к оси конуса, а освобождаемый от наиболее крупных частиц пыли газ проходит через зазоры в конусе и удаляется через патрубок. Небольшая часть газа (примерно 10%), в которой концентрируется основная масса частиц, поступает в циклон, где под действием центробежных сил освобождается от основной массы пыли и возвращается на доочистку в первичный жалюзийный пылеуловитель. Пыль удаляется из циклона через патрубок.

Циклон конструкции Научно-исследовательского института по санитарной и промышленной очистке газов (НИИОгаз) состоит из вертикального цилиндрического корпуса с коническим днищем и крышкой. Запыленный газ поступает тангенциально со значительной скоростью (20-30 м/сек) через патрубок прямоугольного сечения в верхнюю часть корпуса циклона. В корпусе поток запыленного газа движется вниз по спирали вдоль внутренней поверхности стенок циклона. При таком вращательном движении частицы пыли, как более тяжелые, перемещаются в направлении действия центробежной силы быстрее, чем частицы газа, концентрируются в слоях газа, примыкающих к стенкам аппарата, и переносятся потоком в пылесборник. Здесь пыль оседает, а очищенный газ, продолжая вращаться по спирали, поднимается к верху и удаляется через выхлопную трубу.

Движение частиц пыли в циклоне обусловлено в основном вращательным движением потока газа по направлению к пылесборнику (влияние сил тяжести частиц имеет в данном случае значительно меньшее значение). Поэтому циклоны можно устанавливать не только вертикально, но также наклонно или горизонтально.

В циклонах НИИОгаз с диаметром корпуса от 100 до 1000 мм степень очистки газов от пыли составляет 30-85% (для частиц диаметром 5 мкм) и с увеличением диаметра частиц повышается до 70-95% (для частиц диаметром 10 мкм) и далее до 95-99% (для частиц диаметром 20 мкм). При этом содержание пыли в очищаемом газе не должно превышать 0,2-0,4 кг/м³. Лишь для циклонов диаметром 2000-3000 мм допускается увеличение начальной концентрации пыли в газе до 3-6 кг/м³.

Батарейный циклон

Наиболее низкая температура газов, поступающих на очистку в циклон, должна быть не менее чем на 15-20 С выше их точки росы, чтобы не происходили конденсация паров влаги и образование шлама, что вызывает резкое ухудшение очистки.

Степень очистки газа в циклонах зависит от величины фактора разделения:

К_р = w²/rg

Из этого выражения видно, что степень очистки газа в циклонах может быть повышена либо путем уменьшения радиуса вращения потока запыленного газа, либо путем увеличения скорости газа. Однако повышение скорости газа вызывает значительное возрастание гидравлического сопротивления циклона и увеличение турбулентности газового потока, ухудшающей очистку газа от пыли. Уменьшение радиуса циклона приводит к снижению его производительности. Поэтому часто для очистки больших количеств запыленных газов вместо циклона большого диаметра применяют несколько циклонных элементов значительно меньшего диаметра (их монтируют в одном корпусе). Такие циклоны называются батарейными циклонами, или мультициклонами.

Имеется ряд конструкций батарейных циклонов, отличающихся формой корпуса элементов (например, с элементами цилиндрической формы), их расположением в пространстве (горизонтальные элементы) и способами сообщения газу вращательного движения. Так, в прямоточных батарейных циклонах частицы пыли отбрасываются с помощью закручивающего устройства, расположенного по оси входной трубы, к ее внутренней поверхности и удаляются вместе с небольшой частью газа (5-10%) через кольцевую щель в пылесборную камеру, а очищенный газ выводится через выхлопную трубу. Такие батарейные циклоны более компактны и обладают меньшим гидравлическим сопротивлением, но они менее эффективны, чем обычные батарейные циклоны.

Широко распространенные батарейные циклоны изготовляются с нормализованными элементами диаметром 100, 150 и 250 мм; они рассчитаны на очистку газов с содержанием пыли 0,05-0,1 кг/м³. Степень очистки газа в батарейных циклонах несколько отличается от степени очистки его в обычных циклонах и составляет 65-85% (для частиц диаметром 5 мкм), 85-90% (для частиц диаметром 10 мкм) и 90- 95% (для частиц диаметром 20 мкм).

Для нормальной работы батарейного циклона необходимо, чтобы все его элементы имели одинаковые размеры, а очищаемый газ - равномерно распределялся между элементами. В этих условиях гидравлическое сопротивление элементов будет одинаковым. Батарейные циклоны целесообразно применять, когда улавливаемая пыль обладает достаточной сыпучестью и исключена возможность ее прилипания к стенкам аппарата, что затрудняло бы очистку элементов.

Батарейные циклоны обычно используют, когда расходы запыленного газа велики и применение нескольких обычных циклонов менее экономично.

Циклоны всех видов отличаются простотой конструкции (не имеют движущихся частей) и могут быть использованы для очистки химически активных газов при высоких температурах. По сравнению с аппаратами, в которых отделение пыли осуществляется под действием сил тяжести или инерционных сил, циклоны обеспечивают более высокую степень очистки газа, более компактны и требуют меньших капитальных затрат.

К недостаткам циклонов относятся; сравнительно высокое гидравлическое сопротивление (400-700 н/м², или 40-70 мм вод.ст.), невысокая степень улавливания частиц размером менее 10 мкм (70-95%), механическое истирание корпуса аппарата частицами пыли, чувствительность к колебаниям нагрузки по газу.

В циклонах рекомендуется улавливать частицы пыли размером более 10 мкм.

Ротационные пылеуловители

В ротационных пылеуловителях очистка газов (воздуха) от пыли основана на использовании центробежных сил и сил Кориолиса, возникающих при вращении рабочего колеса аппарата.

Характерной особенностью ротационных пылеуловителей является то, что в одном аппарате совмещен побудитель (вентилятор) и пылеуловитель. Благодаря этому аппарат более компактен, чем установка, состоящая из вентилятора и пылеулавливающего устройства. Ротационный пылеуловитель потребляет меньше электроэнергии, чем вентилятор и пылеуловитель в сумме.

Ротационные пылеуловители делятся на две основные группы в зависимости от места подвода запыленного потока к аппарату. Большая часть ротационных пылеуловителей относится к группе, в которой запыленный поток поступает в центральную часть колеса, вращающегося в кожухе. Пылевые частицы под действием центробежных сил и сил Кориолиса отбрасываются на периферию диска и оттуда поступают в пылесборник.

Применяются также аппараты ротационного типа, в которых для повышения эффективности очистки запыленный поток соприкасается с водной поверхностью, отдавая воде часть содержащейся в нем пыли.

Ротационные пылеуловители служат для очистки воздуха (газов) от неслипающихся и слабослипающихся пылей при их значительной концентрации в потоке.

Вихревые пылеуловители

В вихревом пылеуловителе, как и в циклоне, сепарация пыли основана на использовании центробежных сил. Основное отличие вихревых пылеуловителей от циклонов заключается в наличии вспомогательного закручивающего газового потока.

Применяют два вида вихревых пылеуловителей: сопловые и лопаточные.

В аппарате и того и другого типа запыленный газ поступает в камеру через входной патрубок с завихрителем типа «розетка» и обтекателем. В кольцевом пространстве между корпусом аппарата и входным патрубком расположена подпорная шайба, которая обеспечивает безвозвратный спуск пыли в бункер.

Обтекатель направляет поток газа к периферии. Пылевые частицы за счет воздействия центробежных сил перемещаются из центральной части потока к периферии.

Далее процесс в аппаратах двух видов несколько отличается. В сопловом аппарате на запыленный поток воздействуют струи вторичного воздуха (газа), выходящие из сопел, расположенных тангенциально. Поток переходит во вращательное движение.

Отброшенные под воздействием центробежных сил к стенкам аппарата пылевые частицы захватываются спиральным потоком вторичного воздуха (газа) и вместе с ним движутся вниз в бункер. Здесь частицы пыли выделяются из потока, а очищенный воздух (газ) снова поступает на очистку.

Эксперименты показали положительную роль повышения давления вторичного воздуха до 30 - 40 кПа сверх атмосферного. Эффективное пылеулавливание может быть обеспечено и при меньшем давлении. Сопла для подачи вторичного воздуха нужно расположить по нисходящей спирали. Оптимальной явилась установка 8 сопел диаметра 11 мм двумя спиральными рядами под углом наклона 30°.

В аппарате лопаточного типа вторичный воздух, отобранный в периферии очищенного потока, подается кольцевым направляющим аппаратом с наклонными лопатками. По основным показателям аппараты лопаточного типа оказались более эффективными: при одинаковом диаметре камеры - 200 мм и производительности 330 м³/ч гидравлическое сопротивление соплового аппарата составило 3,74*10³ Па, эффективность 96,5 %, а лопаточного соответственно 2,8Ч10³ Па и 98 % (при улавливании особо мелкодисперсной пыли).

Применяют следующие способы подведения к вихревому пылеуловителю воздуха, необходимого для закручивания обеспылеваемого потока: из окружающей среды, из очищенного потока, из запыленного потока. Первый вариант целесообразен, если очистке подвергается горячий газ, который необходимо охладить. Применяя второй вариант, можно несколько повысить эффективность очистки, так как для использования в качестве вторичного воздуха отбирают периферийную часть потока очищенного воздуха с наибольшим содержанием остаточной пыли. Третий вариант наиболее экономичен: производительность установки повышается на 40 - 65 % с сохранением эффективности очистки.

Вихревой пылеуловитель может применяться для очистки вентиляционных и технологических выбросов от мелкодисперсной пыли в химической, нефтехимической, пищевой, горнорудной и других отраслях промышленности. В вихревых пылеуловителях достигается весьма высокая для аппаратов, основанных на использовании центробежных сил, эффективность очистки - 98 - 99 % и выше. На эффективность очистки оказывает незначительное влияние изменение нагрузки (в пределах от 50 до 115 %) и содержания пыли в очищаемом воздухе (газе) - от 1 до 500 г/м³. Аппарат может применяться для очистки газов с температурой до 700 °С. В вихревом пылеуловителе не наблюдается износа внутренних стенок аппарата, что связано с особенностями его воздушного режима. Аппарат более компактен, чем другие пылеуловители, предназначенные для сухой очистки выбросов.

Фильтрационные пылеуловители

В фильтрационных пылеуловителях очистка воздуха (газа) от пыли происходит при прохождении запыленного потока через слой пористого материала. В качестве фильтрующего слоя используют ткани, кокс, гравий и др.

Процесс фильтрации основан на многих физических явлениях (эффект зацепления, в том числе ситовый эффект, - аэрозольные частицы задерживаются в порах и каналах, имеющих сечение меньше, чем размеры частиц; действие сил инерции - при изменении направления движения запыленного потока частицы отклоняются от этого направления и осаждаются; броуновское движение - в значительной мере определяет перемещение высокодисперсных субмикронных частиц; действие гравитационных сил, электростатических сил - аэрозольные частицы и материал могут иметь электрические заряды или быть нейтральными).

По мере накопления в фильтрующем слое задержанных частиц режим фильтрации меняется. Для поддержания его в требуемых пределах производят регенерацию фильтра, которая заключается в периодическом или систематическом удалении задержанных частиц.

Большинство фильтров обладает высокой эффективностью очистки. Фильтры применяют как при высокой, так и при низкой температуре очищаемой среды, при различной концентрации в воздухе взвешенных частиц.

Соответствующим подбором фильтровальных материалов и режима очистки можно достичь требуемой эффективности очистки в фильтре практически во всех необходимых случаях.

Во многих конструкциях фильтровальных пылеуловителей режим работы фильтра, в частности, режим регенерации, поддерживается автоматически.

Обладая многими положительными качествами, фильтрующие устройства в то же время не лишены недостатков: стоимость очистки в фильтрах выше, чем в большинстве других пылеуловителей, в частности, в циклонах. Это объясняется большей конструктивной сложностью фильтров по сравнению с другими аппаратами, большим расходом электроэнергии. Многие конструкции фильтрационных пылеуловителей более сложны в эксплуатации и требуют квалифицированного обслуживания.



Глава 3. Выбор и расчет пылеуовителя

3.1 Выбор и обоснование

Циклоны ЦН-15 являются наиболее универсальными и распространёнными аппаратами газоочистки, широко применяемыми для отделения пыли от газов и воздуха (в том числе и аспирационного) в самых различных отраслях промышленности; в чёрной и цветной металлургии, химической и нефтяной промышленности, промышленности строительных материалов, энергетике, деревообработке.

Циклоны ЦН-15 применяются при следующих технологических процессах: сушка, обжиг, агломерация, сжигании топлива и т.д. Циклонные аппараты вследствие дешевизны и простоты устройства и эксплуатации, относительно небольшого сопротивления и высокой производительности являются наиболее распространенным типом механического пылеуловителя.

Циклонные пылеуловители имеют следующие преимущества перед другими аппаратами:

- отсутствие движущихся частей;

- надежная работа при температуре до 500 °С без конструктивных изменений;

- пыль улавливается в сухом виде;

- возможность улавливания абразивных пылей, для чего активные поверхности циклонов покрываются специальными материалами;

- возможность работы циклонов при высоких давлениях;

- стабильная величина гидравлического сопротивления;

- простота изготовления и возможность ремонта;

- повышение концентрации пыли не приводит к снижению фракционной эффективности аппарата.

К недостаткам можно отнести высокое гидравлическое сопротивление, достигающее 1250--1500 Па, и низкую эффективность при улавливании частиц размером <5 мкм.

При небольших капитальных затратах и эксплуатационных расходах циклоны обеспечивают очистку газов эффективностью 85-98 % от частиц пыли размером более 10 мкм. Циклоны рекомендуется использовать перед высокоэффективными аппаратами газоочистки (фильтры, электрофильтры). В ряде случаев достигаемая эффективность циклонов оказывается достаточной для выброса газов или воздуха в атмосферу. Для увеличения срока службы циклонов, подвергающихся абразивному износу, в местах наибольшего износа (в нижней части конуса, во входной части улитки) рекомендуется наносить специальное антиабразивное покрытие.

Исходя из компоновочных соображений, групповые циклоны изготовляют с камерой очищенного газа в виде улитки (вентилятор устанавливается после циклона), или в виде сборника (вентилятор устанавливается перед циклоном).

При работе циклонов должна быть обеспечена непрерывная выгрузка пыли. Уровень пыли в бункере не должен подыматься выше 0,5 диаметра циклона от крышки бункера.

Для надёжной работы циклонных аппаратов температура газов должна быть выше точки росы на 20-25 ⁰С при негигроскопичной пыли и газах с большой влажностью.

При выборе допускаемой запылённости газов рекомендуется учитывать склонность прилипания пыли к стенкам циклона, зависящую от физико-химических свойств, дисперсного состава пыли, влажности газов, материала и состояния поверхности стенок.

В качестве общего правила следует иметь в виду, что, чем тоньше пыль, тем легче она прилипает. Пыль, у которой 60-70 % частиц имеют диаметр меньше 10 мкм, ведут себя, как липкие, хотя та же пыль крупнее 10 мкм обладает хорошей сыпучестью. Для обеспечения надёжной работы циклонов при работе очистке газов от средне слипающихся пылей допустимая запылённость газов должна быть уменьшена в 4 раза, а для сильно слипающихся в 8-10 раз.

Длительная надёжная работа циклонов ЦН-15 в значительной степени зависит от интенсивности абразивного износа. При улавливании крупной абразивной пыли, концентрацию её надо снизить в 2-3 раза против допустимой с помощью предварительной очистки газов в пылеотстойниках, разгрузителях и других простейших пылеуловителях.

Уменьшению степени абразивного износа также способствует снижение скоростей газового потока на входе в циклон, хотя и будет иметь место и некоторое уменьшение эффективности очистки.

На эффективность работы ЦН-15 существенное влияние оказывает режим работы аппарата. Для обеспечения наиболее высоких показателей очистки газов режим работы ЦН должен быть стабильным. Изменение в расходе газов не должно превышать 10-12 %.

3.2 Расчет циклона

Постановка задачи: Необходимо очистить газы в объеме =11,2 м³/с, температурой t_г=170 ⁰С. Начальная концентрация пыли С_Н=140 г/м³, плотность частиц с_ч=2720 г/м³. Продукты сгорания содержат О₂=4,7 % об., N₂=77,1 % об., CO₂=11,4 % об., H₂O=6,8 % об. Желаемая степень очистки не ниже 92 %.

В таблице 1 приведены исходные данные. И указаны данные для расчета характеристик гранулометрического состава.

Таблица 1. Исходные данные по варианту

Вариант	Содержание фракций по «частным остаткам» R (d), % по массе частиц размером, мкм	Qр	СН	сч	зц	tг	Продукты сгорания содержат, % об.
	<5	5ч10	10ч20	20ч40	40ч60	>60
												O2	N2	CO2	H2O
16	14	19	38	14	9	6	11,2	140	2720	92	170	4,7	77,1	11,4	6,8

Для того чтобы определить характеристики гранулометрического состава, заполним таблицу 2 - содержание пыли по фракциям, и по вероятностно-логарифмической системе координат (ВЛСК) определим медианный диаметр (d_m) и среднеквадратичное отклонение в функции данного распределения (lgу_ч).

Таблица 2. Содержание пыли по фракциям

Наименование показателей	Фракционный состав, %
	Размеры частиц, мкм
	<5	5ч10	10ч20	20ч40	40ч60	>60
Содержание фракций по «частным остаткам» R (d), % от общей массы	14	19	38	14	9	6
Размер частиц, мкм	<5	<10	<20	<40	<60	>60
Содержание фракций по «полным проходам» D (dч), % от общей массы	14	33	71	85	94	6
Разность граничных размеров данной фракции,	5	5	10	20	20	30
	2,8	3,8	3,8	0,7	0,45	0,2

Построив по результатам дисперсионного анализа интегральную функцию распределения частиц по размерам в ВЛСК, можно выразить это распределение через медианный диаметр (d_m) и среднеквадратичное отклонение в функции данного распределения (lgу_ч).

1. Значению d_m отвечает точка пресечения построенного графика с осью абсцисс (d_m=13мкм), а lgу_ч находят из соотношения, которое является свойством интеграла вероятности:

(1)

2. По номограмме находим принадлежность данной пыли к определенному классу слипаемости. Данная пыль принадлежит к III классу слипаемости.

3. Расчет ведем для циклона ЦН-15, так как d_m<2d₅₀. (d₅₀-ориентировочный размер улавливаемых циклоном частиц.) Для ЦН-15 d₅₀=4,5 мкм.

4. Находим по таблицам оптимальную скорость газопылевого потока (W_опт) и определим необходимую площадь сечения циклона (F):

(2)

где, -объемный расход газов, подлежащих обеспыливанию при рабочих условиях, м³/с

5. Определяем диаметр циклона:

(3)

Где, n- число циклонов.

Предварительно выбираем 2 циклона ЦН-15 диаметром 1400 мм.

6. Находим действительную скорость газопылевого потока W_д:



(4)

7. Найдем отклонение действительной скорости от оптимальной:

(5)

8. Так как в циклонах формируются сложные потоки, аэродинамические параметры которых (скорость, давление, концентрация и фракционный состав) непрерывно меняются, то гидравлическое сопротивление циклонов определяют по парциальным коэффициентам очистки:

(6)

Где, k₁-поправочный коэффициент на диаметр циклона, k₂-поправочный коэффициент на запыленность потока, k₃-коэффициент учитывающий дополнительные потери давления вследствие групповой компоновки циклонов, -коэффициент сопротивления одиночного циклона с диаметром равным 500 мм.

(7)

где, С_Н-фактическая концентрация частиц, С_Н(0)-ближайшее меньшее значение концентрации, С_Н(1)-ближайшее большее значение концентрации, k₂₍₀₎-значение поправочного коэффициента для ближайшего меньшего значения концентрации, k₂₍₁₎-значение поправочного коэффициента для ближайшего большего значения концентрации.

9. Определяем плотность дымовых газов в нормальном состоянии:

(8)

где, -мольные доли отдельных компонентов в газовой смеси, -плотности отдельных компонентов в газовой смеси при нормальных условиях.

10. Вычисляем плотность дымовых газов при рабочих условиях (t_г=170 ⁰С):

(9)

где, Т₀-стандартное значение температуры равное 273,15 ⁰К, t-температура очищаемых газов.

11. Определяем величину потерь давления в циклоне:

(10)

Для расчета принимаем ДР=900 Па. Величина потерь давления в циклоне приемлема для тягодутьевых устройств котельных.

12. Учитывая, что гидравлическое сопротивление группы циклонов всегда в 1,1 раза выше сопротивления одиночного циклона, определим допустимое сопротивление последнего:



(11)

Для расчета принимаем ДН=800 Па

13. Определим из соотношения массу влаги, которая содержится в газе:

с_г = 0,757 кг/м³ =100 %

f = x = 6,8 %

(12)

14. Так как пылегазовый поток содержит влагу, определяем вес газов при рабочих условиях:

(13)

где, f-влагосодержание газа носителя при нормальных условиях, -барометрическое давление (, -давление в циклоне соответственно при установке вентилятора после циклона (, -плотность пара при нормальных условиях, К-переводной коэффициент, если выражено в паскалях (К=133,4).

15. Определяем среднюю скорость газов в циклоне:

(14)

где, g-ускорение свободного падения (g=9,81 м/с²)

16. Рассчитаем расход газа при рабочих условиях:



(15)

17. Найдем скорость газа в циклоне:

(16)

18. Произведем перерасчет диаметра циклона:

(17)

Полученное значение округляем до ближайшего к расчетному значению внутреннего диаметра циклонов (в соответствии с параметрическим рядом внутренних диаметров циклонов принятого в России). .

19. Проверяем действительную скорость движения газов в циклоне:

(18)

20. Проверим отклонение действительной скорости от оптимальной:

(19)

21. Определяем динамическую вязкость газа носителя при рабочих условиях:



(20)

где, -вязкость газа носителя при температуре 0 ⁰К (, -постоянная Сатерленда (для воздуха ).

22. Определяем значение параметра d₅₀ при рабочих условиях:

(21)

Где, индекс Т означает, что данные берутся для типового циклона, а его отсутствие - что данные для конкретных условий.

23. Для данной пыли с гравиметрическими параметрами d_m=13 мкм и lgу_ч=0.378 находим параметр ч:

(22)

24. Находим по справочным таблицам значение интеграла вероятности Ф(ч)=0,8508; представляющий собой полный коэффициент очистки газа, выраженный в долях, определим эффективность очистки газов в циклоне:

(23)

25. Определим конечную концентрацию пыли после очистки:



(24)

Вывод: циклон соответствует требуемой степени очистки.



Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены основные виды аппаратов очистки (фильтры и пылеуловители). Произведены выбор, обоснование и расчет циклона, который удовлетворяет требуемой степени очистки.

Эффективная работа пылеулавливающего оборудования зависит от физико-химических свойств газопылевого потока. При расчете свойств аппаратов и систем пылеулавливания учитывают ряд свойств:

1. Дисперсный состав,

2. Плотность пыли,

3. Слипаемость частиц,

4. Абразивные свойства пыли.

Так же были рассмотрены положительные и отрицательные свойства аэрозолей.



Список используемой литературы

1. Биргер М.И., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. Справочник по пыле- и золоулавливанию. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 312 с.

2. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов: Справочник. - М.: Металлургия, 1986. - 554 с.

3. Родионов А.И., Клушин В.Н., Систер В.Г. Технологические процессы экологической безопасности. - Калуга: Изд- во Н. Бочкаревой, 2000. - 800 с.

4. Тимонин А.С, Инженерно-экологический справочник. Т. 1. - Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003. - 917 с.

5. Ветошкин А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды : Учеб. пособие / А.Г. Ветошкин. - М.: Высш. шк., 2008. - 397 с.

6. Вальдберг А.Ю. Процессы и аппараты защиты окружающей среды. Защита атмосферы : учеб. пособие для вузов / А.Ю. Вальдберг, Н.Е. Николайкина. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Дрофа. 2008. - 239 с.

7. Райст П. Аэрозоли. - М.: Мир, 1987. - 278 с.

8. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов: Справ, изд. Алиев Г. М.-А. М: Металлургия, 1986. - 544 с

9. Тимонин А.С. Инженерно-экологический справочник. В 3-х томах. - Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2003.

10. http://works.tarefer.ru/98/100246/index.html#_Toc9509484

11. http://www.spishy.ru/download/t2/f16233

12. http://www.bestreferat.ru/referat-61878.html

Размещено на Allbest.ru