Современные вопросы теплогазоснабжения и вентиляции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский Государственный

Архитектурно-Строительный Университет

Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции

Контрольная работа

«Современные вопросы теплогазоснабжения и вентиляции»

Выполнил Агеев А.В.

Проверил Гримитлин М.А.

Санкт-Петербург 2016

Оценка возможности и целесообразности рециркуляции воздуха

Рассмотрим помещение, в котором выделяются вредные вещества в определенном количестве. Помещение оборудовано как местной, так и общеобменной вентиляцией.

При работе местного отсоса часть вредных веществ удаляется отсосом, а остальная часть выделяется в воздух помещения, где должна быть разбавлена приточным воздухом, поступающим из систем общеобменной вентиляции, до заданной величины концентрации вредных веществ в рабочей зоне помещения. Обычно это предельно допустимая концентрация в рабочей зоне помещения.

В воздухе, поступившем в местный отсос, после ассимиляции уловленных вредных веществ, их концентрация повышается. Затем воздух проходит через фильтрующий аппарат очистки, где концентрация вредных веществ снижается. Часть воздуха с этой концентрацией возвращается в помещение (рециркулирует), а остальная - удаляется из помещения наружу.

Задача ставится следующим образом: найти условия, при которых целесообразно осуществлять рециркуляцию воздуха, т.е. при которых рециркуляция воздуха ведет к уменьшению количества приточного наружного воздуха.

Для решения этой задачи рассмотрим газовоздушный режим помещения.

В соответствии с общей методикой построения приближенных математических моделей, описывающих тепловые (газовые и пр.) и воздушные режимы в помещении, а также описанной ниже расчетной схемой, выделяем 3 характерных объема: всего помещения, местного отсоса, фильтра. Благодаря рассмотрению расчетных схем и уравнения баланса можно сделать вывод, что рециркуляция целесообразна в том случае, когда она ведет к уменьшению количества приточного (наружного) воздуха, то таковым является только условие С_ф < С_ух.

Таким образом, физическая сущность процесса рециркуляции связана не с тем, что в помещение возвращается часть вредных выделений и поэтому на их разбавление требуется дополнительное количество наружного воздуха, а с тем, с каким «потенциалом» рециркулируется воздух после очистки, способен ли он ассимилировать вредные выделения, чтобы при этом концентрация вредностей в нем не превышала концентрацию в удаляемом воздухе.

Если С_ф>С_ух, то требуется дополнительное количество наружного воздуха для разбавления вредностей.

Если С_ф=С_ух то количество наружного воздуха не меняется вне зависимости от того, есть рециркуляция или нет.

Выполнение неравенства С_ф<С_ух ведет к уменьшению количества приточного воздуха вследствие применения рециркуляции и поэтому может рассматриваться как условие, при котором рециркуляция целесообразна. Чем больше разность С_ф и С_ух тем рециркуляция эффективней. Отметим, что эти условия получены для случая, когда все помещение представляет собой характерный объем с уравнением связи. Видимо, имеет значение, куда после рециркуляции поступает воздух: в рабочую, в верхнюю или иную зону. Поэтому в дальнейшем имеет смысл рассмотреть этот вопрос более детально.

Условием С_ф<С_ух более удобно пользоваться в безразмерном виде. Для этого введем понятие критерия целесообразности рециркуляции (КЦР) как отношения С_ф к С_ух.

Таким образом, рециркуляция целесообразна, если КЦР< 1.

Также, если рециркуляции целесообразна, то наиболее эффективно максимально увеличивать количество репиркуляционного воздуха, доводя его до полной рециркуляции. При этом достигается наибольшее снижение количества приточного воздуха.

Отметим, что известное требование С_ф<0,3С_пдк определяется не физической сущностью происходящих при рециркуляции процессов, а требованиями, имеющими условный характер.

Необходимо сказать, что чем совершенней конструкция местного отсоса, тем выше должна быть степень очистки воздуха при прохождении его через фильтр.

В настоящее время для различных отраслей производства (сварочного, переработки пластмасс, свинца и т.д.) разработаны высокоэффективные фильтры, имеющие высокую степень очистки от вредных веществ (от 95% до 99,9%), что практически во всех случаях делает целесообразной рециркуляцию воздуха, удаляемого местными отсосами, даже при их наиболее совершенных конструктивных решениях.

Сочетание высокой степени очистки с большим коэффициентом улавливания приводит к наиболее эффективному решению вентиляции с наименьшим расходом наружного (приточного) воздуха, т.е. при этом воздухообмен уменьшается как за счет сокращения общеобменной вентиляции, так и за счет рециркуляции.

Отметим еще, что эффективность рециркуляции возрастает с увеличением коэффициента воздухообмена.

Важным фактором при применении рециркуляции является экономическое требование: стоимость фильтрующих аппаратов, применяемых для очистки рециркуляционного воздуха, должна окупаться в течение заданного периода эксплуатации (например, 3-5 лет) за счет

Применение рециркуляции позволяет практически отказаться от устройства общеобменной механической вентиляции (обеспечивая при этом минимальную подачу наружного воздуха по санитарным нормам на одного человека). Применение разработанных местных вытяжных устройств в сочетании с фильтрующим аппаратом для очистки рециркуляционного воздуха позволяет сократить воздухообмен в помещении по сравнению с общеобменной вентиляцией.

рециркуляция воздух очистка вентиляция

Аппараты очистки воздуха от твердых, жидких и газообразных примесей

Проблема снижения пылевых и газовых выбросов с целью обеспечения как возможности рециркуляции воздуха, так и охраны воздушного бассейна, может быть решена при обоснованном выборе эффективных и экономичных пылеулавливающих установок (ПУ).

В нашей стране накоплен огромный опыт изучения проблемы пылеулавливания. Поиски способов повышения улавливания промышленных пылей с различными физико-механическими свойствами привели к появлению многообразия пылеулавливающих аппаратов.

До сих пор в научно-технической литературе отсутствуют апробированные на практике примеры решения задач по оптимизации выбора ПУ. В работах, проводимых под руководством профессора М.И. Шиляева из Томского государственного архитектурно-строительного университета, предложен метод комплексного расчета ПУ на основе энергетического принципа сопоставления инерционных пылеуловителей, сущность которого заключается в математическом выражении связи между удельными энергозатратами на очистку газов в аппаратах, либо в их комплексах, при равных эффективностях пылеулавливания. Проблеме создания единой математической модели центробежного движения частиц на основе теоретической механики жидкостей посвящены исследования, проводимые в СП6ГПУ под руководством д.т.н. Н.И. Ватина.

Дальнейшее развитие методик расчетов ПУ требует анализа трехмерной физико-математической модели течений.

Наиболее применяемыми пылеочистными аппаратами являются циклоны. Принцип действия циклонов основан на выделении частиц пыли из воздушного потока посредством воздействия на них центробежных сил.

Циклоны можно классифицировать по следующим типам: возвратно-поточные, прямоточные, вихревые, батарейные.

Менее распространены мокрые пылеуловители - скрубберы, пенные аппараты, скоростные (турбулентные) пылеуловители. Их эксплуатация трудоемка, т.к. связана с удалением шлама.

При соприкосновении частиц с каплями или другой поверхностью жидкости под действием одного или нескольких физических воздействий (инерционный удар, броуновская и турбулентная диффузия и др.) частицы смачиваются, в большинстве случаев тонут, в результате чего улавливаются. Опыт показывает, что при мокром улавливании в основном газы очищают от крупных частиц (более 3-5 мкм). Мелкие частицы, особенно возгоны, улавливаются жидкостью плохо, даже в том случае, если по своей природе они хорошо смачиваются данной жидкостью. Это объясняется двумя причинами. Во-первых, мелкие частицы (капельки) движутся вместе с газовым потоком и при встрече с жидкостью (с каплей или с другой мокрой поверхностью) не соприкасаются с ней, а огибают мокрую поверхность. Во-вторых, между частицей и мокрой поверхностью имеется газовый или воздушный слой, который мелкая частица не может преодолеть.

В последние годы разработаны скоростные или турбулентные мокрые пылеуловители, в которых движущийся с большой скоростью газ дробит жидкость на мелкие капли. Частицы легче сталкиваются с мелкими каплями и достаточно полно улавливаются (даже возгоны).

Преимуществами мокрых пылеуловителей по сравнению с сухими являются: возможность очистки газов от пыли с высокой температурой; относительно малые габариты некоторых видов очищающих установок; уменьшение опасности взрывов, пожаров, возникающих от загорания сухой пыли; возможность очистки от пыли влажных и содержащих липкие вещества газов; низкие капитальные затраты в большинстве случаев, несмотря на то, что эксплуатационные затраты могут быть и выше в связи с необходимостью удаления шлама и сброса сточных вод.

Электрофильтры широко применяются для улавливания частиц пыли и тумана любых размеров, в том числе и около 1 мкм. Эффективность улавливания в электрофильтрах даже такой мелкой пыли весьма высока (до 99%).

Принцип работы основан на том, что находящиеся в воздухе частицы вредных веществ (твердые и жидкие) размером 0,3-100 мкм проходят через ионизационную кассету, находящуюся под напряжением, а затем, вследствие разности потенциалов, притягиваются к пластинам осадительной кассеты.

Перед ионизационной кассетой для улавливания крупных частиц устанавливается предфильтр «грубой» очистки, способствующий также выравниванию воздушного потока, поступающего в ионизационную камеру. Удаление осевшей пыли с пластин осадительной кассеты производится путем промывки ее моющим раствором с последующей сушкой.

В электрофильтрах в настоящее время успешно очищают газы, нагретые до 450-500°С, содержащие агрессивные компоненты (например, 30% сернистого ангидрида и более). В последние годы большое распространение в промышленности получили мокрые электростатические ПУ изготовленные с применением полимерных материалов. Основные преимущества полимерных электрофильтров заключаются в высокой стойкости по отношению к химически агрессивным средам, технологичности изготовления, гидрофобности осадительных поверхностей и устойчивости к электрическим пробоям.

В тканевых фильтрах запыленный газ пропускают через фильтровальную ткань и частицы пыли под действием инерционных сил, диффузии и других механизмов осаждения задерживаются на ее волокнах. При малых скоростях фильтрации можно добиться высокой степени очистки газов (более 99%). В последние годы, в связи с выпуском более термо- и кислотостойких по сравнению с применявшимися натуральными волокнами (шерсть, хлопок) синтетических волокон, область применения тканевых фильтров заметно расширилась.

Для фильтрации запыленных газов применяют также специальный картон, вату, слои волокнистых или зернистых материалов (песок, гравий, кокс), используются также ячейковые фильтры с набором стальных или винипластовых сеток.

Развитие текстильных технологий производства различных фильтровальных материалов, в т.ч. и синтетических, позволило получить волокнистые слои машинной выработки в виде матов, обладающие необходимой однородностью и прочностыо. Волокнистые слои могут иметь различную структуру - от плотных (типа бумаги или картона) и до едва связанных (типа ваты или ватина).

В последнее время широкое распространение получили пылеулавливающие агрегаты для очистки воздуха от пыли, опилок и стружки, образующихся при работах на деревообрабатывающих станках, с возвратом его в помещение. Преимущество конструкции заключается в том, что, меняя тип фильтровального материала, ее можно использовать в других производствах для удаления сухой неслипающейся пыли. Конструкция проста в изготовлении и удобна в эксплуатации.

При применении рециркуляции, как правило, одной ступени ПУ в виде циклона недостаточно. В качестве второй ступени применяются фильтрующие ПУ.

Выбор третьей, как правило, последней ступени для обычных промышленных цехов определяется величиной концентрации пыли после 2-х ступеней очистки, увязывая ее эффективность с требованиями санитарных норм (не более 30% от ПДК пыли).

Методика подбора фильтров для систем вентиляции и кондиционирования в чистых помещениях подробно описана в монографиях проф. А.Г. Сотникова. Для помещений с повышенными требованиями к чистоте воздушной среды представляет интерес эффективность улавливания фильтрующими элементами частиц различной степени дисперсности в соответствии с классификацией EUROVENT:

Таблица

Оптимальный подбор фильтров для систем кондиционирования для чистых помещений (по рекомендациям Швейцарской ассоциации инженеров по теплофикации и кондиционированию воздуха SWKI):

Говоря о рециркуляции, следует помнить, что, согласно пункту 7.4.4 СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», рециркуляция не допускается из помещений, в которых максимальный расход наружного воздуха определяется массой выделяемых вредных веществ 1-го и 2-го класса опасности.

В настоящее время в России действует ГОСТ Р 51251-99, гармонизованный с международными стандартами. Согласно этому ГОСТу, все воздушные фильтры разделены на 4 группы (грубой, тонкой, высокоэффективной и сверхвысокой эффективности очистки) и 17 классов.

Первые две группы -- фильтры грубой очистки (G1-G4) и фильтры тонкой очистки (F5-F9), используются в обычных системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Для грубой очистки приточного воздуха, как правило, используются волокнистые фильтры, в основе которых лежит большая группа нетканых материалов (типа ФСВУ, ФВНР, ФРНК). Фильтры тонкой очистки, как правило, представлены карманными фильтрами с использованием синтепона, иглопробивных или других синтетических нетканых материалов. Фильтры высокой эффективности (Н10 - Н14) и сверхвысокой эффективности (U15 - U17) используются при специальных технологических требованиях к содержанию аэрозоля и микрофлоры.

Аппараты для очистки рециркуляционного воздуха от газообразных примесей

Технологические процессы переработки пластмасс, сушки лакокрасочных покрытий, производства медицинских препаратов, товаров бытовой химии, а также многие другие сопровождаются выделением токсичных органических соединений. Выбросы таких производств, как правило, характеризуются большими объемами и малыми концентрациями (до 10 мг/м³) обезвреживаемых веществ, а также низкой температурой выбросов. Применение для таких газовых выбросов термического и каталитического методов очистки ведет к большим энергетическим затратам на нагрев воздушного потока. Использование адсорбционного способа очистки приводит к образованию на поверхности адсорбентов продуктов уплотнения, которые снижают сорбционную емкость и полностью не удаляются при регенерации. Кроме того, необходимо решить вопрос об очистке газов, выделяющихся при регенерации.

В связи с этим, для очистки данного типа легкополимеризующихся веществ целесообразно использовать сорбционно-каталитический метод, который получает все большее распространение. Сущность метода заключается в следующем: через сорбент-катализатор при температуре 20-30°С пропускается поток обезвреживаемого газа. Содержащиеся в нем продукты деструкции полимерных материалов хемосорбируются на его поверхности и удаляются при регенерации путем нагревания слоя до 300-400°С. В ходе регенерации протекает процесс глубокого окисления образовавшихся на поверхности продуктов уплотнения и достигается восстановление активности сорбента-катализатора. Большую роль в процессе удаления с поверхности хемосорбированных продуктов путем их глубокого окисления играет химический и фазовый состав сорбента-катализатора, а при его эксплуатации - и термическая стабильность, так как процесс регенерации протекает с выделением теплоты и возможен перегрев катализатора.

Созданный для этих целей катализатор-сорбент (на основе марганцевой руды) имеет низкие прочностные характеристики. Это вызывает необходимость сложного режима регенерации и требует особых предосторожностей при транспортировке.

Хорошие результаты при испытании показали палладий-марганцевый и палладий-пиролюзитный катализаторы, однако их применение также требует многостадийного и длительного режима регенерации. Присутствие в составе указанных катализаторов благородного металла осложняет их использование в промышленности.

Размещено на Allbest.ru