Комплексная очистка пылегазовых выбросов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО - СТРОИТЕЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Курсовая работа по дисциплине «Промышленная экология»

«Комплексная очистка пылегазовых выбросов»

Выполнил: ст.гр. БТП 12-1

Жакупов А.К.

Проверил: Загорская А.А

Тюмень, 2014 год

Содержание

загрязнение газовый выброс среда

Введение

1. Определение физико-химических характеристик газового выброса

2. Разработка технических мероприятий, направленных на снижение влияния загрязняющих веществ, на состояние окружающей среды

2.1 Литературный обзор

2.2 Обоснование технологической схемы и расчет необходимого оборудования для очистки газовых выбросов

2.3 Утилизация отходов от установок пылегазоочистки

3. Экономика природопользования

3.1 Расчет платежей за загрязнение окружающей природной среды

3.2 Экономическая оценка экологического ущерба

3.3 Экономическая эффективность природоохранных мероприятий

Заключение

Список 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.

Одной из главных задач охраны окружающей среды является обеспечение нормальной работы пылеочистных установок на заводе, так как пыль является основным источником загрязнения. [3]

1. Определение физико-химических характеристик газового выброса

Медианный диаметр частиц

;

D_m - диаметр частиц i-ой фракции

М_i - масса i-ой фракции

D_m=мкм

Дисперсность:

;

Плотность газового выброса:

Инг.	CO2	SO2	N2	H2O	O2
%	11,5	0,1	74,4	6,0	8,0
	1.9	2.9	1.25	0.8	1.4
Ткрi	304,2	430,7	126	647,15	154,3

Вязкость газового выброса:

;

Рассчитаем вязкость газа-носителя при заданных условиях

Ингредиент	ТН	HF
ri	97.6	2.4
0	1,321	0.922
	15,103*10-6	11,08*10-6
TcR	181,87	461

Ингредиент	CO2	SO2	N2	H2O	O2
TCR	304,2	430,7	126	647,15	154,3
ri	11,5	0.1	74.4	6.0	8.0

2. Разработка технических мероприятий, направленных на снижение влияния загрязняющих веществ на состояние окружающей среды

2.1 Литературный обзор

При подборе средств очистки необходимо исходить из реальной модели газа, придерживаясь принципа запрета на изменение качества модели атмосферного воздуха в процессе производства.

При постановке задач на проектирование должны быть охвачены все загрязнители, присутствующие в выбросах, для чего состав отбросного газа должен быть тщательно проанализирован. Отдельно необходимо выделить нейтральные ингредиенты, которые не наносят ущерба окружающей среде или чьи концентрации не превышают допустимых норм.

Все компоненты оцениваются по физико-химическим и санитарно-гигиеническим свойствам. Особое внимание уделяется агрегатному состоянию, термодинамическим, реакционным и каталитическим свойствам. Для аэрозольных загрязнителей необходимы сведения о размерах частиц, абразивности, слипаемости, удельном электростатическом сопротивлении и характере взаимодействия с жидкостями. Для газообразных загрязнителей важны данные о температурах кипения и деструкции, критических параметрах, теплотах фазовых переходов, характеристиках растворения.

При обработке выбросов, содержащих высококонцентрированные аэрозоли, низких величин проскока (1-2%) можно достичь только двухступенчатой очисткой с применением предварительной очистки в жалюзийных решетках, циклонах или пылеосадительных камерах. Окончательный этап очистки может производиться на пористых фильтрах, электрофильтрах или в мокрых пылеосадителях.

Жидкие аэрозоли (туманы) могут быть скоагулированы посредством изменения параметров состояния с последующим осаждением в мокрых скрубберах, пористых и электрических фильтрах, абсорберах.

Для очистки выбросов от газообразных загрязнителей применяются методы конденсации, сорбции и термообезвреживания.

Если газовые выбросы по элементному составу не содержат других компонентов кроме, углерода, водорода и кислорода, то они могут обезвреживаться в одну стадию - непосредственным сжиганием.

Оптимальный вариант системы обезвреживания газового выброса должен отвечать следующим требованиям:

§ Использование материалов оптимального качества;

§ Обеспечение герметичности, взрыво-и пожаробезопасности оборудования;

§ Максимальное использование типовых конструкций;

§ Обеспечение технологичности монтажа.[2]

2.2 Обоснование технологической схемы и расчет необходимого оборудования для очистки газовых выбросов

Расчет и проектирование циклонов.

Алгоритм расчета:

Основные обозначения и единицы измерения:

§ количество очищаемого газа - W, м³/с;

§ плотность газа при рабочих условиях - , кг/м³;

§ вязкость газа - , Нс/м²;

§ плотность частиц пыли - _П,кг/м³;

§ плотность пыли - d_П,мкм;

§ дисперсность пыли - lg_п ;

§ входная концентрация пыли - С_вх, г/м³.

1. Определяем тип циклона. Задаемся его размерами[2]:

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. Задаемся типоразмером циклона и определяем его диаметр:

где:

W-объемный расход газового выброса, м³/с;

W_opt- оптимальная скорость потока в циклоне, м/с.

1. Принимаем ближайшее большее значение стандартного диаметра и пересчитываем скорость.

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

D_станд.=1400.

м/с,

где:

W-объемный расход газового выброса, м³/с;

- стандартный диаметр, м.



2. Полученное значение скорости не должно более, чем на 15% отличаться от оптимальной:

0,85W_opt ?? 1,15W_opt

3,82? 4,9 ? 5,17

Скорость рабочего потока укладывается в заданные пределы.

3. Определяем коэффициент гидравлического сопротивления:

К₁- коэффициент, учитывающий диаметр циклона (1);

К₂- коэффициент, учитывающий исходную запыленность=0,93;

К₃- коэффициент, учитывающий группировку циклона=0;

ж₅₀₀- коэффициент гидравлического сопротивления циклона на d=500 мм

6. Определяем потери давления в циклоне:

7. Определяем диаметр частиц удаляемых на 50% при заданных условиях

где:

с_pR;Д_R;з_R - плотность, диаметр, динамическая вязкость частиц, удаляемых на 50%, полученные по справочным материалам.

с_pR = 1930, кг/м³

з_R = 22,2*10^-6, Па*с

Д_R = 600 мм.

8. Определяем параметр осаждения:

9. Определяем общий эффект очистки в циклоне

Ф(Х)= Ф(0,54)=70,54%

10. Определяем концентрацию загрязнения на выходе из циклона

По результатам расчета, эффект очистки в циклоне более 70 %, циклон может выступать как самостоятельное сооружение. Поскольку концентрация загрязняющего вещества на выходе из циклона не соответствует санитарно-гигиеническим требованиям, необходима II степень очистки.

Расчет и конструирование зернистых фильтров.

Алгоритм расчета

1. Задаемся типом загрузки, пропускной способностью, методом регенерации, эффектом очистки фильтра.

Зернистый фильтр типа ЗФ марки ЗФ-4М

Пропускная способность	2,5 м/с
Площадь фильтрации	2 м2
Число секций	2
Число фильтрующих слоев	3
Продолжительность фильтрации/регенерации	40/2
Максимальная начальная запыленность	20 г/м
Наполнитель	гравий
Максимальная температура	673К
Гидравлическое сопротивление	600Па
Степень очистки	95%
Масса, т: с наполнителем без наполнителя	2,5 1,5
Способ регенерации	Обратная продувка

2. Определяем требуемую площадь фильтрации

3. Определяем общую площадь фильтрации

4. Число фильтров

Требуемое количество, устанавливаемых зернистых фильтров 2, с гидравлическим сопротивлением 600 Па, максимальной температурой 673 К, эффективность очистки 95-99,9 %.

Обоснование схемы удаление газообразных загрязнителей:

1. Выразим концентрацию загрязнителя в единицах массы:

[м³/с]

C% - содержание HF в об %

==0,1824 (м³/с)

2. Определяем массовый расход загрязнителя:

, [кг/с]

3. Определяем концентрацию загрязнителя:

M_HF - молекулярная масса HF

ПДК_рз (HF) = 0,5 (мг/м³)

Поскольку концентрация отличается от требований рабочей зоны, применяем адсорбционную очистку, предварительно охладив газ.

Охлаждение газа

1. Определяем ингредиентный состав газа при заданной температуре, физико-химические характеристики загрязнителя. Определяем объемные и массовые расходы всех компонентов газового выброса.

Начальная температура газового выброса t=210C⁰

Расход газового выброса W = 7,6(м³/с)

Содержание HF С%= 2,4 об%

Молярная масса HF µ_HF =20г/моль

Плотность с_н.у. = 0,922кг/м³

Давление в системе р=100кПа

Давление гидрофторида: Р_HF = 100*0.005=0.5 кПа

Содержание газа носителя в объемных процентах: ГН = 100%-2,4%=97,6%

Плотность газа носителя: _ГН=0,746 (кг/ м³)

Молекулярная масса газа носителя: M_ГН = 29 (г/моль)

Расход газового выброса гидрофторида: W_HF= 7,6*0.005=0.038 (м³/с)

Плотность гидрофторида:

, [кг/м³]

=0,922*=0,5211 (кг/м³)

Массовый расход гидрофторида:

Расход газового выброса газа носителя:

=7,6*0,976=7,4176 (м³/с)

Массовый расход газа носителя:

М_ГН=7,4176*0,746=5,5335 (кг/с)

Массовый расход смеси газа:

=5,5335+0,0198 =5,5533 (кг/с)

Плотность смеси газа:

==0,7307 (кг/м³)

Концентрация:

С%_к==268,8*10^-6 %=0,0002688 %

Давление в системе: р=0,02688кПа

Р,кПа

t_a

t_B

Т⁰С

2. Задаемся температурными характеристиками процесса:

3. Определяем количество теплоты отводимое на 1 ступень:

=, [Дж]

- объемный расход газоносителя

==190,810(моль/с)

==0,99(моль/с)

4. Принимаем в качестве хладагента воду. Начальная температура на 5-10 ниже температуры окончания конденсации:

Конечную температуру примем на 5-12 больше начальной:

5. Определяем температурный напор на 1 ступени:

==210-17=193

=-=22-29==7

=

==6,746

6. Определяем необходимую поверхность теплообменника:

=,[м²]

К₁=20ч50 (Вт/м²*К)

==16.8986(м²)

Принимаем пластичный теплообменник: поверхность теплообменника 20 м², площадь пластины 0,3 м², число пластин 70, масса аппарата 485 кг.

Адсорбционная очистка

1. Определим исходные и конечные концентрации загрязнений:

2. Задаемся типом сорбента и определяем пористость:

Сорбент:

Насыпная плотность (кг/м³)

Пористость =0,8

d=1 (мм)

l=3 (мм)

Адсорбционная емкость =0,5 (кг/кг)

3. Переводим адсорбционную емкость в весовую:

=*=0,5*185=92.5 (кг/м³)

4. Определяем весовое количество очищаемого газа:

, [м³/с]

-общая плотность всего загрязнителя

=1,316*=1,217 (кг/м³)

=7.6*1,217=9.255 (м³/с)

5. Определим общую массу адсорбента:

, [кг]

C₀-исходная концентрация

-коэффициент запаса ( 1,1ч1,2)

-ориентировочная продолжительность очистки ( 8 часов=28800 с)

6. Определяем габаритные размеры аппарата:

D=, [м]

-скорость движения рабочего потока (0,1ч0,25 м/с)

n-число секций

D===2,7830(м)

Принимаем стандартный диаметр 3 м

Пересчитываем скорость:

==0,2151 (м³/с)

7. Определяем высоту вертикального адсорбционного аппарата:

, [м]

===0,17 (м)

Так как полученная высота сорбента меньше предельно допустимых значений, то принимаем Н_с=0,5 (м)

8. Определяем эквивалентный диаметр зерна сорбента:

, [м]

(м)

9. Определяем число Рейнольдса:

-скорость движения рабочего потока

-коэффициент кинематической вязкости жидкости

, [м/с²]

==11,934( м/с²)

==8.58174 (м)

Так как, R_e 50, то ===25.635826

10. Определяем потери давления в аппарате:

, [Па]

?-коэффициент зависящий от формы гранул сорбента

?=0,7

Условие выполнено:

11. Определим коэффициент молекулярной диффузии загрязнения:

, [м²/с]

Т₁=20ч25

Т₀-температура при нормальных условиях

Р_о- давление при нормальных условиях (МПа)

D_о- коэффициент молекулярной диффузии при н.у. загрязнителя (м²/с)

10,1095*10^-6 (м²/с)

12. Определим диффузионный критерий Прантля:

=1,1804

13. Определим коэффициент массо - передачи:

Так как, , то

14. Определим удельную поверхность адсорбента:

, [м²/м³]

=933,33(м²/м³)

15. Найдем продолжительность защитного действия адсорбера:



-объемная сорбционная емкость

-исходная концентрация загрязнителя кг/м³

==ПДК_р.з.

значит, адсорбер выбран правильно.

2.3 Утилизация отходов от установки пылегазочистки

Наименование сооружения	Исходная концентрация, мг/м3	Конечная концентрация, мг/м3
Циклон	20*103	3.974*103
Зернистые фильтры	3.974*103	0.198*103
Адсорбер	0,198*103	0,15*10-3

Масса отходов: (циклон)

(т/сутки)

Всю задерживаемую цементную пыль мы накапливаем на предприятии и возвращаем в производство.

Накапливаем в течение суток и масса отхода составит:

(т)

Т-период накапливания (сутки)

Бак-носитель:

(м³)

- высота бака

Площадь бак-носителя:

(м²)

21,19=F- размеры бак-носителя

Масса отходов: (зернистые фильтры)

(т/сутки)

Са₃- концентрация на выходе из зернистых фильтров

Масса отхода составит:

Бак-носитель:

2,688 (м³)

Высота бак-носителя=2 м

Площадь бак-носителя:

1,344 (м²)

Размеры бак-носителя: 0,91,13

3. Экономика природопользования

3.1 Расчет платежей за загрязнение окружающей природной среды

1. Определим плату до внедрения природоохранных мероприятий:

С=мг/м³

W=7,6 м³/с

[руб/год]

-базовый норматив стоимости за выброс 1 тонны загрязнений, определяется на основании Постановления Правительства РФ №344 от 2007 г., №410 от 2009 г.

=ПДК_м.р.*W*10^-9*3600*24*365 (т/год)

-коэффициент экологической ситуации по Постановлению РФ от 2014 г.

- коэффициент индексации

= (т/год)

- фактический выброс вещества

(т/год)

=0,1*7,6*10^-9*3600*24*365=0,02396736 (т/год)

=20*7,6*10^-6*3600*24*365=4793,472 (т/год)

=4793,472-0,02396736=4793,448 (т/год)

=103*0,02396736 *2*2,33+5*103*4793,448 *2*2,33=11503807.359 (р/год)

Для HF: ПДК=0,5; =2; =2,33; =410

=0,5*7,6*10^-9*3600*24*365= 0.1198368 (т/год)

=3.974*7,6*10^-6*3600*24*365=952.462 (т/год)

=952.462-0.1198368 =952.342 (т/год)

=410*0.1198368 *2*2,33+5*410*952.342 *2*2,33=9097952.086 (р/год)

Общее: =11503807.359 +9097952.086 =20601759.445 (р/год)

2. Определим плату после внедрения природоохранных мероприятий:

7,58 м³/с

[руб/год]

Для пыли:

=0,02396736 (т/год)

=0,15*7,6*10^-9*3600*24*365=0.03595104 (т/год)

=0.03595104-0,02396736 =0.01198368 (т/год)

=103*0,02396736 *2*2,33+5*103*0.01198368 *2*2,33=40.263 (р/год)

После адсорбции отработанный сорбент (без регенерации) будет возвращен предприятию-изготовителю для восстановления или замены.

Для HF:

=0.1198368 (т/год)

=0,5*7,58*10^-9*3600*24*365=0.11952144 (т/год)

=0, т.к. Мф<Мл

=410*0.1198368 *2*2,33=228.9601 (р/год)

Общее: = 40.263 +228.9601 =269.2231 (р/год)

3.2 Экономическая оценка экологического ущерба

1. Определим ущерб от загрязнения атмосферы до внедрения природоохранных мероприятий:

А-показатель относительной опасности примеси (2,7)

-единичный ущерб (46,8 р/т)

f- коэффициент, учитывающий тип загрязнения территории ( f=8)

-коэффициент, учитывающий скорость оседания загрязнения в атмосфере:

=3 (пыль)

=1 (HF)

К_и - коэффициент индексации (641,89)

Пыль:

У=4793,448 *2,7*46,8*8*3*641,89=9331027927.390 (р/год)

HF:

У=952.342 *2,7*46,8*8*1*641,89=617949737.393 (р/год)

2. Определим ущерб после внедрения природоохранных мероприятий:

Пыль:

У=0.01198368 *2,7*46,8*8*3*641,89=23327.686 (руб/год)

HF:

У=0

Общий: Уоб=23327.686 (р/год)

3.3 Экономическая эффективность природоохранных мероприятий

Рассчитаем эффективность внедрения мероприятий:

По плате:

?П=П₁-П₂=20601759.445 -269.2231 =20601490.2219 (руб)

П1-плата до внедрения мероприятий

П2-плата после внедрения мероприятий

По ущербу:

?У=У₁-У₂=617949737.393 -23327.686 =617926409.707 (руб)

У1-ущерб до внедрения мероприятий

У2-ущерб после внедрения мероприятий

Заключение

После установки циклона определили эффект очистки для газового выброса 85,27%, дополнительно поставили зернистые фильтры, общий эффект очистки составит 99,9%. Концентрация на входе из циклона составила C=4,7 г/м³. Для достижения ПДК_р.з. рассчитываем адсорбцию, принимаем вертикальный адсорбер, сорбент- Acticarbon, который является универсальным сорбентом для всех типов веществ. При расчете утилизации отходов от установок пылегазоочистки, масса отходов получилась:
М= т. После установления аппаратов пылегазоочистки экономическая эффективность природоохранных мероприятий составилаn 20601490.2219 руб. Выбранные нами аппараты пылегазоочистки позволяют нам достичь минимальных концентраций загрязняющих веществ на выходе из очистных сооружений и снизить выплаты за загрязнение окружающей среды.

Библиографический список

1. Зигашин М.Г., Колесник А.А. Проектирование аппаратов пылегазоочистки. М.: «Экопресс - 314», 1998г.

2. ОНД - 86. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий.

3. Федеральный закон от 2 декабря 2013г. №349-ФЗ «О Федеральном бюджете на 2014г. И на плановый период 2015 и 2016 годов».

4. ГН 2.2.5.1313-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

5. Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса. 2.2.755-99.

6. ГОСТ 15518-83. Аппараты теплообменные пластинчатые. Типы, параметры и основные размеры.

Размещено на Allbest.ru

...