Схема системы очистки газов с использованием скруббера Вентури:

1- дуговая сталеплавильная печь; 2 –скруббер Вентури; 3 – дымосос; 4 – дымовая труба.

1.4.3. Схема № 3.

Схема системы очистки газов с использованием рукавного фильтра:

1- дуговая сталеплавильная печь; 2 –рукавный фильтр; 3 – дымосос; 4 – дымовая труба.

1.4.4. Обоснование выбора схем.

Для очистки ваграночных газов более эффективны скоростные пылеуловители с трубами Вентури, электрофильтры и тканевые фильтры. Они обеспечивают необходимую степень очистки. При их использовании газы пред­варительно охлаждают за счет подсоса в газовый тракт атмосферного воз­духа, орошения их мелко распыленной водой в газоходе или в полом скруббере.

1.5. Описание аппаратов для очистки газов.

1.5.1. Тканевые фильтры.

Тканевый фильтр (рис. 4) состоит из корпуса цилиндрической или прямоугольной формы, выполненного из листовой стали, в котором размещены все узлы фильтра. Существенным элементом корпуса является бункер, имеющий коническую или пирамидальную форму, угол наклона стенок которого должен быть больше угла естественного откоса улавливаемой пыли. В нижней части бункера устанавливаются шнековый или скребковый транспортер и шлюзовой затвор, предназначенные для выгрузки уловленной пыли. Бункер и корпус разделены горизонтальной решеткой, в которой сделаны отверстия с патрубками для крепления рукавов. Корпус вертикальными стенками разделяется на секции с целью уменьшения перегрузки фильтровального материала и более эффективной регенерации. В секциях прямыми рядами или в шахматном порядке размещаются рукава; отношение длины рукава к диаметру — от 15 до 40.

На корпусе находятся механизм управления регенерацией, клапанная коробка переключения секций на продувку с калорифером для подачи в фильтр (во избежание залипания фильтровального материала) подогретого продувочного воздуха, а также коллекторы, через которые запыленный газ и продувочный воздух подводятся к фильтру, а очищенный воздух отводится от него.

Главным элементом такого фильтра является рукав, изготовленный из фильтровальной ткани. Корпус фильтра разделен на несколько герметизированных камер, в каждой из которых размещено по нескольку рукавов. Газ, подлежащий очистке, подводится в нижнюю часть каждой камеры и поступает внутрь рукавов. Фильтруясь через ткань, газ проходит в камеру, откуда через открытый выпускной клапан поступает в газопровод чистого газа. Частицы пыли, содержащиеся в неочищенном газе, оседают на внутренней поверхности рукава, в результате чего сопротивление рукава проходу газа постепенно увеличивается. Когда оно достигнет некоторого предельного (по условиям тяги) значения, фильтр переводится на режим регенерации, т. е. рукава освобождаются от осевшей на них пыли.

Наиболее часто регенерация осуществляется обратной продувкой. Продувочный воздух от специального вентилятора направляют внутрь камеры через открытый продувочный клапан (выпускной клапан закрыт). Фильтруясь через рукав в обратном направлении, воздух разрушает образовавшийся на внутренней поверхности рукава слой пыли, которая падает в бункер, откуда удаляется при помощи шнека или другого устройства. Отработавший продувочный воздух через подводящий газ патрубок поступает в газопровод неочищенного газа. В целях повышения эффективности регенерации одновременно с обратной продувкой осуществляется встряхивание рукавов, для этого используется специальный встряхивающий механизм, перемещающий вверх и вниз крышку, к которой крепится рукав. Камеры фильтра переводят на регенерацию по очереди, и, следовательно, фильтр в составе п—1 камера все время находится в работе.



Рис. 4 Общий вид рукавного фильтра:

1 — вход пылегазового потока; 2 — газораспределительное устройство; 3—бункер; 4 — рукава, 5 — воздушные сопла; 6 — коллектор сжатого воздуха; 7 — воздуховоды; 8 — выход чистого газа

1.5.2. Скоростные (турбулентные) пылеуловители

Скоростные пылеуловители (СПУ) начали широко применять в цветной металлургии с 1950 г. Этому способствовало несложное малогабаритное их оборудование и простота обслуживания.

Принцип действия СПУ заключается в следующем. Вода, вводимая в поток запыленных газов, движущихся с высокой скоростью (обычно 70—100 и более м/с), дробится на мелкие капли. Необходимая для дробления жидкости энергия заимствуется в основном у газового потока. Высокая степень турбулентности газового потока способствует дроблению жидкости и столкновениям частиц с каплями жидкости. Относительно крупные капли жидкости вместе с частицами пыли легко улавливаются затем в простейших пылеуловителях (например, в мокрых циклонах).

Для разгона газового потока в газопровод встраивают конфузор, переходящий в небольшой участок цилиндрической формы (горловину), где газы движутся с наибольшей скоростью. Затем газы расширяются в диффузоре и их скорость снижается. Конфузор, горловина и диффузор образуют скоростной (турбулентный) распылитель. Вид распылителя круглого сечения (применяют также распылители прямоугольного сечения); скоростной распылитель и циклон составляют СПУ, а на рис. 5 показана установка пылеуловителя с трубой Вентури.

Оптимальное соотношение отдельных элементов распылителя следующее: углы раскрытия конфузора и диффузора принимают, как правило, соответственно равными 25—28 и 6—7°; длина горловины обычно составляет от 0,15 до 0,5 ее диаметра. Чтобы снизить потери давления, внутреннюю поверхность трубы-распылителя подвергают механической обработке.

Рис. 5. Скоростной распылитель с периферийной подачей жидкости (нормаль Гипроцветмета)

1.5.3. Электрофильтры

Основная классификация электрофильтров может быть представлена следующим образом.

По расположению зон зарядки и осаждения – однозонные и двухзонные.

Двухзонные электрофильтры применяют для очистки вентиляционного воздуха с очень малой начальной запыленностью — около 10 мг/м³. Провода ионизатора находятся под напряжением 13 кВ. положительной полярности (положительная корона дает меньше озона, чем отрицательная, что важно, если очищенный воздух применяют для приточной вентиляции).

По направлению хода очищаемых газов – вертикальные и горизонтальные. По форме осадительных электродов – трубчатые, шестигранные и пластинчатые. По числу последовательно расположенных электрических полей – однопольные и многопольные. По числу параллельно работающих секций — односекционные и многосекционные. По состоянию улавливаемой пыли — сухие, когда очистка газов в электрофильтре осуществляется при температуре выше точки росы газа, т. е. пыль улавливают в сухом виде, и мокрые, когда газы, влажные вследствие конденсации паров воды или других газообразных компонентов, и пыль улавливают в мокром виде, а удаляют с электродов промывкой.
Элементы конструкции электрофильтров


Корпус (кожух) выполняют из листовой стали, бетона, кирпича, листового свинца и других материалов в зависимости от температуры очистки газов и их агрессивности,

В корпусе электрофильтра размещают системы осадительных и коронирующих электродов, механизмы встряхивания электродов, механизмы для удаления осажденной пыли (в сухих электрофильтрах) или форсунки для смыва пыли (в мокрых электрофильтрах), устройства для равномерного распределения газа по сечению электрофильтра и др.

Корпус электрофильтра может быть прямоугольным (горизонтальные и часть вертикальных электрофильтров) или круглым (вертикальные электрофильтры).

Корпус горизонтальных электрофильтров, работающих при высоких температурах (до 400—450°С), во избежание подсосов воздуха выполняют, как правило, герметичными из листовой стали с наружной теплоизоляцией, а не из кирпича или бетона.

Осадительные электроды изготовляют из углеродистой и легированной стали, свинца, титана и винипласта (в мокрых электрофильтрах) в зависимости от условий работы электрофильтра и агрессивности газов.

Выбор материала для коронирующих электродов зависит от агрессивности газов и их температуры; обычно применяют углеродистую и легированную сталь, свинец, нихром и др.

Коронирующие электроды должны быть по возможности увеличенного поперечного сечения во избежание их обрыва, в частности вследствие электрической эрозии. В настоящее время выбирают преимущественно профили коронирующих электродов, с коронирующими кромками или фиксированными точками коронного разряда — иглами.

На рис.6 представлена схема стандартного электрофильтра.


Рис.6  Схема электрофильтра типа ЭГА

1 – корпус; 2 – газораспределительная решетка; 3 – осадительный электрод; 4 – механизм встряхивания осадительных электродов; 5 – коронирующий электрод; 6 – рама подвеса коронирующих электродов; 7 – механизм встряхивания коронирующих электродов; 8 – привод встряхивания осадительных электродов; 9 – привод встряхивания коронирующих электродов;   10 – токоподвод; 11 – вибратор; 12 – опора.

2. Исходные данные:

-         Объем отходящих газов V=100000 м³/ч = 27,777 м³/с

-         температура газа на выходе из дуговой печи t=1700 ºС

-         барометрическое давление P_бар=98658,5 Па

-         разрежение перед фильтром P=2000 Па

-         стандартное отклонение (к-т полидисперсности) σ_ч=0,06

-         концентрация пыли в газе перед фильтром Z₁=30 г/м³

-         средний размер частиц d_м=1,2 мкм

-         плотность частиц пыли ρ_п=3070 кг/м³

-         состав газа: 8% СО₂, 3,22% О₂, 15,64% CO, 0,5% H₂, 72,64%N₂

-         дисперсный состав пыли характеризуется следующими данными

-         фракционный состав пыли характеризуется следующими данными

d, мкм	0-0,7	0,7-7	7-80	>80
g, % (по массе)	42	35	16	7

di÷di+1	0÷0,01	0,01÷0,02	0,02÷0,05	0,05÷0,2	0,2÷0,5	0,5÷2	2÷5
g ,% по массе	100-94	94-91	91-84	84-78	78-70	70-62	62-38
∆g,% по массе	6	3	7	5	6	8	24
dcр , мкм	0,005	0,015	0,035	0,125	0,35	1,25	3,5
rcр , мкм	0,0025	0,075	0,0175	0,062	0,175	0,625	1,75

di÷di+1	5÷10	10÷20	20÷50	50÷100	100÷∞
% по массе	38-26	26-12	12-7,5	7,5-4,5	100-92,5
∆g,% по массе	12	14	4,5	3	7,5
dcр , мкм	7,5	15	35	75	100
rcр , мкм	3,75	7,5	17,5	37,5	50

3.Расчет выбранных систем  аппаратов для очистки газов.

3.1. Расчет рукавного фильтра.

-         Объем отходящих газов V=100000 м³/ч = 27,777 м³/с

-         температура газа на выходе из дуговой печи t=1700 ºС

-         барометрическое давление P_бар=98658,5 Па

-         разрежение перед фильтром P=2000 Па

-         концентрация пыли в газе перед фильтром z₁=30 г/м³

-         средний размер частиц d_м=1,2 мкм

-         пористость ткани ε_т=0,83

-         пористость пылевого слоя

-         плотность частиц пыли ρ_п=3070 кг/м³

-         состав газа: 8% СО₂, 3,22% О₂, 15,64% CO, 0,5% H₂, 72,64%N₂

-         максимально допустимый перепад давления на фильтре DP=1000 Па
Подготовка отходящих газов к отчистке

Охлаждаем газ разбавлением атмосферным воздухом до t=210ºС

Определяем присос воздуха и полный расход газа на фильтрацию:





Расчёт

Принимаем допустимую температуру газа для ткани “оксалон'' равной t=210ºС, определяем присос воздуха V_в с температурой 30ºС перед фильтром, необходимый для охлаждения газа V_г с t=210ºС до t_см=210ºС



Полный (ориентировочный) расход газа на фильтрацию и воздуха обратной продувки, поступающего в газопровод грязного газа составит, м³/с:



Объемный расход газа, идущего на фильтрацию, при рабочих условиях, м³/с:



Определим скорость фильтрации по формуле:



где q – удельная газовая нагрузка, м³/(м³ мин)

Для данного производства q=1,2 м³/(м² мин), (по табл.А.1Приложение А)



Необходимая фильтрующая поверхность при скорости фильтрации 0,0250 м³/(м² с) составит, м²:



Выбираем по каталогу для установки 6 фильтров ФР-20 (Приложение Б.1) с площадью фильтрации 20000 м². Активная поверхность фильтрации равна:

6·20000-6*/20000=114000 м²,

что близко к полученной по расчету.

Фактическая скорость фильтрации, м³/(м² с):



Определяем вспомогательные коэффициенты А и В:





Вязкость отдельных компонентов газовой смеси при температуре t рассчитываем по формуле:



где m_i,0 – динамическая вязкость i-го компонента газовой смеси при 0 ⁰С, Па·с(табл. А.2 приложения А);

С_i – постоянная Сатерленда i –го компонента газ. смеси при 0 ^°С(табл. А.2 приложения А);

Т – абсолютная температура газовой смеси, К.

Для N₂                     

Для CO₂         

Для O<sub>2            

Для СО</sub>          

Для H₂                

Молекулярную массу газовой смеси находим по формуле



М_см, М_i – молекулярные массы, соответственно, газовой смеси и отдельных ее компонентов, кг/кмоль;

а_i – содержание в газовой смеси i-го компонента, % по объему;

n – число компонентов в газовой смеси;

i – порядковый номер компонента в газовой смеси;

М_см = 29,28 кг/моль

Находим динамическую вязкость газовой смеси по формуле:



где m_{см,t ,} m _i,t – динамическая вязкость, соответственно, газовой смеси и отдельных ее компонентов (при температуре t), Па·с;

М_см, М_i – молекулярные массы, соответственно, газовой смеси и отдельных ее компонентов, кг/кмоль;

а_i – содержание в газовой смеси i – го компонента, % по объему;

n - число компонентов в газовой смеси;

i - порядковый номер компонента в газовой смеси.

Определяем величину сопротивления слоя ткани, Па:



Задаваясь предельным общим сопротивлением ΔP_п=1000 Па, находим величину сопротивления пылевого слоя, Па:



Определяем необходимую при заданных условиях продолжительность межрегенерационного периода, с:

3.2. Расчет скоростных пылеуловителей с трубами Вентури.

-              влагосодержание газа f=10 г/м³;

-              запыленность газа z₁=30 г/м³;

-              температура воды, подаваемой в аппараты, t_1в=20 ⁰С;

-              расход газа перед фильтрами V=100000м³/ч = 27,777 м³/с

-                температура газа на выходе из дуговой печи t=1700 ºС

-                состав газа: 8% СО₂, 3,22% О₂, 15,64% CO, 0,5% H₂, 72,64%N₂

-                барометрическое давление P_бар=98658,5 Па
Подготовка отходящих газов к отчистке

Охлаждаем газ разбавлением атмосферным воздухом до t=400ºС

Определяем присос воздуха и полный расход газа на фильтрацию:




Расчёт

Найдем требуемую эффективность пылеуловителя:



Число единиц переноса определим по формуле:



По приложению находим значения вспомогательных коэффициентов:

А= 0,1925, В= 0,3255

Найдем значение удельной энергии из формулы:





откуда К_Т=43240,67 кДж/1000м³;

Рассчитаем количество газа, поступающего в трубы Вентури при рабочих условиях:

где

V_вл – объемный расход влажного газа при рабочих условиях;

V_0,сух – объемный расход сухого газа при нормальных условиях;

t – температура газа, ⁰С;

f – влажность газа, кг/м³;

P_бар - барометрическое давление, Па;

P – избыточное давление (разряжение) газа, Па;

Приняв удельный расход воды m=V_в/V₁=1·10^-3 м³/м³, или 1 л/м³, найдем общий расход воды на трубы Вентури:



Рассчитаем гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, приняв давление воды Р_в=300000 Па:



Плотность сухого газа при нормальных условиях на входе в трубу Вентури находим по формуле:



Рассчитываем температуру газа на выходе из трубы Вентури по формуле:



Находим влагосодержание газа на выходе из трубы Вентури, пользуясь диаграммой h-х, (см. рисунок А.1 приложения А):

 

Из точки на диаграмме h-х, характеризуемой параметрами х₁=0,0076 кг/кг и t₁=400 ⁰С, проводим линию h=const до пересечения с изотермой t₂=71,8 ⁰C и, опустив перпендикуляр из точки, найдем:



тогда



Находим влагосодержание газа на выходе из трубы Вентури расчетным (более точным) путем. Для этого определяем энтальпию влажного газа на входе в трубу Вентури по формуле:

 

где



Так как процесс в трубе Вентури идет при постоянной энтальпии, то влагосодержание на выходе из трубы Вентури х₂ и f₂ при температуре t₂ можно определить по формулам:





 кг/кг;

 кг/м³_;

Определенное по h-x диаграмме значение влагосодержания х₂ отличается от расчетного не более чем на 6,4 % (в дальнейшем расчете используем расчетное х₂).

Находим плотность газа при рабочих условиях на выходе из скруббера Вентури по формуле:

Находим количество газа на выходе из трубы Вентури:



Размеры инерционного пыле- и каплеуловителя (бункера) определяем по скорости в его поперечном сечении v_б=2,5 м/с:

м;

Высоту цилиндрической части бункера принимаем 4,3 м:

Гидравлическое сопротивление бункера рассчитываем, приняв x=80:

Па;

Выбираем для установки центробежный каплеуловитель типа АКМ-3-100. Скорость газа в цилиндрической части скруббера принимаем v_скр.к.у=4 м/с.

м

Предусматриваем один стандартный скруббера диаметром 3300 мм и рассчитываем действительную скорость газа в нем:

м/с;

Для рассматриваемого скруббера

м;

Определяем гидравлическое сопротивление скруббера-каплеуловителя при x_скр.к.у=80 по формуле:

Па;

Гидравлическое сопротивление труб Вентури составит:

Па;

Рассчитываем скорость газа в горловине трубы Вентури по формуле:



Предварительно определяем  x_ж по формуле:



Получаем:

        

Определяем геометрические размеры трубы Вентури. Для обеспечения равномерного орошения трубы Вентури через одну центральную расположенную форсунку принимаем по каталогу стандартную трубу с диаметром горловины D₂=240 мм и рассчитываем число труб Вентури, используя формулу:

откуда

шт.

Приняв 100 труб Вентури, уточняем скорость газа в горловине трубы Вентури и удельный расход орошающей жидкости, обеспечивающей требуемые затраты энергии на очистку газа DР_тв:

м/с

Получаем:



Рассчитываем диаметр входного сечения конфузора, приняв скорость газа в нем v₁=20 м/с:

м;

Диаметр выходного сечения диффузора при скорости газа в нем v₃=20 м/с составит:

м;

Находим длины отдельных частей трубы Вентури:

рассчитаем длину конфузора, если a₁=25⁰

м;

длина горловины по формуле:

м;

длина диффузора по формуле:


Полная длина каждой трубы Вентури будет равна:

м.

3.3. Расчет пластинчатого электрофильтра.

-         Количество газаV=100000 м³/ч = 27,777 м³/с

-         температура газа  на выходе из ДСП t=1700⁰C;

-         разрежение в системе Р=2 кПа;

-         содержание пыли в газе на входе в электрофильтр Z₁=15 г/м³;

-         фракционный состав пыли характеризуется следующими данными

di÷di+1	0÷0,01	0,01÷0,02	0,02÷0,05	0,05÷0,2	0,2÷0,5	0,5÷2	2÷5
g ,% по массе	100-94	94-91	91-84	84-78	78-70	70-62	62-38
∆g,% по массе	6	3	7	5	6	8	24
dcр , мкм	0,005	0,015	0,035	0,125	0,35	1,25	3,5
rcр , мкм	0,0025	0,075	0,0175	0,062	0,175	0,625	1,75

-         

di÷di+1	5÷10	10÷20	20÷50	50÷100	100÷∞
% по массе	38-26	26-12	12-7,5	7,5-4,5	100-92,5
∆g,% по массе	12	14	4,5	3	7,5
dcр , мкм	7,5	15	35	75	100
rcр , мкм	3,75	7,5	17,5	37,5	50

- требуемое содержание пыли на выходе из электрофильтра Z₂=30 мг/м³



Подготовка отходящих газов к отчистке

Охлаждаем газ разбавлением атмосферным воздухом до t=250ºС

Определяем присос воздуха и полный расход газа на фильтрацию:




Расчёт

Расход влажного газа при рабочих условиях:




Принимаем к установке электрофильтр типа ЭГВ, задавшись скоростью газа в электрофильтре v=1м/с, рассчитываем площадь активного сечения:



Выбираем по каталогу электрофильтр типа ЭГВ1-6-6-6-2 (Приложение Б, таблица Б.3), у которого площадь активного сечения F=15,8*7=110,6 м² и уточняем скорость газа в электрофильтре:


По технологической характеристике электрофильтра, характеристике газа и содержащейся в нем пыли, рассчитываем электрические параметры и степень очистки газа.

Вычисляем относительную плотность газа по сл. формуле:



Рассчитаем критическую напряженность электрического поля. Для принятого электрофильтра радиус коронирующего электрода r_0k=1^.10^-3 м:



Критическое напряжение короны или разность потенциалов между коронирующим и осадительным электродами при возникновении коронного разряда:



Определяем линейную плотность тока для пластинчатого электрофильтра. Подвижность ионов для средних условий коронного разряда может быть принята равной 2,1^.10^-4 м²/(В·с). При h/b=0,23/0,23=1, f=0,027.

По паспортным данным электрофильтра рассматриваемого типа, напряжение, приложенное к электродам, должно составлять 80кВ. Тогда

 
Определяем напряженность поля в пластинчатом электрофильтре. Электрическая постоянная:



Тогда



Вязкость отдельных компонентов газовой смеси при температуре t рассчитываем по формуле:



где m_i,0 – динамическая вязкость i-го компонента газовой смеси при 0 ⁰С, Па·с(табл. А.1 приложения А);

С_i – постоянная Сетерленда i –го компонента газ. смеси при 0 ⁰С(табл. А.1 приложения А);

Т – абсолютная температура газовой смеси, К.

Для N₂                     

Для CO₂         

Для O<sub>2            

Для СО</sub>          

Для H₂                

Молекулярную массу газовой смеси находим по формуле



М_см, М_i – молекулярные массы, соответственно, газовой смеси и отдельных ее компонентов, кг/кмоль;

а_i – содержание в газовой смеси i-го компонента, % по объему;

n – число компонентов в газовой смеси;

i – порядковый номер компонента в газовой смеси;

М_см = 29,26 кг/моль

Ввиду малого содержания водяных паров 10 г/м³ вязкость сухого газа практически не отличается от вязкости реально используемого газа.

Находим динамическую вязкость газовой смеси по формуле:



где m_{см,t ,} m _i,t – динамическая вязкость, соответственно, газовой смеси и отдельных ее    компонентов (при температуре t), Па с;

М_см, М_i – молекулярные массы, соответственно, газовой смеси и отдельных ее компонентов, кг/кмоль;

а_i – содержание в газовой смеси i – го компонента, % по объему;

n - число компонентов в газовой смеси;

i - порядковый номер компонента в газовой смеси.

Тогда




Рассчитаем теоретическую скорость движения заряженных частиц к электродам электрофильтра. Скорость движения частиц (скорость дрейфа) размером более 2 мкм вычисляется по формуле



где Е = Е_3.0=Е_3.3 – напряженность поля в зоне осаждения, В/м;

r_p – радиус частицы, м;

m_r – динамическая вязкость газа, Па с; m_г = m_см.



Подставив в это уравнение значение радиуса частиц пыли, содержащихся в газе (см. исходные данные), получим значения скорости дрейфа частиц диаметром более 2 мкм.

Для частиц радиусом меньше 2 мкм теоретическую скорость определяемем по формуле



где Е = Е_3.0=Е_3.3 - напряженность поля в зоне осаждения , В/м

А – постоянный коэффициент (равен 0,815 –1,63);  (принимаем А = 1);

L_m – средняя длина свободного пробега молекул, м; (для газов ориентировочно можно принять 10^{-7 м);}



Подставив в это уравнение значение радиуса частиц пыли, содержащихся в газе (см. исходные данные), получим значения скорости дрейфа частиц диаметром менее 2 мкм.

Расчетная скорость дрейфа частиц.

Средний радиус r, мкм	0,0025	0,0075	0,0175	0,0625	0,175	0,625	1,75	3,75	7,5	17,5	37,5	50
Wр 10-2,м/с	0,825	0,298	0,139	0,054	0,032	0,024	0,081	0,1738	0,347	0,8111	1,738	2,317

Действительная скорость движения частиц в электрофильтре, по практическим данным, в два раза меньше рассчитанной:

Средний радиус r, мкм	0,0025	0,0075	0,0175	0,0625	0,175	0,625	1,75	3,75	7,5	17,5	37,5	50
Wр 10-2,м/с	0,426	0,149	0,069	0,027	0,016	0,012	0,04	0,086	0,173	0,405	0,869	1,158

Находим удельную поверхность осаждения. Для 7 фильтров типа ЭГВ1 -6-6-6-2 общая площадь осаждения осадительных электродов составляет F_о.э.1=570 м².



где n – число фильтров.

Отсюда удельная поверхность осаждения



Фракционную степень очистки газа в выбранном пластинчатом электрофильтре рассчитываем по формуле



где f – удельная поверхность осаждения, с/м;



F_о,э – общая площадь осадительных электродов, м²;

H – высота осадительных электродов, м;

L – общая длина осадительных электродов всех электрических полей, м;

n – число газовых проходов в активном сечении;

F_а,с – площадь активного сечения, м²;

h – расстояние между коронирующими и осадительными электродами, м.

По значению удельной поверхности осаждения и действительным скоростям движения пыли в электрофильтре фракционная степень очистки газа будет характеризоваться следующими данными:

Средний радиус частиц, мкм	0,0025	0,0075	0,0175	0,062	0,175	0,625	1,75	3,75	7,5	17,5	37,5	50
w, см/с	0,426	0,149	0,069	0,027	0,016	0,012	0,04	0,086	0,173	0,405	0,869	1,158
hф,I	0,999	0,994	0,989	0,989	0,9999	0,999	0,9999	0,999	1	0,999	1	1
hф,i,   %	99,9	99,4	98,9	98,9	99,99	99,9	99,99	99,99	100	99,99	100	100

Общая степень очистки газа в электрофильтре определяется по формуле:



Общая степень очистки газа составит:


Содержание пыли в очищенном газе определим по следующей формуле:

3.4. Технические характеристики выбранных по расчетам типов стандартных аппаратов для очистки газов по данным каталогов на газоочистное оборудование:

3.4.1. Рукавный фильтр типа Фр-20

- производительность по очищаемому газу 20000 м³/ч;

- гидравлическое сопротивление, 400 Па;

- допустимая запыленность газа, 20 г/м³;

- масса механического оборудования, 121700 кг;

- температура, 330 ºС

- габариты, L×B×H = 3910×2270×4060 мм×мм×мм;

          - объем пылесборной тележки 1 м³;

3.4.2. Скоростной пылеуловитель с трубами Вентури типа АКМ-3-100

          - диаметр аппарата, 2400 мм;

- производительность, 75315-84000 м³/ч;

- скорость в свободном сечении, 3,5-5 м/с;

- габариты, L×B×H = 2970×2720×6908 мм×мм×мм;

- масса общая, 2,648 т;

- допустимая концентрация жидкости в газе, 1 л/м³;

 - температура, 400ºС;

- гидравлическое сопротивление,0,35 кПа;

3.4.3. Электрофильтр типа ЭГВ1-6-6-6-2

- производительность по очищаемому газу (при условной скорости

1 м/с), не более 56880 м³/ч;

- активный объем, 121,3м³;

- площадь активного сечения, 15,8 м²;

- площадь поверхности осаждения, не более  570 м²;

- масса механического оборудования, 16100 кг;

- расстояние между осадительными электродами, 0,46м;

- гидравлическое сопротивление, 0,2 кПа;

- разряжение, 15 кПа;

- температура, 330 ºС;

- допустимая запыленность газа, 90 г/м³;

- габариты, L×B×H = 12600×5545×14600 мм×мм×мм;

3.5. Обоснование возможности использования рассчитанных

аппаратов.

Рукавный фильтр может быть поставлен, так как очищает газ до конечной концентрации 4 - 7 мг/м³. Скруббер Вентури обеспечивает конечную концентрацию 30 – 50 мг/м³, что так же соответствует условиям поставленной задачи. Из расчета видно, что после электрофильтра запыленность газа составляет 27,88 мг/м³.Чтобы определить какой из аппаратов наиболее выгодно поставить, необходимо провести технико-экономических расчет.

4. Расчёт технико-экономических показателей работы

 газоочистных сооружений

4.1. Расчёт капитальных затрат

Капитальные затраты (К_А) на строительство газоочистных установок, руб.:

К_А = К₁ + К₂ + К₃ + К₄ + К₅

где:

1) стоимость оборудования, руб.:

К₁ = К_1.2. + К_1.1.

где К_1.1. = V
₀
·
a
∙10^-3 – стоимость основного оборудования, руб.;

V
₀
.– расход газа (при нормальных условиях), м³/ч;

а – удельная сметная стоимость газоочистных аппаратов, руб./(1000 м³/ч), стр. 133 [1];

К_1.1. = 186000 ·500·10^-3 = 93000000 руб.


К_1.1. = 451000 ·10·10^-3 = 4510000 руб.


К_1.1. = 927000 ·400·10^-3 = 370800000 руб.

К_1.2. =
D
_К1.2.
·К_1.1. – стоимость дополнительного оборудования, руб.;

D
_К1.2.
– доля дополнительного оборудования, % от стоимости основного оборудования К_1.1..

К_1.2. = 0,2·93000000 = 18600000 руб.

К_1.2. = 0,4·4510000= 1804000руб.

К_1.2. = 0,27 ·370800000 = 100116000 руб.

К₁ = 93000000+18600000=111600000 руб.

К₁ = 4510000+1804000= 6314000руб.

К₁ = 370800000+100116000= 470916000 руб.

2) затраты на транспортировку оборудования к месту монтажа, руб.:

К₂ =
D
_К2
· К₁

где D
_К2 = 0,085 – коэффициент, определяющий долю транспортных расходов в капитальных затратах.

К₂ = 0,85·111600000= 9486000,00руб.

К₂ = 0,85·6314000= 536690руб.

К₂ = 0,85·470916000 = 40027860руб.

3) затраты на монтаж оборудования, руб.:

К₃ =
D
_К3
· К₁

где D
_К3 – относительная доля капитальных затрат на металлоконструкции,

К₃ =0,5 ·111600000 = 55800000,0 руб.

К₃ = 0,6 ·6314000= 3788400 руб.

К₃ = 0,2 ·470916000 = 94183200 руб.

4) затраты на сооружение металлоконструкций, трубопроводов, газоходов в пределах установки, руб.:

К₄ =
D
_К4
· К₁

где D
_К4
– относительная доля капитальных затрат на монтаж оборудования,

К₄ = 0,15 ·111600000 = 16740000 руб.

К₄ = 0,2 ·6314000= 1262800 руб.

К₄ = 0,2·470916000 = 94183200 руб.

5) затраты на строительные работы (т.е. стоимость здания, фундаментов и других сооружений), руб.:

К₅ =
D
_К5
· К₁

где D
_К5 – относительная доля капитальных затрат на строительные работы

К₅ = 0,18*111600000·= 20088000 руб.

К₅ = 0,2*6314000 ·= 1262800 руб.

К₅ = 0,2 ·470916000 = 94183200руб.

К_А = 111600000+9486000,00+55800000,0+16740000+20088000= 213714000 руб.

К_А = 6314000+536690+3788400+1262800+1262800= 13164690 руб.

К_А = 470916000+40027860+94183200+94183200+94183200=

=793493460руб.

Результаты расчётов капитальных затрат представлены в таблице № 5.

Сводная характеристика капитальных вложений на очистку газов

Таблица № 5

Тип аппарата	Электрофильтр	Скруббер Вентури	Тканевый фильтр
Виды затрат
Расход газа V0, тыс.м3/ч	186000	451000	927000
затраты на:
основное технологическое оборудование, К1.1., руб.	93000000	4510000	370800000
а	500	10	400
Дополнительное оборудование, К1.2., руб	18600000	1804000	100116000
DК1.2.	0,20	0,40	0,27
Итого:  К1 = К1.1. + К1.2.	111600000	6314000	470916000
DК2	0,085	0,085	0,085
Транспорт,  К2 = DК2·К1, руб.	9486000,00	536690	40027860
DК3	0,50	0,60	0,20
Металлоконструкции,	55800000,0	3788400	94183200
К3 = DК3·К1, руб.
DК4	0,15	0,20	0,20
Монтаж оборудования	16740000	1262800	94183200
К4 = DК4·К1, руб.
DК5	0,18	0,20	0,20
Строительные работы	20088000	1262800	94183200
К5 = DК5·К1, руб.
Всего:	213714000	13164690	793493460
КА = К1+К2+К3+К4+К5 , руб.

4.2. Расчёт эксплуатационных расходов

Годовые эксплуатационные расходы:

С_А = С₁ + С₂ + С₃ + С₄ + С₅ + С₆ + С₇, где


1. Энергетические затраты, руб./год:

С₁ = С_Э + С_В, где


1) Стоимость электроэнергии за год, руб./год:

С_Э = 10^-6·24·V
₀
·(365 – N_P
)·У_Э·Ц_Э

где N_P
= 30 – число дней простоя газоочистного оборудования на ремонте;

У_Э – удельный расход электроэнергии, кВт·ч/(1000м³ газа);

Ц_Э = 10 – цена электроэнергии, руб./(1000 кВт·ч).

С_Э = 10^-6·24· 186000·(365 – 30)·1·10=14954400 руб./год

С_Э = 10^-6·24· 451000·(365 – 30)·4·10=145041600 руб./год

С_Э = 10^-6·24· 927000·(365 – 30)·0,6·10= 44718480руб./год

2) Стоимость воды за год, руб./год:

С_В = 10^-6·24·V
₀
·(365 – N_P
)·У_В·Ц_В

где У_В – удельный расход воды, стр. 116 [1], м³/(1000м³ газа);

Ц_В = 10 – цена воды, руб./(1000 кВт·ч).

С_В = 10^-6·24·186000·(365 – 30)·0·10=10 руб./год

С_В = 10^-6·24·451000·(365 – 30)·1·10=36260400 руб./год

С_В = 10^-6·24·927000·(365 – 30)·0·10=10 руб./год

С₁ = 14954410 + 10=14954410 руб./год

С₁ =145041600+ 36260400=181302000 руб./год

С₁ = 44718490 + 10= 44718490  руб./год

2. Основная и дополнительная заработная плата производственных рабочих и инженерно-технических работников (ИТР), руб./год:

С₂ = С_{З.П.РАБ.} + С_{З.П.ИТР,} где

1) Заработная плата производственных рабочих за год, руб./год:

С_{З.П.РАБ.} = 12·N
_РАБ
·
Z
_РАБ

где N
_РАБ – число рабочих, обслуживающих газоочистку (эксплуатационный и ремонтный персонал);

Z
_РАБ – ежемесячная заработная плата рабочих, обслуживающих газоочистку, руб./мес.

С_{З.П.РАБ.} = 12·13·200=31200 руб./год

С_{З.П.РАБ.} = 12·13·200=31200 руб./год

С_{З.П.РАБ.} = 12·15·200=36000 руб./год

2) Заработная плата ИТР за год, руб./год:

С_З.П.ИТР = 12·N
_ИТР
·
Z
_ИТР

где N
_ИТР – число ИТР, обслуживающих газоочистку (эксплуатационный и ремонтный персонал);

Z
_ИТР – ежемесячная заработная плата ИТР, обслуживающих газоочистку, руб./мес.

С_З.П.ИТР = 12·1·200=2400 руб./год

С_З.П.ИТР = 12·1·200=2400 руб./год

С_З.П.ИТР = 12·1·200=2400 руб./год

С₂ = 31200+ 2400=47520 руб./год

С₂ = 31200+ 2400=47520 руб./год

С₂ = 36000+ 2400=44880 руб./год

3. Отчисления на социальное страхование, руб./год:

С₃ =
D
_Э2
· С₂

где D
_Э2 = 0,079 – относительная доля годового фонда заработной платы производственных рабочих на социальное страхование.

С₃ = 0,079 · 47520=3754 руб./год

С₃ = 0,079 · 47520=3754 руб./год

С₃ = 0,079 · 44880=3546 руб./год

4. Расходы на текущий ремонт, руб./год:

С₄ = D
_Э4.1.
· К₅ +
D
_Э4.2.
·(К₁ + К₄)+
D
_Э4.3.
· К_3.

 где D
_Э4.1. = 0,01 – относительная доля эксплуатационных расходов на строительные работы;

D
_Э4.2. = 0,05 – относительная доля эксплуатационных расходов на оборудование с учётом монтажа;

D
_Э4.3. = 0,0085 – относительная доля эксплуатационных расходов на содержание основных средств.

С₄=0,01·20088000+0,05·(111600000+16740000)+0,0085∙55800000,0=8434449

С₄=0,01·1262800+0,05·(6314000+1262800)+0,0085·3788400=503367,865

С₄=0,01·94183200+0,05·(470916000+94183200)+0,0085·94183200=

=35941486,41

5. Амортизация основных средств, руб./год:

С₅ = D
_Э5.1.
· (К₁ + К₄) +
D
_Э5.2.
·(К₅ + К₃)

где D
_Э5.1. = 0,092 – относительная доля эксплуатационных расходов на оборудование с учётом монтажа;

D
_Э5.2. = 0,025 – относительная доля стоимости зданий и сооружений, включая стоимость металлоконструкций, трубопроводов, газоходов.

С₅=0,092·(111600000+16740000) + 0,025·(20088000+55800000,0)= 13704480

С₅=0,092·(6314000+1262800)+0,025 ·(1262800+3788400)= 823345,6

С₅ = 0,092 · (470916000+94183200) + 0,025 ·(94183200+

94183200)= 56698286,4
6. Остальные расходы по цеху, руб./год:

С₆ = D
_Э6.1.
·(С₁ + С₂ + С₃ + С₄ + С₅) +
D
_Э6.2.
·С₂

где D
_Э6.1. = 0,32 – относительная доля перечисленных выше статей;

D
_Э6.2. = 0,20 – относительная доля эксплуатационных расходов на заработную плату обслуживающего персонала.

С₆=0,2·(14954410+47520+3754+8434449+13704480)+0,2·47520=11895780

С₆=0,2·(181302000+47520+3754+503367,865+823345,6)+0,2·47520=241147088

С₆=0,2·(44718490+44880+3546+35941486,41+56698286,4)+0,2·44880=181385805

7. Расходы общезаводского характера (расходы на подготовку и освоение установки и     прочие производственные расходы), руб./год:

С₇ = D
_Э7
· (С₁ + С₂ + С₃ + С₄ + С₅ + С₆ )

где D
_Э7 = 0,15 – относительная доля перечисленных выше статей.

С₇=0,15·(14954410+47520+3754+8434449+13704480+11895780)= 56396452

С₇=0,15·(181302000+47520+3754+503367,865+823345,6+58467100)= 277319151

С₇=0,15·(44718490+44880+3546+35941486,41+56698286,4+43979116)= 27207871
С_А=181302000+47520+3754+503367,865+823345,6+58467100+7356059=

=56396452

С_А=50250000+47520+3754+139514,375+228200+16223580+36172063=

=277319151

С_А=44718490+44880+3546+35941486,41+56698286,4+43979116+27207871=

=208593675
Расчёты годовых эксплуатационных расходов представлены в таблице №6.

Статьи годовых эксплуатационных расходов на очистку газов

Таблица № 6

Тип аппарата	Электрофильтр	Скруббер Вентури	Тканевый фильтр
Статьи затрат
1. Энергетические              затраты: С1=СЭ+СВ, руб./год	14954410	181302000	44718490
Расход газа V0, тыс. м3/ч	186000	451000	927000
Число дней простоя газоочистного оорудования нармонте Np	30	30	30
Цена электроэнергии Цэ	10	10	10
Цена воды Цв		10
а) электроэнергия, СЭ,	14954400	145041600	44718480
удельный расход электроэнергии УЭ	1,00	4,00	0,60
б) вода, СВ, тыс. м3	10	36260400	10
удельный расход воды УВ	0,00	1,00	0,00
2. Основная и дополн. заработная плата рабочих и ИТР, С2 ,	47520	47520	44880
руб./год
Число рабочих, чел.	13	13	15
Ежемесячная зар. плата рабочих Zраб, руб./мес	200	200	200
Среднемесячная зар. плата рабочих, руб./год	31200	31200	36000
Число ИТР, чел.	1	1	1
Ежемесячная зар. плата ИТР, руб./мес	200	200	200
Среднемесячная зар. плата ИТР, руб./год	2400	2400	2400
3. Отчисление на социальное страхование: С3 , руб./год	3754	3754	3546
DЭ2	0,079	0,079	0,079
4. Текущий ремонт и содержание основных средств: С4, руб./год	8434449	503367,865	35941486,41
DЭ4.1	0,01	0,01	0,01
DЭ4.2	0,05	0,05	0,05
DЭ4.3	0,0085	0,0085	0,0085
5. Амортизация основных средств: С5, руб./год	13704480	823345,6	56698286,4
DЭ5.1	0,092	0,092	0,092
DЭ5.2	0,025	0,025	0,025
6. Прочие расходы по цеху: С6, руб./год	11895780	58467100	43979116
DЭ6.1	0,32	0,32	0,32
DЭ6.2	0,20	0,20	0,20
Итого по цеху: СЦ= =С1+С2+С3+С4+С5+С6 ,руб./год	49040393	241147088	181385805
DЭ7	0,15	0,15	0,15
7. Общезаводские расходы: С7, руб./год	7356059	36172063	27207871
Всего эксплуатационных расходов за год: СА = С1+С2+С3+С4+С5+С6+ С7, руб./год	56396452	277319151	208593675

4.3. Расчёт технико-экономических показателей

1. Себестоимость очистки газа (удельные эксплуатационные расходы), руб./(1000 м³ газа):



V
_г
= 24·V
₀
·(365 – N_P
) – годовой объём очищенных газов, м³/год.

V
_г
= 24·186000·(365 – 30) = 1495440,00  м³/год

V
_г
= 24·451000·(365 – 30) = 3626040,00 м³/год

V
_г
= 24·370800000·(365 – 30) =7453080,00м³/год

 руб./(1000 м³ газа)

 руб./(1000 м³ газа)

 руб./(1000 м³ газа)

2. Удельные капитальные затраты, руб./(1000 м³ газа):



 руб./(1000 м³ газа)

 руб./(1000 м³ газа)

 руб./(1000 м³ газа)

3. Удельные приведённые затраты, руб./(1000 м³ газа):

З = С + Е_Н·К

где Е_Н= 0,12 – нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности.

З = 0,038 + 0,12·0,143=0,055 руб./(1000 м³ газа)

З = 0,076 + 0,12·0,004=0,077 руб./(1000 м³ газа)

З = 0,028 + 0,12·0,106=0,041 руб./(1000 м³ газа)

Расчёты технико-экономических показателей представлены в таблице №7

Технико-экономические показатели газоочистных установок

Таблица № 7

Показатель	Электрофильтр	Скруббер Вентури	Тканевый фильтр
Годовой объём очищенных газов, м3/год	1495440,00	3626040,00	7453080,00
ЕН	0,12	0,12	0,12
Капитальные затраты, КА, руб.	213714000	13164690	793493460
Эксплуатационные расходы за год, СА, руб.	56396452,26	277319150,7	208593675,3
Приведённые затраты, ЗА, руб.	82042132,26	278898913,5	303812890,5
Удельные капитальные затраты, К, руб./(1000 м3 газа)	0,143	0,004	0,106
Себестоимость (удельные эксплуатационные расходы), С, руб./(1000 м3 газа)	0,038	0,076	0,028
Удельные приведённые затраты, З, руб./ (1000 м3 газа)	0,055	0,077	0,041

Из расчетатехнико-экономических показателей работы газоочистных сооружений видно, что самые наименьшие затраты идут на электрофильтр, а так как все рассчитанные аппараты обеспечивают необходимую газоочистку, то выбираем наиболее экономичный аппарат, т.е. электрофильтр.

5. Расчёт высоты дымовой трубы

В составе отходящих газов присутствуют токсичные компоненты в твердом и газообразном состоянии. Рассчитанная схема газоочистки не обеспечивает очистку газов от газообразных токсичных компонентов, эта же схема осуществляет удаление дисперсных частиц до концентрации равной 26,39 мг/м³, что значительно ниже уровня ПДК.

 

Исходные данные:

Характеристики пылегазового потока:

- химический состав газовой смеси:

a_CO2=8%; a_O2=3,22%; a_CO= 15,64%; а_H2=0,5%; a_N2=72,64%.

- химический состав дисперсных частиц:

b_SiO2=6,53%; b_Fe2O3=37,5%; b_СaО=12,05%; b_С=33.58%; b_SO3=0.7%; b_MgO=4%; b_MnO2=1.9%; b_Al2O3=0,59%; b_so2=0.88%; b_с=2,64%.

- объёмный расход газовой смеси (при рабочих условиях), V=51.04 м³/с;

- концентрация дисперсных частиц на выходе из пылеулавливающего аппарата, z₂=15 мг/м³;

- температура газовой смеси, t_г=250 °C ;

- степень улавливания пылеулавливающего аппарата 99,85 %.

Климатический параметр:

- температура самого жаркого месяца, t_В=27 °C (T_В=300К).

Параметр температурной стратификации атмосферы:

- коэффициент температурной стратификации атмосферы, А=120, с^2/3*мг/(К^1/3*г).

Так как кроме данного предприятия есть другие промышленные предприятия, которые так же загрязняют окружающую среду, принимаем фоновое значение концентрации по данным СЭС.(таблица №8)
Фоновые и предельно допустимые концентрации вредных веществ:

Таблица №8

СФ.ii - фоновая концентрация вредного компонента в приземном слое для населённых мест, мг/м3	СПДК.ii - предельно допустимая максимальная разовая концентрация вредного компонента в приземном слое для населённых мест, мг/м3
Вредные твердые химические компоненты:
сФ,Al2O3=0,004	СПДК,Al2O3=0,04
сФ,Fe2O3=0,004	СПДК,Fe2O3=0,04
сФ,CaO=0,03	СПДК,CaO=0,3
сФ,MgO=0,05	СПДК,MgO=0,4
сФ,SO2=0,005	СПДК,SO2=0,5
сФ,SiO2=0,0005	СПДК, SiO2=0,005
сФ,C=0,05	СПДК,C=0,15
Вредные газообразные химические компоненты:
СФ,СО =3,00	СПДК,СО=5,00
СФ,SO2 =0,05	СПДК,SO2 =0,5

Определить:

1) для выбранной высоты стандартной дымовой трубы определить максимальные значения концентрации в приземном слое каждого из вредных компонентов:

c_{M, Al2O3}=? м; c_{M, Fe2O3}=? м; c_{M, CaO}=? м; c_{M, MgO}=? м; c_{M, SiO2}=? м; c_{M, C}=? м; c_M,SO2=? м;  c_{M, CO}=? м;
2) выбрать необходимую высоту стандартной дымовой трубы:

h_ст=?;
Расчет:

Определение суммарного количества каждого вредного вещества, г/с, выбрасываемого в атмосферу, производим по следующим формулам:

М_ii =V*c_ii /1000, г/с

здесь

M_ii - суммарное количество каждого вредного вещества, г/с;

V - объемный расход газовой смеси (при рабочих условиях), м³/с;

с_ii - концентрация вредного компонента в дымовых газах, мг/м³;

нижний индекс ii - химическая формула вредного вещества.

Для твердых вредных компонентов (дисперсных частиц):

c_ii = z₂∙(b_ii /100),

z₂ - концентрация дисперсных частиц на выходе из пылеулавливающего аппарата, мг/м³;

b_ii - концентрация вредного компонента в пыли (в соответствии с химическим составом пыли), % по массе:

нижний индекс ii - химическая формула вредного вещества.

c _Al2O3= z₂∙(b_Al2O3/100)=21.77 ∙(0.59/100)=0.73мг/м³

c _Fe2O3= z₂∙(b_Fe2O3/100)= 21.77 ∙(37.5/100)=6.45мг/м³

c _CaO = z₂∙(b_СaО/100)= 21.77 ∙(12.05/100)=1.13мг/м³

c _MgO = z₂∙(b_MgO/100)= 21.77 ∙(4/100)=0.20мг/м³

c _SO2= z₂∙(b_SO3/100)= 21.77 ∙(0.88/100)=0.18мг/м³

c _SiO2= z₂∙(b_SiO2/100)= 21.77 ∙(6.53/100)=8.07мг/м³

c _C = z₂∙(b_С/100)= 21.77 ∙(0.88/100)=8.86мг/м³

для газообразных вредных компонентов:

если задана объемная концентрация - а_i.% по объему:

с_ii = (р_ii *10⁶)*(а_ii/100), где

ρ_ii - плотность газообразного вредного компонента ( при нормальных условиях) на выходе из пылеулавливающего аппарата, кг/м³;

а_ii - концентрация газообразного вредного компонента в пыли (в соответствии с

химическим составом очищаемого газа на выходе из пылеулавливающего аппарата), % по объему;

нижний индекс ii - химическая формула вредного вещества.

с_CO = (ρ_CO 10⁶)∙(а_CO/100) = (1,250∙10⁶)∙(28.5/100) = 35.6∙10⁴ мг/м³

с_SO2 = (ρ_SO2 10⁶)∙(а_SO2/100) = (1,150∙10⁶)∙(0.5/100) = 1.46∙10⁴ мг/м³

Суммарное количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с:

Для твердых вредных компонентов

М_Al2O3 = 51.04∙0.73/1000 = 0.0045 г/с

М_Fe2O3= 51.04∙6.45/1000 = 0.287 г/с

М_CaO= 51.04∙1.13/1000 = 0.0092 г/с

М_MgO = 51.04∙0.20/1000 = 0.03 г/с

М_SiO2 = 51.04∙8.07/1000 = 0.049 г/с

М_Na2O= 51.04∙0.07/1000 = 0.001 г/с

М_C= 51.04∙8.86/1000 = 0.02 г/с

Для газообразных вредных компонентов:

М_SO2 = 51,66∙1.46∙10⁴/1000 = 0.24 10³ г/с

М_CO = 51,66∙35.6∙10⁴ /1000 = 5.9∙10³ г/с

Выбираем диаметр устья стандартной дымовой трубы D_o=4.2 м.

Определяем среднюю скорость выхода газовой смеси из устья источника выброса w_o, м/с, по формуле:

 м/с, где

V- объемный расход газовой смеси, м³/с;

D_o- диаметр устья источника выброса, м.

Задаем высоту дымовой трубы h=120 м.

Для выбранной высоты стандартной дымовой трубы находим максимальную концентрацию в приземном слое каждого вредного вещества c_M,ii.

Так как < 100 и T > 0, максимальную приземную концентрацию вредных веществ для выброса нагретой газовой смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем определяем по формуле:

, где

А - коэффициент, зависящий от температуры стратификации атмосферы для неблагоприятных метеорологических условий, определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе, с^2/3*мг/(К^1/3*г);

М - суммарное количество вредного вещества ii, выбрасываемого в атмосферу из одиночной дымовой трубы, г/с; (М = М_ii);

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредного вещества ii в атмосферном воздухе; для пыли при средней степени улавливания более 90% F = 2; для газообразных примесей F = l.

m, n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовой смеси из устья источника выброса.



Коэффициент m определяется в зависимости от параметра f по формуле:



определяем параметр v_м:



тогда >2, n=3.


















Согласно указаниям СН-369-74 максимальная концентрация вредных веществ у земной поверхности при опасных метеорологических условиях с_м достигается на оси факела выброса (по направлению среднего, за рассматриваемый период времени, ветра) на расстоянии х_м:

Так как F = 2, то х_м определяем по формуле.

,

где d - безразмерная величина, при v_м > 2:

 

Значение опасной скорости ветра u_м на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой имеет место наибольшая приземная концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе, принимаем в зависимости от значения параметра v_м:

При v_м >2

Анализ разных высот дымовых труб показывает, что высота дымовой трубы должна быть не менее 120 м. из стандартного ряда дымовых труб принимаем трубу высотой 120 м и диаметром 4.2 м.

6. Аэродинамический расчет газоотводящего тракта

Газовый тракт предназначен для:

·                   организации отвода отходящих газов от источника выбросов;

·                   подготовки пылегазового потока (изменение температуры газа, состава газа, концентрации частиц) перед газоочистными аппаратами;

·                   очистки газов в пылеулавливающих аппаратах;

·                    рассеивания вредных веществ в атмосфере с целью обеспечения значения ПДК в приземном слое.

Целью расчета является определение потерь давления на трение, местное сопротивление, геометрических потерь, потерь давления в газоочистных аппаратах, потерь давления в дымовой трубе и выбор дымососа обеспечивающего отвод газов с расходом  183750 м³/ч  и преодоление аэродинамического сопротивления всего газового тракта.

Газоотводящий тракт чугунолитейной вагранки состоит из последовательно включенных: газоочистной установки (пластинчатый электрофильтр), дымососа и дымовой трубы, соединенных газоходами. Рассчитаем и вы­берем дымосос, обеспечивающий отвод газов от чугунолитейной вагранки, их очистку и выброс через дымовую трубу в атмосферу. Газоотводящий тракт рассчитан на отвод и очистку Vo = 183.75 тыс. м3/ч запыленных газов и оборудован прямоугольными газоходами размером 2,4х4,2 м. Газо­ход металлический, имеет 3 поворота на 90° на участке длиной l = 50 м от дуговой стлеплавильной печи до пластинчатого электрофильтра и два поворота на участке длиной l=43 м от пластинчатого электрофильтра до дымовой трубы. В газоходе имеется участки с вертикальным направ­лением движения газов: до пластинчатого электрофильтр  газы поднимаются на 10 м и опускаются на 10 м, высота ды­мовой трубы Н= 120 м.
Расчет

1. Плотность газов на участках при рабочих условиях:



Плотность газа на участке от печи до электрофильтра:

 кг/м³

Плотность газа на участке от электрофильтра до вентилятора:

 кг/м³

2. Объемный расход газов на участках при рабочих условиях



Объемный расход газов на участке от печи до электрофильтра:



Объемный расход газов на участке от электрофильтра до вентилятора:



3. Скорость газов в газоходе принимаем равной на всех участках w₁ = 20 м/с, а исходя из расчета высоты дымовой трубы, в ней скорость будет равна w₂ = 30 м/с.

4. Для прямоугольного сечения газохода определим эквивалентный диаметр:

                        
d_э=м

4. Потери давления на местные сопротивления в газоходе



     где w_i – скорость газов в местном сопротивлении м/с;

     ρ_г – плотность газа при рабочих условиях, кг/м³;

-коэффициент местного сопротивления,отнесенный к скорости газов w_i

Используем коэффициенты местных сопротивлений (Таблица №9)

Таблица №9

Коэффициенты местных сопротивлений:
вход газа из печи в воздуховод - конфузор, ξм.с.1	0,218
плавный поворот на 900, ξм.с.2	0,322
вход газа в электрофильтр - диффузор, ξм.с.3	0,099
выход газа из электрофильтра - конфузор, ξм.с.4	0,228
выход газа в пустое пространство, ξм.с.5	1
резкий поворот на 900 при выходе газа в дымовою трубу, ξм.с.6	1,1

5. Потери давления на трение в газоходах



где λ – коэффициент трения, (λ₁ = 0,03 - для движения газов по ме­таллическим газоходам и трубам; λ₁ = 0,05 - для движения газов в кирпичных боровах и трубах);

d
_э
- эквивалентный диаметр газохода, м;

l - длина участка газохода, м.

Коэффициент трения для движения газов по железобетонной дымовой трубе при турбулентном режиме, λ₂ определяется с помощью формулы:





Приведенная линейная шероховатость, k, м:
Величина выступов шероховатости: ∆ = 0,8 мм для железобетонной дымовой трубы. Вязкость газа, ν, м²/с: при температуре 250 ⁰С равна 2,6*10^-5.

Число Рейнольдса, Re:
Подставляя все уже найденные величины в формулы, получим:







Газовый тракт, проектируемый нами, состоит размерных участков (таблица №10):

_{Таблица №10}

длины прямоугольных участков от печи до электрофильтра
l1, м	15
l2, м	20
l3, м	10
l4, м	5
длина участка от электрофильтра до вентилятора, l5, м	8
длины прямоугольных участков от вентилятора до дымовой трубы
l6, м	10
l7, м	15
l8, м	10

6. Потери геометрического напора при движении газов



где Н- расстояние по вертикали между центрами рассматриваемых

сечений, м;

g
= 9,81 м/с² - ускорение силы тяжести;

ρ_ви ρ_г- плотности соответственно окружающего воздуха и газа, кг/м³.

При расчете ∆р_геом следует обращать внимание на то, что при движении нагретых газов вниз величина самотяги прибавляется к потерям [знак плюс в формуле] и вычитаются при движении нагретых газов вверх [знак минус в формуле].



7. Полное расчетное сопротивление газоотводящего тракта

6.1. Выбор дымососа

1. Требуемая производительность дымососа с учетом 10%-ного запаса



2. Коэффициент пересчета на каталожные условия дымососа:





Создаваемое дымососом разрежение, приведенное к условиям каталога,





3. Используя справочные данные, приведенные в Приложении Б (Таблица Б.4), для отвода газа выбираем вентилятор типа ДН-15, имеющий каталожные характеристики: ∆р_кат⁼ 2260 Па, V
_кат
= 50 тыс. м³/ч, затрачиваемая мощность на валу которого N
_кат = 40 кВт.
                                               

Список литературы

1. Петров В.И. Основы теории процессов и аппаратов очистки газов. Учеб. пособие: СТИ (МИСиС). Старый Оскол, 2000. – 164 с.

2. Петров В.И. Приложения для практических и лабораторных занятий по курсу: “Основы теории процессов и аппаратов очистки газов”: СТИ (МИСиС), Старый Оскол, 2002. – 84 с.

3. Петров В.И. Учебное пособие по проектированию систем очистки газов: СТИ (МИСиС), Старый Оскол, 2000. – 81 с.

4. Петров В.И. Системы аспирации и очистки газов. Учебное пособие: СТИ (МИСиС), Старый Оскол, 2000. – 134 с.

5. Биргер М.И., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И. и др. Справочник по пыле- и золоулавливанию./ Под общ. ред. А.А. Русанова: 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 312 с.

6. Алиев Г.М.-А. Техника пылеулавливания и очистки промышленных газов: Справ. изд. – М.: металлургия, 1986. – 544 с.

7. Старк, С. Б. Газоочистные аппараты и установки в металлургическом производстве : учеб. для вузов / С. Б. Старк. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : Металлургия, 1990. - 400 с. : ил.

8. Юдашкин М.Я. Пылеулавливание и очистка газов в черной металлургии./ Изд. 2-е, перераб.и доп. –М.: Металлургия, 1984, -320 с.

Приложение А

Таблица А. 1 – Значения нормативной удельной газовой нагрузки

Материалы пыли	Значение qн, м3/(м2*мин)
Комбикорм, мука, зерно, жмыховая смесь, пыль кожи, опилки, табак, картонная пыль, поливинилхлорид после распылительной сушилки.	3,5
Асбест, волокнистые и целлюлозные материалы, пыль при выбивке отливок из форм, гипс, известь гашеная, пыль от полировки, соль, песок, пыль пескоструйных аппаратов, тальк, кальцинированная сода.	2,6
Глинозем, цемент, керамические красители, уголь, плавиковый шпат, резина, каолин, известняк, сахар, пыль горных пород	2
Кокс, летучая зола, металлопорошки, оксиды металлов, пластмассы, красители, силикаты, крахмал, смолы сухие, химикаты из нефтесырья	1,7
Активированный уголь, технический углерод, моющие вещества, порошковое молоко, возгоны цветных и черных металлов	1,2

Таблица А.2 – Физические свойства некоторых веществ




Рисунок А.1 – h–x диаграмма влажного воздуха

1. Лабораторная работа Визначення залежності між ознаками якості. Рівняння регресії
2. Реферат Анализ делопроизводства в организации 2
3. Реферат Навколишнє середовище та середовище життєдіяльності людини
4. Диплом Этикетно-эпистолярные единицы в письмах АП Чехова
5. Курсовая на тему Разработка технологии сооружения поселковых газопроводов из полиэтиленовых труб на давление p
6. Реферат Сущность принципов и их классификация
7. Реферат на тему Декабризм и порожденные им конституционные проекты
8. Реферат на тему The Revolution In British Agriculture Essay Research
9. Реферат Методы психологического воздействия и процесс ресоциализации осужденных
10. Реферат Основные этапы становления и развития экономической теории