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 O₂ 

_{Для СО}          

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.

       

     

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

 

     

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: 

 

     

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. = V₀ ·a∙10^-3 – стоимость основного оборудования, руб.;

    V₀.– 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 

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·V₀·(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·V₀·(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

4.3. Расчёт технико-экономических  показателей

 

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

    

    V_г = 24·V₀·(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 

 

     Из  расчета технико-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

 

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

  

    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}

    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 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица А.2 – Физические свойства некоторых веществ 

 
 
 
 
 
 

Рисунок А.1 – h–x диаграмма влажного воздуха 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Приложение  Б

 

Таблица Б.1 – Фильтры  рукавные  и фильтроциклоны 

 
 
 

Таблица Б.2 – Центробежные каплеуловители 

 
 

Таблица Б.3 – Электрофильтры типа ЭГВ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица Б.4 – Техническая характеристика дымососов серии

ДН, ДРЦ  и ДЦ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Таблица Б.5 - Тягодутьевые машины ДН,ВДН

(Цены  указаны без стоимости  направляющего аппарата. Цена дымососа  с НА +10%)

www.venstroy.ru