Модернизация системы очистки выбросов на ОАО «Татхимфармпрепараты»

На предприятии установлен циклон  предназначенный для сухой очистки газов от невзрывоопасной и неслипающейся пыли.

В циклоне процесс разделения неоднородных систем газ - твердые частицы под действием центробежных сил обуславливается разностью плотностей газового потока и твердых частиц, находящихся во вращательном движении. Центробежные силы, возникающие при этом, обеспечивают большую эффективность процесса по сравнению с процессом разделения, проходящем в поле только сил тяжести. Соотношение этих сил называют фактором разделения

Вследствие интенсивного вращения газа в корпусе циклона  статическое давление понижается от его периферии к центру. Такая же картина наблюдается и в пылесборном бункере. Отсюда следует, что герметичность бункера должна быть полностью обеспечена не только при установке циклона на всасывающей, но и на нагнетающей стороне вентилятора. Несоблюдение этого условия приводит к резкому снижению пылеотделения в циклоне и даже полному его нарушению.

Технологическая схема  системы очистки дымовых газов  представлена на рис. 4.

 Твердые частицы из бункера 1 с помощью дозатора 2 поступают в трубопровод 3 и образует с движущимися в этом трубопроводе воздухом запыленный воздушный поток. Уловленные в циклоне 5 твердью частицы собираются в сборнике 8.

 

 

Рис.4 Технологическая схема системы очистки газов:

1 - бункер с твердой  фазой; 2 - дозатор твердой фазы; 3 - всасывающая линия (трубопровод); 4 - нагнетательная линия (трубопровод); 5 - циклон; 6, 7 - U-образные дифманометры; 8 - сборник уловленных твердых частиц; 9 - диафрагма; .10 - задвижка; 11 - вентилятор; 12 - электродвигатель; 13 – выводящий трубопровод

 

Циклон (типа ЦН-15) является основным аппаратом в представленной схеме. Циклон соединен с вытяжным вентилятором 11 (с электродвигателем 12) системой трубопроводов - входным всасывающим 3 и выходным нагнетательным - 4(относительно циклона).

Расход воздуха регулируется задвижкой 10. В качестве измерительных приборов использованы: для определения расхода воздуха - дифференциальный манометр 7, подключенный к диафрагме 9; для определения гидравлического сопротивления циклона - дифференциальный манометр 6, одно колено которого подсоединено ко входу в циклон, а другое - к выходу из него. После вентилятора очищенный воздух выходит через трубопровод 13.

 

2.4 Расчет очистных сооружений на ОАО «Татхимфампрепараты»

 

2.4.1 Расчет циклона

 

Степень очистки газового потока зависит от размера и плотности твердых частиц, от плотности и вязкости, газового потока, от типа циклона и его геометрических размеров и, конечно, от скорости газового потока на входе в циклон.

На рис.5 показана принципиальная схема работы циклона типа ЦН-15.

Запыленный воздух входит в циклон через тангенциально встроенный патрубок 2 и, приобретая вращательное движение опускается спиралеобразно вниз вдоль внутренней поверхности стенок цилиндрической и конической частей корпуса аппарата. Вращаясь в начале в кольцевом пространстве, образованном цилиндрической частью корпуса циклона и выхлопной грубой 3, а затем в зоне, расположенной ниже торца выхлопной трубы, газовый поток образует внешний вращающийся вихрь. При этом развиваются центробежные силы, под действием которых твердые частицы, находящиеся в газовом потоке и обладающие значительно большей плотностью, чем газ. отбрасываются к стенкам корпуса циклона. Движение твердых частиц по внутренней поверхности к бункеру 4 обусловлено не только влиянием силы тяжести, но и воздействием силы давления газового потока, направленного вниз. Достигнув нижнего торца конической части корпуса циклона, твердые частицы поступают в бункер 4.

В конической части корпуса  циклона газовый поток начинает менять направление и перемещается вверх к выхлопной трубе, образуя внутренний вращающийся вихрь. Освобожденный от основной массы твердых, частиц воздушный поток попадает в выхлопную трубу 3 и, поднимаясь по ней винтообразно вверх, удаляется из циклона [20].

 

Рис.5 Принципиальная схема действия циклона:

1 - корпус циклона; 2 - входной патрубок; 3 - выходная груба; 4 - бункер-сборник уловленных твердых частиц; 5 - клапан щелевого затвора; 6 - рычаг клапана; 7 - шнек; 8 - транспортер.

 

Исходные данные:

1) количество очищаемого газа  при рабочих условиях

Qр = 13800 м3/ч = 3,834 м3/с;

2) плотность газа при рабочих  условиях сг = 1,3 кг/м3;

3) динамическая вязкость газа  при рабочей температуре мt = 22,2∙10-6 Па·с;

4) дисперсный состав пыли, задаваемый  двумя параметрами dm = 5 мкм и  lg уч = 0,352;

5) запыленность газа Свх = 23 г/м3;

6) плотность частиц сч = 1340 кг/м3;

7) требуемая эффективность очистки  газа з = 70 %.

Расчет циклонов производится методом  последовательных приближений в  следующем порядке [13].

Объемный расход сушильного агента:

 

V=                                               (2.1)

 

Основной характеристики циклона  является диаметр его корпуса. Диаметр  цилиндрической части циклона определяется:

 

                                                    (2.2)

 

где V – объемный расход газа (сушильного агента), м3/ч;

Wr – скорость газа  в цилиндрической части циклона,  м/с;

П – количество циклонов.

 

                                                             (2.3)

где ΔР – сопротивление циклона, Па;

ξ – коэффициент гидравлического сопротивления циклона;

ξ=245;

ρr – плотность газа, кг/м3;

500-750

  625 ;

                                                          (2.4)

 

                                       (2.5)

D=1,3м < Dмакс=1,8м

Таблица 2

Основные размеры циклона

 

Тип циклона	ЦН-15
Максимальный диаметр, м	1,8
Диаметр выхлопной трубы, м	0,6
Диаметр пылевыпускающего отверстия, м	0,3-0,4
Ширина входного патрубка, м	0,26
Высота водного патрубка, м	0,48
Высота выхлопной трубы, м	1,56
Высота выхлопного патрубка, м	0,3
Высота цилиндрической части, м	2,08
Высота конической части, м	2,00
Общая высота циклона, м	4,38
Коэффициент гидравлического сопротивления	245

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3 Предлагаемое решение по очистке серосодержащих газов

 

3.1 Технологическая схема очистки серосодержащих газов после модернизации

 

Вышеуказанная технология очистки выбросов от оксидов серы имеет ряд недостатков, которые следует устранить.

В настоящее время имеется достаточно широкий ассортимент методов, позволяющих очищать отработанные газы промышленного производства с достижением предельно-допустимых выбросов в атмосферу [21].

Наиболее полно соответствуют  действующим воздухоохранным нормам установки очистки промышленных выбросов, включающие в себя циклон и мокрый пылеуловитель. Выбросы из сушилок очищаются от пылевидного продукта в последовательно установленных циклонах, что позволяет одновременно увеличить выход продукта. После циклона воздух очищается водой в трубе Вентури, обеспечивающей хорошее смешение потоков за счет разрежения в сопле, создаваемого потоком очищающей воды. Данный метод позволяет задерживать взвешенные частицы и обеспечивает практически полную очистку газов от SO2.

Теперь технологическая схема  системы очистки промышленных серосодержащих газов будет состоять из нескольких основных узлов (рис.6).

Рассмотрим особенности каждого  узла и системы. Ступень очистки  дымовых газов предназначена  для удаления из них взвешенных частиц.

Абсорбер включает в себя кроме  сборной емкости и брызгоуловителя  узлы ввода циркулирующих суспензии, окислительного воздуха, меловой суспензии, и также патрубки для присоединения к аппарату циркуляционных насосов, насосов откачки гипсовой суспензии и аварийного слива.. При этом, однако, достижимая предельная концентрация диоксида серы несколько возрастает и составляет примерно 350 мг/нм³ по сравнению с 250 мг/нм³ в противоточных конструкциях.

Брызгоуловитель располагается непосредственно над сборной емкостью, что упрощает его обслуживание в процессе эксплуатации. Кроме того, этот узел работает при пониженных pH циркулирующей суспензии, что уменьшает вероятность его зарастания сульфитными отложениями [22].

Склад реагента для уменьшения его пыления целесообразно разместить в легком закрытом помещении. Он оборудуется грейферным механизмом, который загружает реагент в узел приготовления меловой суспензии.

Узел приготовления меловой  суспензии включает в себя расходный  бункер с питателем, глиномешалку и емкость для хранения суспензии. Узел оборудуется также насосами для перекачки суспензии и подачи ее в абсорбер.

Узел нейтрализации  сточных вод предназначен для  нейтрализации кислых стоков из ступени  предпромывки и выделения из них  тяжелых металлов. Нейтрализованные стоки, обогащенные хлоридами, могут либо перерабатываться, либо сбрасываться.

Узел отделения от воды двухводного гипса включают в себя кристаллизатор, которые предварительно сгущает гипсовую суспензию, и вакуумные  фильтр, который доводят влажность гипса примерно до 5%.

Технологическими емкостями  являются емкость для сбора фильтрата (фугата) и аварийная емкость. Последняя  предназначена для слива в  нее циркулирующей в абсорбере  суспензии при технологических  авариях и капитальных ремонтах абсорбера. 

Сероулавливающая установка  работает следующим образом. По этому  способу отходящие газы подвергаются предварительной очистке от механических примесей (пыли, сажи) в циклоне, после чего с помощью газодувки направляются в скруббер, орошаемый известковым молоком.

По мере циркуляции раствора в нем накапливается соль СаSО3. Когда концентрация ее в растворе достигнет 18—20%, раствор периодически заменяется свежим. Образовавшийся сернистокислый кальций плохо растворим в  воде (0,138 г/л), поэтому в системе орошения скрубберов последовательно устанавливается кристаллизатор, служащий для выделения кристаллов сульфита кальция. Дальнейшее выделение CaSO3 происходит на барабанном вакуум-фильтре. Шлам выводится в отвал транспортером и может быть использован для производства строительных материалов. Известковый метод обеспечивает практически полную очистку газов от SO2 [23].                           

 

 

Рис.6 Модернизация системы очистки серосодержащих газов:

1-печь плавильная; 2-вентилятор осевой; 3-циклон; 4-скруббер Вентури; 5-Кристаллизатор; 6-вакуум-фильтр; 7-склад реагента; 8-узел приготовления известкового молока; 9-емкость перекачивания обработанных сточных вод в промышленную канализацию; 10-насос перекачки известкового молока; 11-насос перекачки отработанной воды; 12-вентилятор центробежный

 

3.2 Расчет скруббера Вентури

 

Аппараты мокрой очистки  газов имеют широкое распространение, так как характеризуются высокой  эффективностью очистки от мелкодисперсных  пылей с d_ч ≥ (0,3-1,0) мкм, а также возможностью очистки от пыли горячих и взрывоопасных газов [24].

Среди аппаратов мокрой очистки с осаждением частиц пыли на поверхность капель на практике более применимы скрубберы Вентури (рис.7). Основная часть скруббера - сопло Вентури - 2, в конфузорную часть которого подводится запыленный поток газа и через центробежные форсунки - 1 жидкость на орошение. В конфузорной части сопла происходит разгон газа от входной скорости в узком сечении сопла 30-200м/с и более. Процесс осаждения частиц пыли на капли жидкости обусловлен массой жидкости, развитой поверхностью капель и высокой относительной скоростью частиц жидкости и пыли в конфузорной части сопла. Эффективность очистки в значительной степени зависит от равномерности распределения жидкости по сечению конфузорной части сопла. В диффузорной части сопла поток тормозится до скорости 15-20 м/с и подается в каплеуловитель. Каплеуловитель обычно выполняют в виде прямоточного циклона [25].

 

Рис.7 Скруббер Вентури:

1 – форсунки; 2 – сопло  Вентури; 3 – каплеуловитель

 

Расчётом полого скруббера  определяют его объём, а следовательно, и расход воды. Количество тепла Q, кВт, которое газ должен отдать в процессе своего охлаждения до заданной температуры, определяют по формуле:

Q=Vо∙[ссм(t – t )+f1(I1п–I2п)                                   (3.1)

 

где Vо – количество сухого газа при нормальных условиях, подлежащее охлаждению, м³/с;

Ссм - объёмная теплоёмкость газа при нормальных условиях, кДж (м³∙˚С);

t1 и t2 – температура начального и конечного состояний газов ˚С;

I1п и I2п – энтальпия водяного пара в газе соответственно до и после охлаждения, кДж/м³;

f1 – влагосодержание газа до охлаждения, кг/м³.

Начальную и конечную энтальпию водяного пара, кДж/м³, рассчитывают по формулам: