«МЕТОДИ РОЗРАХУНКІВ ВИКИДІВ ТАСКИДІВ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН»
Оглавление:
1.Объем и задание по выполнению расчетов
2. Исходные данные для расчета
3. Выполнение расчетов
4. Очистка дымовых газов от окислов серы известняком
5. Очистка дымовых газов от золы
6. Расчет нефтеловушки
7.Список литературы
1. Объем и задание по выполнению расчетов
В объем работы входят:
- расчет массыпродуктов сгорания: частиц золы и недотопа;
- расчет окисловсеры, азота и бензопропилена, выбрасываемых с продуктами сгорания;
- расчет окисиуглерода, триоксида серы и пентаоксида ванадия (V2 O5)
- расчет высотыдымовой трубы с учетом ПДК;
- расчет и выборбатарейного циклона;
- расчет и выборэлектрофильтра;
- расчет количествазамазученных вод;
- расчет и выборнефтеловушки и флотатора;
- расчет количествакоммунальных сточных вод;
- расчет отстойникаи аэротенка.2. Исходныеданные для расчета
— маркатоплива;
- элементный составтоплива;
- источникпотребления топлива;
- единичнаямощность источника;
- количествоисточников;
- расчетное числожителей поселка.3. Выполнениерасчетов
Из[1] и [2] в соответствии с заданными условиями необходимо выбрать марку топлива,его элементный состав, техническую характеристику источника потребления топливаи его марку.
Располагаяфизико-химической характеристикой топлива, определяем следующие величины:
Высшуюи низшую теплоты сгорания, кДж/кг
/>;
/>
/>;
/>=25,9 МДж
где /> - содержаниекомпонентов в топливе, %.
Теоретически необходимое количествовоздуха для полного сгорания 1 кг топлива:
объемныйрасход, м3/кг
/>;
/>
массовыйрасход, кг/кг
/>
/>
Полныйобъем продуктов сгорания, м3/кг
/>
/>
где /> - объем сухихтрехатомных газов;
/>
/> - объемазота;
/>
/> - объем сухихгазов;
/>
/> — теоретическийобъем водяных паров;
/>
/> -избытоквоздуха, не использованный при горении топлива при известном />
/>
Теоретическийобъем продуктов сгорания, м3/кг
/>
/>
Действительныйобъем продуктов сгорания, м3/кг
/>
/>
Действительныйобъем водяных паров, м3/кг
/>
/>
Полныйобъем сухих газов, м3/кг
/>
/>
СодержаниеСО2 в сухих газах, %
/>
/>
СодержаниеSО2 в сухих газах, %
/>
/>
Вслучае отсутствия в дымовых газах продуктов неполного сгорания топлива ( при />), то:
- количество избыточного кислорода
/>, м3/кг;/>
/>, м3/кг;/>%;
- количество избыточного азота
/>, м3/кг;/>
/>, м3/кг;/>%;
— количество3-х атомных газов
/>
/>%
Топливнаяхарактеристика
/>
/>
Коэффициентизбытка воздуха для данной марки топлива
/>
/>
Массапродуктов сгорания на 1 кг топлива, кг/кг
/>
/>
Массазолы, выбрасываемой в атмосферу, с учетом улавливания ее в золоуловителе, г/с
/>
/>
aун=0,95/>0,6 — доля твердых частиц,уносимых из топки;
q4=0,5/>2,0 — потери теплоты отмеханической неполноты сгорания топлива;
/> — теплотворнаяспособность топлива, мДж/кг;
/> - степеньулавливания твердых частиц в золоулавливателях />=0,8-0,99
Масса окисловсеры, выбрасываемых в атмосферу, г/с
/>
/>
где />=0,1/>0,2 (твердоетопливо) – доля окислов серы, улавливаемых летучей золой; /> = 0,02 — при сжиганиимазута;
/> -доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителе, /> = 0 в сухих золоуловителях; />= 0,015/>0,03 — вмокрых.
Теоретическая концентрация сернистого ангидрида в уходящих газах приусловии окисления всей серы топлива до SO2
/>, м3/кг
/>, м3/кг
Масса окислов азота в пересчете на NO2, выбрасываемых в атмосферу, г/с
/>
/>
где β1 = 0,178 + 0,47 • Nг (для энергетических котлов, сжигающих твердое топливо);β1 =1 при />>1,05; β1 =0,9 при/>=1,03 /> 1,05 β1=0,75 при />
(при сжигании мазута) – коэффициент, учитывающий влияние на выход окисловазота качества сжигаемого топлива; β2 – коэффициент,учитывающий конструкцию горелок (β2 =1 для вихревых; β2= 0,85 для прямоточных); β3 — коэффициент, учитывающий видшлакования (β3 = 1,4 при жидком; β3 = 1 – востальных случаях); В – полный расход топлива, кг/с;
/>/> - коэффициент,характеризующий выход окислов азота на 1т сожженного условного топлива;
Дф и Дн — фактическая и номинальнаяпроизводительность котла, т/ч; r=0÷ 0,25 – степень рецеркуляции дымовых газов.
Концентрация бенз(о)пирена (С20 Н12 ) при сжиганиитвердого топлива
/>;мг/м3
/>;мг/м3
где /> -теплота сгорания, МДж/кг;
/> =1,25÷1,30 – коэффициент избытка воздуха за пароперегревателем;
/> - степеньулавливания бензопирена в золоуловителях
/> =60÷80% — для электрофильтров; = 60÷70% — мокрые золоуловители.
Концентрация бензопирена при сжигании мазута, мг/м3
/>
/>
где /> -тепловое напряжение объема топки, />;
qv= 165÷175 /> при сжигании твердого топлива; qv= 291 /> - мазут;
/> =1,1 ÷ 1,15.
Для случая неполного сгорания топлива, когда в дымовых газах из продуктовнеполного сгорания содержится только окись углерода, справедливо уравнение, %
/>,
/>
где /> /> - содержаниеизбыточного кислорода.
Примечание: расчеты СО выполнить при значениях /> = 1,15; /> = 1,10;
/> =1,05; /> =1,0; /> =0,95
Содержание триоксида серы (SO3), образующееся в зоне горениятоплива, в %
/>
/>
где />/> - объемнаядоля диоксида серы,
/> /> - номинальноетепловое напряжение сечения топки, МВт/м2;
( aт и bт — ширина и глубина топки, м).
Масса загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, г/с
М = Мзолы+ МSO2+ МNO2
M =989.9 + 702 + 239 = 1930,
Объем дымовых газов, проходящих через дымовую трубу, м3 /с
/>,
/>,
где n – число котлоагрегатов,подсоединенных к одной трубе,
В – расход топлива на котел, кг/с;
/> =1,45 ÷ 1,50 – коэффициент избытка воздуха перед дымовой трубой;
tд.т= tр + (15 ÷ 20)= 184+15=148.8 ºС– температура газов перед дымовой трубой;
tр= 50 + /> = 50 + /> — температураточки росы продуктов сгорания, ºС;
/> /> - — приведенная сернистость топлива;
/> /> - приведеннаязольность топлива; />
Рб = (97 ÷ 98)· 103 — барометрическоедавление воздуха в Па.
Проверка высоты дымовой трубы с учетом ПДК, м
/>,
/>,
где А = 160 – коэффициент стратификацииатмосферы; F = 1,0 – коэффициент, учитывающий скорость сгораниявредных веществ в воздухе ( для газообразных примесей); m = 0,7÷0,9; K = 1 ÷ 3 – безразмерныекоэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы; n – количество котлов; ПДКSO2= 0,5 мг/м3,ПДКNO2 = 0,085 мг/м3 – предельно допустимыеконцентрации для двуокиси серы и двуокиси азота; Z – число дымовых труб; ∆t — разность между температурой газов на выходе из дымовойтрубы и температурой окружающего воздуха самого жаркого месяца в 14.00.4 Очисткадымовых газов от окислов серы известняком
Метод очистки основан нанейтрализации сернистой кислоты, получающейся в результате растворения двуокисисеры, содержащейся в дымовых газах, карбонатом кальция известняка
СаСО3 + SО2 = СаSО3 + CО2
В результате этой реакцииполучается сульфид кальция, частично окисляющийся в сульфат. В большинствеслучаев продукты нейтрализации не используются и направляются в отвал, хотяможно их перерабатывать в гипс.
Расход известняка на сероулавливающуюустановку, кг/с
/>
/>
где /> = 3,125 – отношение молекулярныхмасс СаСО3 и серы;
/> – степень очистки газов от SО2 ;
KCaCO3 = 0,65 ÷ 0,80 – содержание углекислого кальцияв природных известняках ( в зависимости от месторождения ); Kисп = 0,7 ÷ 0,8 – коэффициентиспользования известняка.
Количество твердых сухих отходов,получающихся в результате очистки газов, кг/с
/>,
/>,
где /> = 1,72 – отношение молекулярныхмасс сульфата кальция СаSO4· 2H2O и известняка СаСО3
5 Очисткадымовых газов от золы
Очистка дымовых газовспособствуетне только снижению выбросов золы в атмосферу, но и повышению надежностиэксплуатации рабочих колес дымососов.
Для выделения твердых частиц издымовых газов наибольшее применение получили золоуловители, действующие напринципе использования центробежных сил – механические циклоны, мокрыескрубберы – с использованием электростатических сил – электрофильтры.
Расчет батарейного циклона
Батарейные циклоны применяются дляулавливания золы за котлами умеренной паропроизводительности от 2,5 до 500 т/ч.Степень улавливания находится на уровне 0,88 ÷ 0,92 при гидравлическомсопротивлении 500 ÷ 700 Па. Для энергоустановок рекомендуется применениеэлемента циклона ø 231 мм. Расчетное сечение одного элемента ωц=0,042 м2 .
Расчет необходимого сечения всехэлементов батарейного циклона, м2
/>
/>
где /> - объем дымовых газов,образующихся при сжигании топлива в топке одного котлоагрегата, м3/с;
U – скорость газа, отнесенная кпоперечному сечению циклона, м/с. Рекомендуется принимать U = 4,5 м/с.
Число элементов батарейного циклонана один котел, шт.
Z = />
Z = />/3=1320.3 шт.
По [ 3, табл. 10.2] подбираютсоответствующий типоразмер батарейного циклона и их количество на котел.Уточняют скорость ( Uп ), отнесенную к полному сечениюциклона.
/>Выбираем цикл типа БЦУ-М 4*14*м=1320.3 м=23,5=23ряд,тогда число элементов в циклоне будет 4*14*23=1288 шт.=zy
Uп= 748,8/(42,3*3)=4,6 м/с
Определение параметра золоулавливания
/>
/>
где Uп – скорость газа, отнесенная к полному сечению циклона, м/с
di — средний диаметр частиц золы, мкм, di= 0,7 ÷ 0,8 мкм;
К – коэффициент, учитывающий тот илииной тип циклона, К = 0,3 для батарейных циклонов типа розетки БЦ, К=0,5 дляциклонов с улиточным подводом типа БЦУ.
Степень улавливания (η ) ипроскок частиц (р ) определяют по [2, рис. 10.1]
какη = ƒ ( Пi ), = ƒ ( Пi ).
η =0,97; р=1-0,97=0,03
Аэродинамическое сопротивлениециклона, Па
∆Р = />
∆Р = />
где />=/>=/> — плотность газов передбатарейным циклоном, кг/ м3; То=273º К;
/> кг/м3
/> - коэффициент сопротивления, дляциклонов БЦ принимается /> = 90, для БЦУ — /> = 115.
Расчет мокрого золоуловиттеля (скруббера )
Увеличение эффективностицентробежного пылеулавливателя можно достичь за счет равномерного орошениястенок циклона золоуловителя пленкой жидкости, которая препятствует вторичномууносу частицы золы. При толщине пленки большей, чем поперечный размер частицы,работа отрыва частицы значительно превосходит работу, необходимую для еепогружения в слой жидкости. Мокрые золоуловители рекомендуется применять при Sпр≤0,3% кг/МДж для котловпроизводиттельностью до 670 т/ч.
Необходимая площадь сечениязолоуловителя, м2
/>
/>
Uопт = 4 ÷ 5 м/с – оптимальнаяскорость в свободном сечении скруббера.
Задаваясь количеством скрубберов (N = 1÷ 3), определяют диаметрскруббера, м
/>
/>
По [3, табл. ] подбираютсоответствующий типоразмер золоуловителя, рекомендуемого промышленностью.
Выбираем МС-ВТИ, диаметром4,5;Н=15,25 м, F=15.2 м2
Расход воды на орошение скруббера,кг/с
/>
/>
Параметр золоуловителя
П = />
П = />
где /> />, кг/ м3-удельный расход воды на работу скруббера;
Uг = 50 ÷ 70 м/с – скорость газа в горловинетрубы Вентури.
Высота орошаемой части скруббера, м
Н = (3 ÷ 4) D
Н = 3*4,5=13,5
Общее гидравлическоесопротивление скруббера, Па
∆Р = />
∆Р = />
где Uвх = 20 ÷22 м/с –скорость газа при входе в каплеуловитель.
Расчет электрофильтра
Действие электрофильтра основано наосаждении заряженных частиц золы в высоконапряженном электростатическом поле. Впроцессе горизонтального движения газов происходит зарядка частиц вблизикоронирующих электродов и последующее их осаждение на осадительных электродах.
Осадительные и коронирующие электродыобъединяют по ходу движения газов в поля длиной от 2,5 до 4,0 м. Количествополей от 2 до 5.
По [3, табл. 10.5] находят критерийэлектрофизических свойств золы топлива Кф в зависимости отместорождения и марки топлива ( Кф = 12 ÷ 177).
Выбирают скорость дымовых газов всечении электрофильтра
Uэ = 1,0 ÷ 1,2 м/с — для золы топлив с высокимудельным электрическим сопротивлением (Кф > 100 ); Uэ = 1,6 ÷ 1,8 м/с — для прочих топлив.
Принимают число параллельновключенных электрофильтров, которое желательно выбирать равным числу дымососов,Z = 1 ÷ 3 .
Определяют необходимое сечениекорпуса электрофильтра, (площадь активного сечения), м2
/>
/>
По [2, табл.10.4] данной площадисоответствуют несколько типоразмеров электрофильтров (2 ÷ 4). Выбираютодин из них и выписывают их техническую характеристику.
ЭГА 2-76-12-6-4, что означаетдвухсекционный электрофильтр с 72 газовыми проходами, высотой электродов 12 м,с шестью элементами в осадительном электроде при 4-х последовательноустановленных полях .
В случае различия площадей wрас и wтабл уточняют скорость дымовых газов всечении электрофильтра, м/с
/>
/>
По [3, табл.10] в зависимости отмарки топлива и его месторождения находят среднюю напряженность электрическогополя Е, кВ/м и коэффициент обратной короны Кок
Е=240 кВт
Кок=0,62
Кф=160
По [3, табл. ] в зависимости от маркитоплива находят медианный размер частиц летучей золы d
D=22*10-6м
5.3.9. Определяют теоретическуюскорость дрейфа, м/с
/>,
/>,
где Еэф = Е · Кок=240*0,62=148,8, кВ/м — эффективная напряженность электрического поля.
Определяют коэффициент вторичногоуноса
Кун = Кв · Кэл· Квс · [1 – 0,25 (U-1)],
Кун = 0,625· 1,0· 1,3· [1– 0,25 (1,51-1)]=0.710,
где Кв = />= /> - коэффициент высотыэлектродов. Он учитывает, что при большой высоте электрода Н, часть золы неуспевает осесть в бункере;
Кэл ≈ 1,0 –коэффициент, учитывающий тип электродов; Квс = 1,2 ÷ 1,5 –коэффициент, учитывающий влияние режима встряхивания электродов на унос.
Определяют параметр золоулавливанияпри равномерном потоке
/>,
/>,
где /> - длина поля, м, выбирается по[3, табл.10.4]; n = 2 ÷ 5количество полей; lср — расстояние между осадительными икоронирующими электродами,
lср = 0,15 м.
Определяют степень улавливания (/>) и проскокчастиц ( ) по [3, рис.10.1];
Р = ƒ(П); /> = ƒ(П).
/>=0,96; Р=0,334 величина проскока взависимости от величины параметра.6 Расчетнефтеловушки
В схемах очистки нефтесодержащихстоков основными сооружениями являются нефтеловушки, в которых улавливаются до85 ÷ 90% нефти, используемую затем в качестве топлива.
Нефтеловушки рассчитывают, исходя изобъема сточных вод и 2-х часового пребывания воды в ней. Расчет сводится копределению геометрических размеров нефтеловушки, эффективности ее работы иуточнения остаточной концентрации частиц нефтепродуктов в сточных водах посленефтеловушки.
Определяют предельный размер частицынефтепродукта, которая всплывает при ламинарном режиме движения среды, м
/>,
/>,
где /> - кинематическая вязкость воды;
/> - плотность нефтепродуктов; /> - плотностьводы; g – ускорение свободного падения, м/с2.
Скорость всплывания частицы нефтепродукта,м/с
/>,
/>,
Расход воды, проходящей черезотстойную зону нефтеловушки, состоит из расхода пара, затраченного на разогревмазута в цистернах и расхода мазута, оставшегося после его слива из цистерн.Зная единичную мощность блока [N вМВт], их количество (n) иприняв удельный расход мазута bм = 328 г/кВт·ч, определяют расходтоплива на ТЭС, т/ч
/>,
/>,
Расход пара на разогрев мазута вцистернах, т/ч
Gп =0,15· Вм .
Gп =0,15· 820=123
Количество цистерн мазута,поступивших на ТЭС, шт/ч
/>,
/>шт ,
где Vц = 60 т Vц = 90 т – емкость цистерн.
Принимая поверхность цистерн F60 = 93,0 м2 или F90 = 142,0 м2 и среднюютолщину пленки мазута на внутренней поверхности цистерны после слива
/> = 3,0 мм, определяют расходмазута, поступившего в сточные воды, т/ч
/>
/>
Расход сточных вод, проходящих черезотстойную зону нефтеловушки, м3/с
Qb = /> ,
Qb = /> ,
где /> = 0,982 т / м3 — плотность нефтесодержащих стоков.
Исходя из 2-х часового пребыванияводы в нефтеловушке ( τ = 7 200 с) и скорости воды в отстойной зоне Vв = 2 ÷ 4 мм/с, глубинанефтеловушки (Н) определяется из соотношения, м
/> , a= 0.38*10-3
/>=0.003/0.00367=0.81;
7200= />; Н=7200*0,38*10-3*0,81=2,21(м)
где а = /> - коэффициент, учитывающийтурбулентность потока, определяемый из соотношения горизонтальной (/>) ивертикальной (/>) скоростей
/> 2,3 1,3 1,02 0,576 0,383 0,205 a
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Ширина нефтеловушки, м
В = />
В = />
Длина нефтеловушки, м
L = />
L = />
Начальная концентрация частиц мазутав сточной воде
Со = /> мг/мг
Со = /> мг/мг
Остаточная концентрация частиц мазутав сточной воде после прохождения нефтеловушки, мг/мг
/>
/>
Эффективность работы нефтеловушки
/>
/>
где К – экспериментальныйкоэффициент, учитывающий турбулентность потока воды на практике (при ламинарномрежиме К=1)
ПДК нефтепродуктов в сточных водахдопускается 0,05 мг/л. В случае, когда остаточная концентрация частиц мазута С> 0,05 мг/л, необходимо дополнительно оборудовать систему очисткифлотационными установками или механическими фильтрами.
Список литературы
1. Тепловой расчеткотельных агрегатов (нормативный метод). — М.: Энергия, 1973. – 296 с.
2. Тепловые иатомные электрические станции: Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М.Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 625 с.
3. Рихтер Л.А. и др.Вспомогательное оборудование тепловых электростанций. – М.: Энергоатомиздат,1982. – 625 с.
4. Яковлев С.В.,Ласков Ю.М. Канализация (водоотведение и очистка сточных вод).- М.: Стройиздат,1987.- 319 с.