Разработка технологической схемы очистки промышленных газов

Министерствообразования и науки Российской Федерации
Федеральноеагентство по образованию
НОВОСИБИРСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
 
КафедраБТ

КУРСОВАЯРАБОТА
покурсу «Системы защиты среды обитания»
натему «Разработка технологической схемы очистки промышленных газов»
Вариант№ 15

Факультет:
Группа:
Выполнила:
Проверил:
 
Отметка о защите:

Новосибирск-2010

 
Содержание
 
Задание
1. Анализисходных данных, расчет необходимой суммарной степени очистки промышленныхгазов и массы вещества поступающих на очистку
1.1 Анализ исходных данных
1.2 Расчет необходимой суммарной степени очисткипромышленных газов
1.3 Расчет массы веществ
2.  Разработкавариантов схемы очистки газов и выбор наиболее рациональной схемы
3. Выборпылегазоочистного оборудования (с учетом объема
очищаемых газов) и составление принципиальной схемыочистки газов
4. Описаниемеханизмов очистки газов пылегазоулавливающих установок принятых в схеме
5. Разработкабалансовой схемы очистки газов с представлением ее на рисунке
6. Обоснованиедостижения нормативов ПДВ и проведение расчета платы за выбросы загрязняющих веществв атмосферу
7. Итоговаятаблица
Литература

 
ЗАДАНИЕ
 
В курсовом проекте разрабатывается наиболее рациональная технологическаясхема очистки промышленных газов от загрязняющих веществ.
В таблице 1 представлены исходные данные, которые содержат основныепараметры необходимые для выбора схемы.
Исходные данные Таблица 1№ Параметры Значение параметра 1. Объем пылегазового потока на выходе из технологического агрегата, тыс.нм3/час 60 2. Температура газового потока на выходе из технологического агрегата, °С 150 3. Точка росы, °С 35 4. Концентрация вредных веществ на выходе из технологического агрегата, г/нм3: Пыль 25 Азота диоксид 1,3 Углерода оксид 0,01 Серы диоксид 0,1 5. Дисперный состав пыли, % весовые, для частиц пыли, мкм и фракционная степень очистки газов в циклоне h, %: h, % мкм 30 0 –5 16 55 5 — 10 3 80 10 – 20 14 90 20 – 30 25 95 > 30 42 6. Медианный диаметр, мкм 32 7. Смачиваемость пыли, % 80 8.
УЭС слоя пыли, Ом×см:
при температуре, °С
4×1012
50 9. Предельно разрешенная концентрация выброса вредных веществ в атмосферу, г/нм3: Пыль 0,01 Азота диоксид 0,01 Углерода оксид 0,01 Серы диоксид 0,05 10. Наличие (+), отсутствие (-) могильника* + 11. Наличие (+), отсутствие (-) хвостохранилища* + 12. Время работы технологического агрегата, час/сутки 124 13. Время работы технологического агрегата, дней/год 300 14. Подсос воздуха в схеме очистки, в % 7
* Примечание:допускается использовать два вида захоронения уловленной пыли.
Другие параметры, необходимые для расчетов, берутся из каталогов ирекомендуемой литературы.
Дополнительные исходные данные:
· Пылегазовый поток образуется в энерготехнологическом агрегате;
· Пыль на выходе из технологического агрегата полидисперсна;
· Частицы неправильной формы;
· Насыпная плотность пыли 800-900 кГ/м3;
· Угол естественного откоса 50-55 град;
· Удельная поверхность пыли 15000 – 20000 см2/Г;
· Коэффициент абразивности пыли 0,5*10-12 м2/кГ;
· Все пыли не взрывоопасны. Химический состав пыли, %: олова оксид20 – 30*; цинка оксид 10 – 15;алюминия оксид 18 – 30; железа оксид 10 – 15; двуокиси кремния 20 – 25; оксидмышьяка 0,2 – 0,5; соединений свинца 0,1 – 0,3; другие вещества 5 – 10.
· Минимальная среднемесячная температура региона — 25°С.
При расчете размера платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферупринимается коэффициент экологической ситуации Западно-Сибирскогоэкономического региона – 1,44, коэффициент инфляции 1,79.
Нормативы платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу приведены втаблице 2. Нормативы платы приведены в новом масштабе цен, введенномПостановлением Правительства Российской Федерации от 12 июня 2003 года № 344.
Таблица 2. Нормативы платы Код вещества Наименование вещества Плата в пределах нормативов (ПДВ), руб/т Плата в пределах лимитов (ВСВ), руб/т
2908
0301
0337
0330
Пыль неорганич. 20-70% двуокиси кремния
Азота диоксид
Углерода оксид
Серы диоксид
21
52
0,6
40
105
260
3
200
Результаты расчетов платы за выбросы загрязняющих веществ оформляются ввиде расчетов и сводятся в таблицу 3.
*Примечание: стоимость олова в пыли – 150 руб/кг; стоимость цинка 75руб/т.
 

 
1.Анализ исходных данных, расчет необходимой суммарной степени очисткипромышленных газов и массы вещества поступающих на очистку
 
1.1 Анализ исходных данных
В различных отрасляхпромышленности при сжигании топлива, при металлургических и механическихпроцессах в атмосферу выделяется большое количество твердых и жидких частиц.Знание физико-химических свойств этих частиц, а также особенностей производства,позволяет выбрать наиболее эффективную систему очистки газов, разработатьметоды контроля работы газоочистного оборудования и выбросов загрязняющихвеществ в атмосферу, поэтому, прежде всего, произведем анализ дополнительныхисходных данных, которые дают такую информацию.
Известно, что пылегазовый поток образуетсяв энерготехнологическом агрегате, на выходе из которого пыль полидисперсна,что подтверждается ее дисперсным составом, представленным в таблице 1.
Дисперсный состав необходим для расчета эффективности многихпылеуловителей (в частности, циклонов), как функция фракционной степениочистки.
Размеры частиц пыли различны, частицынеправильной формы, но в исходных данных дан медианный диаметр d50 – такой размерчастицы, по которому пыль можно разделить на две равные доли. Масса всех частицмельче d50составляет 50 % всей массы пыли так же, как и масса частиц крупнее d50 составляет оставшиеся 50 %. Это параметр важен привыборе первичной ступени очистки, поскольку различные пылеулавливающиеустановки могут улавливать определенные минимальные размеры частиц пыли.
Угол естественного откоса, показывающий требуемое значение наклона поверхностидля стекания уловленной пыли, необходимо учитывать при расчете и разработкесхемы конструкции газоочистного сооружения. Однако в данной курсовой работерасчет конструкции не будет производиться.
Насыпная плотность определяется отношением массы свеженасыпанных твердыхчастиц к занимаемому ими объему, при этом учитывается наличие воздушныхпромежутков между частицами. Величиной насыпной плотности пользуются дляопределения объема, который занимает пыль в бункерах сухих газоочистныхаппаратов.
Удельной поверхностью пыли называется отношение поверхности частиц пыли ких массе или объему. По этому показателю можно судить о степени дисперсностипыли: чем она больше, тем выше степень дисперсности. Данный параметриспользуется при определении или сравнении интенсивности процессов, идущих наповерхности частицы (сорбционных, ионообменных и др.).
Смачиваемость пыли также важно учитывать при определении методаочистки (в данном варианте достаточновысоко значение смачиваемости пыли — 70 %):чем больше смачиваемость, тем частицы лучше улавливаются, что непосредственнооказывает влияние на эффективность пылеулавливания в мокрых аппаратах.
Абразивность пыли характеризует интенсивность износа металла приодинаковых скоростях газов и концентрациях пыли. Особенно это касается сухихинерционных аппаратов (в том числе циклонов), стенки которых подверженыинтенсивному износу. Это свойство пыли учитывается при расчетах аппаратуры(выбор скорости газа, толщины стенок аппаратуры и облицовочных материалов).
Невзрывоопасность пыли определяет выбор оборудования с учетом того, чтоопасность взрыва в данном случае отсутствует, в противном случае – необходимовыбирать оборудование с противовзрывными особенностями конструкции (наличиекрыши).
Химический состав пыли определяет экономическую эффективность очистки,т.к. в состав пыли входят ценные вещества. В данном случае экономическийинтерес представляют олово и цинк, стоимости которых в пыли соответственноравны 150 руб/кг и 75 руб/т.
Минимальная среднемесячная температурарегиона, как и точка росы,определяет выбор месторасположения оборудования: в здании или на открытомвоздухе.
Приведенные данные о коэффициентахинфляции и экологической ситуации региона, нормативах платынужны для расчета платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу исоставления итоговой таблицы 3.
 
1.2 Расчет необходимойсуммарной степени очистки промышленных газов
Разработка схемыочистки газов базируется на анализе исходных данных, поскольку в зависимости оттех или иных физико-химических свойств пылегазового потока, особенностейтехнологического процесса производится непосредственно выбор определенного видааппарата, четкой последовательности очистки. Прежде всего, необходимоопределить: от каких загрязняющих веществ нужно будет проводить очистку. Дляэтого следует сравнить концентрации вредных веществ на выходе изтехнологического аппарата (Сисх.вещества) с их предельноразрешенными концентрациями выброса в атмосферу (ПРКвещества), и,следовательно, в случае превышения первой над второй необходима будет очистка.В данном варианте требуется провести очистку от ниже следующих веществ идобиться следующей степени их очистки h, котораярассчитывается по формуле: />, [1, 52].
· пылинеорганической: С(пыль)= 25 г/нм3 больше, чем
ПРК(пыль)=0,01 г/нм3; />
· диоксидаазота (NO2):С(NO2)= 1,3 г/нм3 больше, чем
ПРК(NO2)= 0,01 г/нм3; />
· оксидауглерода (СО): С(СО)= 0,01 г/нм3 равна ПДК(СО)= 0,01 г/нм3;
очисткане требуется от оксида углерода
· диоксидасеры (SO2):С(SO2)=0,1 г/нм3 больше, чем ПДК(SO2)=0,05г/нм3; />
1.3 Расчет массывеществ
Для расчета массынеобходимо знать объемы и концентрации веществ. Т.к. на входе и выходе изаппаратов газовый поток имеет различную температуру, необходимо произвестирасчет объемов с учетом этой температуры. Из формулы для объема газа принормальных условиях выразим объем газа />, измеренный притемпературе t:
/>,
где V0– объем газа при нормальных условиях (в данном варианте V0= 60 тыс.нм3/час);
t– температура, º С;
B– атмосферное давление, мм.рт.ст. (В = 740 мм.рт.ст.);
Pг– разряжение или давление газа в газоходе, мм.рт.ст. (Pг= 15 мм.рт.ст.).
Объем необходимовычислить для того, чтобы выбрать марку оборудования.
Чтобы найти количествовыбрасываемых вредных веществ в год до очистки, необходимо:
/>
где Сисх.вещества– исходная концентрация вещества до очистки (таблица 1), г/нм3;
V0– объем газа при нормальных условиях (в данном варианте V0= 60 тыс.нм3/час);
Тс – времяработы технологического агрегата, час/сутки (Тс = 124);
Тг – времяработы технологического агрегата, дней/год (Тг = 300).
Масса веществ,поступающих на очистку:
/>
/>
/>
/>
Чтобы найти количествовыбрасываемых вредных веществ в год после очистки, необходимо:
/>
где Сост.вещества– остаточная концентрация вещества после очистки, г/м3, которуюнайдем по формуле :
/>;
V0– объем газа при нормальных условиях (в данном варианте V0= 60 тыс.нм3/час);
Тс – времяработы технологического агрегата, час/сутки (Тс = 124);
Тг – времяработы технологического агрегата, дней/год (Тг = 300);
Кп –коэффициент подсоса, равный 7 % (таблица 1), учитывая который мы умножаем на1,07.
Массы веществ послеочистки:
1) Массапыли на входе в циклон:
/>
концентрацияпыли на выходе из циклона:
/>
/>3;
масса уловленной циклономпыли:
/>
Объем газа при t= 150 º С:
/>3;
на очистку в тканевыйрукавный фильтр пойдет:
/>
концентрация пыли навыходе из фильтра:
/>3;
масса уловленной тканевымрукавным фильтром пыли:
/>
Тогда на очистку вскрубберах, орошаемых известковым молоком, при очистке от диоксида серы пойдет:
/>
концентрация пыли навыходе из двух последовательно установленных скрубберов:
/>3;
масса уловленной пылипри очистке от диоксида серы:
/>
После очистки от пылиостаточная концентрация равна:
/>3;
Фактический годовойвыброс пыли после очистки:
/>
2) Послеочистки от диоксида серы остаточная концентрация равна:
3) 
/>3;
Фактическийгодовой выброс диоксида серы после очистки:
/>
После очистки от диоксида азота остаточнаяконцентрация равна:

/>3;
Фактическийгодовой выброс диоксида азота после очистки:
/>
 

 
2. Разработка вариантовсхемы очистки газов и выбор наиболее рациональной схемы
На первом этапепроводим очистку от пыли. Медианный диаметр, равный 32 мкм,определяет использование тех или иных сухих механических аппаратов. Пылеосадительнуюкамеру применять не целесообразно, так как она применяется при медианномдиаметре от 40мкм. Следовательно, первым ставим циклон. Эти аппараты получилинаибольшее распространение в промышленной практике, т.к. используемый в нихспособ разделения неоднородных пылегазовых потоков в центробежном поле болееэффективен, чем гравитационное осаждение, поэтому они и применяются для отделенияболее мелких частиц пыли (до 5 мкм) [1, c.58].При прохождении через циклон температура газового потока уменьшается до 115 ºC,а степень очистки ηц в данном аппарате находится, основываясьна информации о дисперсном составе пыли, указанном в таблице 1 исходных данных,по формуле [1,c. 53]:
/>
где /> - фракционнаяэффективность, % (данные из таблицы 1);
/> - содержаниефракций в газах, % (данные таблицы 1).
Тогда рассчитаемэффективность циклона:
/>
Поскольку требуемаястепень очистки пыли весьма значительна (99,96 %), а в ее состав входят частицыразмером 0 – 5 мкм, не улавливаемые циклоном, и составляют 16 % от общегоколичества частиц, необходимо на завершающей стадии ее очистки использоватьаппарат, который обеспечит улавливание таких мелких частиц. Электрофильтр неприменить в данном случае мы можем вполне обоснованно: по значению удельногоэлектрического сопротивления слоя пыли (УЭС) пыль относится к третий группе (пылис УЭС = 1010…1013 Ом∙см), т.к. в данном вариантезначение
УЭС = 4∙10 12Ом∙см при температуре 50 ºC;А пыли с высоким УЭС наиболее трудно улавливаются в электрофильтре. Слой наосадительном электроде действует как изолятор, так как время его разрядкивелико. Электростатические заряды, поступающие непрерывно с оседающей пылью, неотводятся на осадительный электрод, а создают напряжение на слое осевшей пыли,что приводит к нарушению работы электрофильтра.
Так электрофильтр применятьне целесообразно, то применим тканевый рукавный фильтр с импульсной продувкой.В современном виде фильтрация обеспечивает улавливание самых разнообразныхчастиц размером от видимого до околомолекулярного. Фильтрация вне конкуренции,когда речь идет об обеспечении исключительно высокой эффективности улавливанияочень мелких частиц ценой умеренных затрат. Фильтрованием принято называтьпроцесс очистки газов от пыли путем пропускания их через пористые перегородки.При этом частицы пыли собираются на перегородке со стороны входа газа, аочищенный газ проходит через перегородки. В зависимости от фильтрующегоматериала фильтры могут быть тканевые, в которых используют не только ткани, нои нетканые материалы (войлок, фетр). Концентрация пыли 100г/м3.
Итак, на первом этапепроводим очистку от пыли с помощью выше перечисленных аппаратов, а именно:циклон и рукавный фильтр, а уловленная этими аппаратами пыль, имеющаяэкономическую заинтересованность с точки зрения сбыта ее за счет присутствия вней олова и цинка, направляется на хранение на временный склад.
На втором этапеочистки газового потока будем проводить очисткуот диоксида серы (SO2)и необходимо добиться степени очистки η (SO2)= 50 %, поскольку проводить очистку от диоксида азота будет более рационально итехнико-экономически выгодно на последней стадии очистки газа, ведьвыделяющееся приселективномкаталитическом их восстановлениитепло можно использовать в различных целях производства. Для очистки газов отдиоксида серы предложено большое количество хемосорбционных методов, однако напрактике применяются лишь некоторые из них. Это связано с тем, что объемыотходящих газов велики, а концентрация в них диоксида серы мала, газыхарактеризуются высокой температурой. Однако при проведении очистки на предыдущихэтапах мы понизили температуру до 90 ºCи исключили влияние на очистку от диоксида серы пыли, поскольку она былауловлена. Так, абсорбция диоксида серы водой связана с большими затратами (всвязи с низкой растворимостью SO2в воде для очистки требуется большой ее расход в абсорберы с большим объемом)[1, c.101]; рекуперационныеметоды очистки с регенерацией хемосорбента также экономически затратные(например, магнезитовый метод: SO2поглощаютоксид-гидроксидом магния, в процессе хемосорбции образуют кристаллогидратысульфита магния, который сушат, затем термически разлагают на SO2– содержащий газ, который перерабатывают в серную кислоту, и оксид магния,который возвращают на абсорбцию; к недостаткам метода относят сложностьтехнологической схемы и неполное разложение сульфита магния при регенерации;цинковый метод: абсорбентом служит суспензия оксида цинка, образующийся оксидсеры в результате реакции SO2с оксидом цинка и водой перерабатывают, оксид цинка возвращают на абсорбцию;недостатком метода является образование сульфита цинка, который экономическинецелесообразно подвергать регенерации, необходимо непрерывновыводить из системы и добавлять в нее эквивалентное количество оксида цинка;содовый метод: сущность этого метода заключается в промывке отходящих газовводными растворами кальцинированной соды: этот способ обеспечивает хорошуюочистку отходящих газов от SO2 с одновременным получением товарнойсоли NaHSO3 и Na2SO3, однако он не нашелширокого применения ввиду ограниченного сбыта этих солей), поэтомуцелесообразно будет проводить очистку известковым методом, относящимся кнерекуперационным методам, достоинствами которого являются простаятехнологическая схема, низкие эксплуатационные затраты, доступность и дешевизнасорбента, возможность очистки газа без предварительного охлаждения [1, c.101].Известковый метод обеспечивает практически полную очистку газов от SO2(η(SO2)= 80 %), однако нам нужно добиться эффективности η(SO2)= 50 %, для чего последовательно устанавливаем два скруббера, орошаемыхизвестковым молоком. При этом фактическая полная степень очистки от диоксидасеры находится по формуле [1,c.53]:
/>
При очистке газа отдиоксида серы параллельно завершается очистка от пыли и температура газовогопотока на выходе из скрубберов, орошаемых известковым молоком, понижается до 30ºC. Следуетрассчитать суммарную степень очистки газов от пыли, достигаемую в вышеуказанных последовательно установленных аппаратах, по формуле [1,c.53]:
/>
Таким образом,приведенной последовательностью очистки от пыли легко достигается требуемаястепень очистки 99,96%.
На третьемэтапе будем проводить очистку газа от диоксида азота и необходимо будетдостигнуть эффективность очистки, равную 99,2 %. Существующие методы очисткиподразделяются на три группы: поглощение окислов азота жидкими сорбентами,поглощение окислов азота твердыми сорбентами и восстановление окислов азота доэлементарного азота на катализаторе. Наиболее распространенным методом в нашейстране является очистка газов от окислов азота путем поглощения их растворамиNa2CO3 и Са (ОН)2, сравнительно реже — NaOH иКОН.
Метод щелочной очисткитребует больших капитальных затрат и эксплуатационных расходов, но главный егонедостаток в том, что степень абсорбции окислов азота не превышает 60—75% и,таким образом, этот метод не обеспечивает санитарной нормы очистки газов.Полученные в процессе очистки щелока нуждаются в дальнейшей многостадийнойпереработке для получения из них твердых солей.
Метод поглощенияокислов азота твердыми сорбентами — силикагелем, алюмогелем, активированнымуглем и другими твердыми поглотителями — не нашел промышленного примененияиз-за сложности, малой надежности и дороговизны.
Метод каталитическоговосстановления окислов азота начал применяться только в последние годы и покаявляется наиболее совершенным методом.
Каталитическоевосстановление окислов азота. Тонкая очистка газов от окислов азота может бытьдостигнута методом каталитического восстановления окислов азота. Восстановлениеначинается при 149° С в случае применения водорода в качестве восстановителя ипри 400° С — в случае применения в качестве восстановителя метана. Восстановлениеокислов азота происходит при пропускании смеси газов, содержащих окислы азота сгазом — восстановителем, над слоем катализатора. Выделяющееся в процессереакции тепло используется либо для получения пара, либо в газовой турбине. Вкачестве восстановительного агента используются водород, метан и газы:природный, отходящие нефтяные и коксовый. Для осуществления процессаиспользуются катализаторы различных типов.
Восстановление окисловазота возможно и без катализаторов при использовании высокотемпературноговосстановительного пламени, при этом газы должны быть нагреты до температуры950—1200° С. В качестве восстановителей могут быть использованы природный газ,водород и другие горючие вещества.
Таким образом, на мойвзгляд, наиболее целесообразно в данном случае проводить очистку от диоксидаазота методом селективного каталитического восстановления. Основанна реакции восстановления оксида азота аммиаком на поверхности гетерогенногокатализатора в присутствии кислорода. Селективное каталитическое восстановлениепроисходит при температурах от 180°С до 360°С свыделением больших количеств тепла, температура конвертируемых газовувеличивается в зоне катализа на 10-20°. Образующееся тепло рационально будетнаправить в теплообменник для дальнейшего его выгодного с экономической точкизрения использования, на выходе из которого температура газа составит 55 °С(так как точка росы составляет 35 ° С и оборудование размещаем в помещении и воизбежание залипания газа температура на выходе должна превышать это значение точкиросы).Этим способом очистки достигается требуемая степень очистки ηNO2= 99,2%.
 

 
3. Выборпылегазоочистного оборудования (с учетом объема очищаемых газов) и составлениепринципиальной схемы очистки газов
 
При выборепылегазоочистного оборудования будем руководствоваться расчетным значениемобъема очищаемых газов, рассчитанных в предыдущем пункте, и следующейсправочной литературой: Внуков А. К. «Защита атмосферы от выбросов энергообъектов»- при выборе марки циклона. Так, циклон выбираем по занимаемому очищаемымигазами объему, равному Vц= />3,батарейный ЦБР-У-400 [4, c.165]и фильтр рукавный с импульсной продувкой рукавов ФРИ-С (Схема, принцип работыданных аппаратов подробно будут описаны в следующем разделе).
Составляем принципиальнуютехнологическую схему (рис.1) очистки газов согласно выше описаннымположениям и с учетом типа выбранного газоочистного оборудования.

/>

Рис.1.Принципиальнаятехнологическая схема очистки промышленных газов

 
4. Описание механизмовочистки газов пылегазоулавливающих установок принятых в схеме
В данном разделе будутописаны основные принципы очистки выбранных методов и механизмы очистки газовпылегазоулавливающих установок, принятых в схеме, их конструктивные особенности:
1) Циклон:
данный аппарат такжеотносится к механическим («сухим») инерционным пылеуловителям центробежноготипа. Они получили наибольшее распространение в промышленной практике, т.к.используемый в них способ разделения неоднородных пылегазовых потоков вцентробежном поле более эффективен, чем гравитационное осаждение, поэтому они иприменяются для отделения более мелких частиц пыли (до 5 мкм) [1, c.58].
Соотношение сил(центробежной и тяжести) определяется так называемым фактором разделения Кр[1, c.59]:
/>
где w– линейная скорость (осаждения);
r– радиус вращения;
g– ускорение свободного падения.
На разделение кроме силтяжести значительное влияние оказывают инерционные силы. Сущность инерционногоосаждения заключается в применении значительных скоростей потока и в измененииего направления. При этом двигающиеся с большой скоростью твердые частицывследствие большой инерции не будут успевать за изменениями направления потока,а, двигаясь в первоначальном направлении, будут оседать на стенках,перегородках, сетках и других частях аппарата.
Обычно в циклонахцентробежное ускорение в несколько сот, а то и тысячу раз больше ускорения силытяжести, поэтому даже весьма маленькие частицы пыли не в состоянии следовать загазом, а под влиянием центробежной силы движутся к стенке [1, c.59].
Основными элементами циклоновявляются корпус, выхлопная труба и бункер. Газ поступает в верхнюю частькорпуса через входной патрубок, приваренный к корпусу тангенциально.Улавливание пыли происходит под действием центробежной силы, возникающей придвижении газа между корпусом и выхлопной трубой. Уловленная пыль ссыпается вбункер, а очищенный газ выбрасывается через выхлопную трубу (рис.2).
/>
Рис.2 — Циклон типаЦН-15П
1 — коническая часть циклона; 2 — цилиндрическая часть циклона; 3 — винтообразнаякрышка; 4 — камера очищенного газа; 5 — патрубок входа запыленного газа; 6 — выхлопная труба; 7 -бункер; 8 — люк; 9 — опорный пояс; 10 — пылевыпускноеотверстие.
Эффективностьулавливания пыли в циклонах повышается с уменьшением диаметра корпуса, но приэтом снижается их пропускная способность. Для обеспечения соответствующейпроизводительности пневмотранспортной установки небольшие циклоны группируют вбатарею. Коэффициент пылеулавливания батареи циклонов составляет 0,76-0,85 инесколько повышается с увеличением входной скорости (с 11 до 23 м/с).
Батарейный циклон(мультициклон) состоит из большого количествациклонных элементов небольшого диаметра, расположенных в общем корпусе с единымподводом и отводом газа и общим бункером.
Корпус батарейногоциклона разделен на несколько секций, которые частично могут отключаться приизменении нагрузки на аппарат.
Целесообразностьприменения батарейных циклонов объясняется тем, что эффективность циклонныхаппаратов малого диаметра выше, чем большого. Кроме того, габариты батарейногоциклона, в частности, по высоте, меньше, чем группы циклонов при той жепроизводительности.
Недостатком батарейныхциклонов является более высокий удельный расход металла по сравнению с одиночнымициклонами, а также неравномерное распределение очищаемого воздуха междуэлементами, что приводит к некоторому снижению эффективности очистки посравнению с одиночными циклонами того же диаметра, что и элементы батарейногоциклона.
Батарейные циклоны могутприменяться для улавливания слабо- и среднеслипающихся пылей. Их используют дляочистки газов от летучей золы, пыли цемента, доломита, известняка, шамота и др.Для улавливания сильнослипающихся пылей их применять не рекомендуется.
Ряд аппаратов предназначендля очистки газов с температурой до 400°С. Часть аппаратов выпускается вовзрывоопасном исполнении.
Циклоны рекомендуетсяиспользовать для предварительной очистки газов и устанавливать передвысокоэффективными аппаратами (например, фильтрами или электрофильтрами)очистки.
Циклон был выбран позанимаемому очищаемыми газами объему, равному Vц= />3,батарейный ЦБР-У-400. Эти циклоны разработаны Семибратовским филиалом НИИОГАЗ,имеют внутренний диаметр циклонного элемента 150 мм. Характерной особенностьюявляется отсос примерно 8 % газов из камеры сброса пыли для ликвидацииперетоков между циклонными элементами. Отсасываемый газ очищается в одиночномили групповом циклоне типа ЦН-15 и дымососом возвращается на вход в циклон.Техническая характеристика типоразмерного ряда циклонов: рассмотрим тип ЦБР-У-400:
Ø  производительность– 120 000 м3/ч;
Ø  числоциклонных элементов – 400;
Ø  числосекций – 10;
Ø  числоциклонов ЦН-15 в системе рециркуляции – 4;
Ø  диаметрциклона рециркуляции – 500 мм;
Ø  типдымососа – ДН-12,5.
Буква Р в типоразмереобозначает рециркуляцию, последняя цифра – число циклонных элементов. Скоростьгазов в циклонном элементе 4,6 – 4,7 м/с.
Техническаяхарактеристика ЦБР-У: допустимая запыленность – 100 г/м3;температура очищаемого газа до 400 º С; рабочее разрежение в корпусе неболее 5 кПа; коэффициент гидравлического сопротивления – 95
Фильтр рукавный с импульснойпродувкой рукавов ФРИ-С:
Фильтр рукавныйс импульсной регенерацией рукавов типа ФРИ-С представляетсобой надежный и эффективный пылеулавливающий аппарат, предназначенный дляобеспыливания воздуха и негорючих газов.
Область применения: встройиндустрии, металлургии, машиностроении, химической, пищевой промышленностии др. отраслях.
Принцип работы рукавного фильтраоснован на улавливании пыли фильтрующей тканью при прохождении через неезапыленного воздуха. По мере увеличения толщины слоя пыли на поверхностирукавов возрастает сопротивление движению воздуха и снижается пропускнаяспособность фильтра, во избежание чего предусмотрена регенерация запыленныхрукавов импульсами сжатого воздуха. Запыленный воздух поступает в рукавныйфильтр (рис. 3) по воздуховоду через патрубок (1) в камеру «запыленного»воздуха (2), проходит через рукава (3), при этом частицы пыли задерживаются на ихнаружной поверхности, а очищенный воздух поступает в камеру «чистого» воздуха(4) и отводится из фильтра. К камере «запыленного» воздуха подключен ресиверсжатого воздуха (5) с электромагнитными клапанами (6). Воздух из ресивера черезэлектромагнитные клапана поступает в продувочные трубы (7). Регенерациязапыленных рукавов в рукавном фильтре осуществляется импульсом сжатого воздуха.Пыль, отряхиваемая с рукавов, осыпается в бункер и через питатель (8) удаляетсяиз фильтра. />
Рис 3
Наименование показателя
ФРИ-С 1. Производительность по очищаемой газовоздушной смеси, тыс.м3/час от 5 до 150 2. Массовая концентрация частиц на входе, г/м3, не более 50,0 3. Гидравлическое сопротивление, Па, не более 2000 4. Максимальная температура очищаемых газов на входе,0С, до 260 5. Степень очистки (проектная),%, не менее 99,0
2) Известковыйметод очистки газа от диоксида серы, осуществляемый в двух последовательноустановленных абсорберах (скрубберах, орошаемых известковым молоком):
Этот метод относитсяк нерекуперационным методам, достоинствами которых являются простаятехнологическая схема, низкие эксплуатационные затраты, доступность и дешевизнасорбента, возможность очистки газа без предварительного охлаждения иобеспыливания [1, c.101-102]. Абсорбцияпредставляет собой процесс растворения газообразного компонента в жидкомрастворителе. Абсорбционные системы разделяют на водные и неводные. Во второмслучае применяют обычно малолетучие органические жидкости. Жидкость используютдля абсорбции только один раз или же проводят ее регенерацию, выделяязагрязнитель в чистом виде. Схемы смногократным использованием поглотителя (циклические процессы) распространенышире. Их применяют для улавливания углеводородов, очистки от SO2дымовых газов ТЭС, очистки вентгазов от сероводорода железно-содовым методом сполучением элементарной серы, моноэтаноламиновой очистки газов от CO2в азотной промышленности.
В зависимости отспособа создания поверхности соприкосновения фаз различают поверхностные,барботажные и распыливающие абсорбционные аппараты.
В первой группеаппаратов поверхностью контакта между фазами является зеркало жидкости илиповерхность текучей пленки жидкости. Сюда же относят насадочные абсорбенты, вкоторых жидкость стекает по поверхности загруженной в них насадки из телразличной формы.
Во второй группеабсорбентов поверхность контакта увеличивается благодаря распределению потоковгаза в жидкость в виде пузырьков и струй. Барботаж осуществляют путемпропускания газа через заполненный жидкостью аппарат либо в аппаратах колонноготипа с тарелками различной формы.
В третьей группеповерхность контакта создается путем распыления жидкости в массе газа.Поверхность контакта и эффективность процесса в целом определяетсядисперсностью распыленной жидкости.
Наибольшеераспространение получили насадочные (поверхностные) и барботажные тарельчатыеабсорберы. Для эффективного применения водных абсорбционных сред удаляемыйкомпонент должен хорошо растворяться в абсорбционной среде и часто химическивзаимодействовать с водой, как, например, при очистке газов от HCl, HF, NH3,NO2. Для абсорбции газов с меньшей растворимостью (SO2,Cl2, H2S) используют щелочные растворы на основе NaOH илиCa(OH)2. Добавки химических реагентов во многих случаях увеличиваютэффективность абсорбции благодаря протеканию химических реакций в пленке.Общими недостатками абсорбционных методов является образование жидких стоков игромоздкость аппаратурного оформления.
Известковый метод обеспечивает практически полную очистку газов от SO2(η (SO2) = 80 %). Известь получают обжигом карбонатных породпри температуре 1000…1300 ºC [1, c.101]. Принципиальная схема установки по очистке отходящих газов от SO2 известковым способом представлена на рис. 4. По этомуспособу отходящие газы подвергаются предварительной очистке от механическихпримесей (пыли, сажи) в батарейных циклонах 1, после чего с помощью газодувки 2направляются в скруббер 3, орошаемый известковым молоком.
При взаимодействии известкового молока с SO2 протекают реакции

SO2 + Н2O = Н2SO3;
Са (ОН)2 + SO2 = CaSO3+ 2H2O.
По мере циркуляции раствора в нем накапливается соль СаSО3.Когда концентрация ее в растворе достигнет 18—20%, раствор периодическизаменяется свежим. Образовавшийся сернистокислый кальций плохо растворим в воде(0,138 г/л), поэтому в системе орошения скрубберов последовательноустанавливается кристаллизатор 5, служащий для выделения кристаллов сульфитакальция. Дальнейшее выделение CaSO3 происходитна вакуумфильтре 6. Шлам, состоящий из СаSО3 и CaSO4, образующийся за счет реакции
2СаSO3+O2=2СаSO4,
выводится в отвал транспортером 7 и может быть использован дляпроизводства строительных материалов. Известковый метод обеспечиваетпрактически полную очистку газов от SO2,но требует значительного расхода извести. Степень очистки достигает 80%. Приизвестковом методе происходит также улавливание частиц пыли со степенью очистки60%.
/>
Рис. 4.Схема очистки выхлопных газов от SO2 известковым способом.

3) Селективноекаталитическое восстановление диоксида азота:
Суть процесса:
Используемый восстановитель(как правило аммиак) реагирует преимущественно с NOxи почти не взаимодействует с находящимся в нитрозных газах кислородом, в связис чем его расходуют в количествах, эквивалентных содержанию в обезвреживаемыхгазах оксидов азота для превышающих стехиометрию на 10…50% с целью болееполного протекания экзотермических реакций:
6NO+4NH3=5N2+6H2O,
6NO2+8NH3=7N2+6H2O,
8NO+2NH3=5N2O+3H2O,
5NO2+2NH3=7NO+3H2O.
Таким образом,безвредные продукты реакции (азот и вода) являются еще одним выгодным отличиемэтого метода. Присутствие кислорода в отходящих газах благоприятствуетреализации каталитического восстановления, реакции ускоряются, и процесс идетследующим образом:
4NO+4NH3+О2=4N2+6H2O.
Селективноекаталитическое восстановление происходит при относительно низких температурах(180…360°С) с выдлением больших количеств тепла. Вследствие этого температураконвертируемых газов увеличивается в зоне катализа лишь на 10…20°С.
При избытке аммиака егоосновное количество окисляется присутствующим в нитрозных газах кислородом поэкзотермической реакции:
4NH3+3О2=2N2+6H2O.

Процесс достаточнопрост по аппаратному оформлению и внедрен в производство азотной кислоты поддавлением 0,35 МПа. Отходящие нитрозные газы таких производств содержат до 2%(об) NO и NO2.

 
5.Разработка балансовой схемы очистки газов с представлением ее на рисункевещество
Свход, г/м3
mвход, т/год Пыль 25
/> СО 0,01
/>
SO2 0,1
/>
NO2 1,3
/>
/>

Рис.5. Балансовая схема очистки газов
вещество
Свыход, г/м3
mвыход, т/год Пыль
/>
/> СО 0,01
/>
SO2
/> 9,6
NO2 0,26
/>

 
6. Обоснованиедостижения нормативов ПДВ и проведение расчета платы за выбросы загрязняющихвеществ в атмосферу
В результатепроведенной очистки пылегазового потока по предложенной принципиальнойтехнологической схеме были достигнуты необходимые степени очистки даже скачественно лучшими показателями, не превышающими разрешенных значений, т.е.концентрация веществ после очистки ниже, либо равна значениям ПРК, поэтомуранжируем данные выбросы в пределах нормативов ПДВ. Рассчитаем годовойфактический выброс загрязняющих веществ с учетом коэффициента подсоса (Кп= 7 %):
· пыльнеорганическая: ПРК(пыль) =0,01 г/нм3; ηтреб.(пыль)= 99,96 %,
ηфакт(пыль)= 99,96%,Сфакт(пыль) = /> г/м3;
/>
· диоксидаазота (NO2):ПРК(NO2)= 0,01 г/нм3; ηтреб.( NO2)= 99,2%,
ηфакт(NO2)= 99,2 %, Сфакт(NO2)= 0,26 г/м3;
/>
· оксидауглерода (СО): ПРК(СО)= 0,01 г/нм3; ηтреб.( СО) = 0%,

ηфакт(СО) 0 %, Сфакт(СО)= 0,01 г/м3;
/>
· диоксидасеры (SO2):ПРК(SO2)=0,05 г/нм3; ηтреб.( SO2)= 50%,
ηфакт(SO2)= 80%, Сфакт(SO2)=0,004 г/м3
/>
Расчет платы производится по фактическимвыбросам вредных веществ в соответствии с Постановлением РФ № 632 от 28.08.1992г «Об утверждении порядка определения платы и ее предельных размеров зазагрязнение окружающей среды, размещение отходов и другие виды вредноговоздействия» (в редакции от 14.06.2001 г с изменениями от 14.05.2009 г). Прирасчете размера платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу принимаетсякоэффициент экологической ситуации Западно-Сибирского экономического региона –1,44, коэффициент инфляции 1,79. Используем при расчете нормативы платы завыбросы загрязняющих веществ в атмосферу, приведенные в таблице 2. Нормативыплаты приведены в новом масштабе цен, введенном постановлением ПравительстваРоссийской Федерации от 12 июня 2003 года № 344.
Нормативная плата за выбросы в пределах нормативов ПДВ производится поформуле:
/>,
где Сni – ставка платы за выброс i-го загрязняющего вещества, руб/т;
Мi – фактический выброс i-го загрязняющего вещества, т;
К1 – коэффициент, учитывающий уровень экологической ситуацииэкономического региона;
К2 — коэффициент инфляции.
Производим расчет:
/>
Поскольку мы производимплату за выбросы в пределах ПДВ, то в соответствии с Постановлением РФ № 552 от5. 08.1992 г «Положение о составе затрат по производству и реализации продукции(работ и услуг), включаемых в себестоимость продукции, и о порядке формированияфинансовых результатов, учитываемых при налогообложении прибыли» данную платумы можем включить в себестоимость продукции. Кроме того, при расчетеэкономической эффективности необходимо учесть факт наличия в химическом составепыли 25 % оксида олова и 12,5 % оксида цинка (N– процентное содержание в пыли данных соединений), прибыль от реализациикоторых в составе уловленной пыли (mул.пыльзавычетом пыли, находящейся в виде шлама, уловленной при очистке от диоксидасеры, равной />) с учетом ихстоимости (Полово иПцинк – примечание ктаблице 2), хранящейся на временном складе хранения, находим следующим образом:
— прибыль от продажиоксида олова (Sолово),находящегося в составе уловленной пыли:
/>
— прибыль от продажиоксида цинка (Sцинк),находящегося в составе уловленной пыли: />
Вывод:проведение очистки пылегазового потока по разработанной в данной работепринципиальной технологической схеме можно считать технико-экономическивыгодным, поскольку в результате нее выбросы загрязняющих веществ не превышаютразрешенных, и мы ранжируем их как выбросов в пределах нормативов ПДВ. При этомплату за эти выбросы мы можем включить в себестоимость продукции. Кроме того,при реализации уловленной пыли, в составе которой содержатся ценные с точкизрения экономического интереса оксиды олова и цинка, предприятие получитприбыль в размере 2599931,25 руб/год.

7.Итоговая таблица
 
Таблица 3. Итоговая таблица Код вещества Перечень загрязняющих веществ (наименование вещества) Выброшено за отчетный период, т/год Базовый норматив платы в пределах допустимых нормативов, руб/т азмер платы за ПДВ, руб/год Базовый норматив платы в пределах установленных лимитов, руб/т Размер платы за ВСВ, руб/год Итого плата по предприятию, руб/год Всего В том числе ПДВ ВСВ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2908
Пыль
неорганическая
/>
/> - 21 840 - - 840 0301 Азота диоксид
/>
/> - 52 83222 - - 83222 0337 Углерода оксид 22,32 22,32 - 0,6 34,5 - - 34,5 0330 Серы диоксид 9,6 9,6 - 40 989,8 - - 989,8 Итого: 668,34 668,34 - 113,6 85086,3 - - 85086,3
 

Литература
 
1. Иванов О.П., Коган Б.И., Быков А.П. Инженерная экология:учебное пособие / Под редакцией Б.И.Когана. – Новосибирск: Издательство НГТУ,1995. – Книга 2. 143 с.
2. Конспект лекций по дисциплине «Системы защиты средыобитания».
3.  Буторина М.В., Дроздова Л.Ф.Инженерная экология и экологический менеджмент: учебник / под ред. Н.И.Иванова.– М.: Логос, Университетская книга. – 520 с.: ил.
4.  Внуков А.К. Защита атмосферы от выбросовэнергообъектов. Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1992, — 176 с.
Используемые сайты:
5. http://www.air-cleaning.ru/d_method_rev.php
6. http://www.rucem.ru/oborud/15.html
7. http://rancom.ru/prod/ef.html