МУ ОЭиЭ - пример расчётаx

ЗАДАЧА № 1
Расчет выбросов загрязняющих веществ
при сжигании топлива в котлах
При сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива выделяются
зола (пыль), оксиды углерода, серы, азота, ванадия. Количество
загрязняющих веществ в дымовых газах зависит от вида и состава топлива,
конструкции топочных устройств и способа сжигания. Расчеты выделения
вредных веществ при горении топлива производят по удельным показателям
или балансовым методом. Данные методики позволяют установить
количество вредных выделений, определить необходимость установки
очистных устройств и их эффективность очистки. В контрольной работе
расчеты производятся по удельным показателям.
Необходимо рассчитать количество загрязняющих веществ (твердых
веществ, оксида серы, оксида углерода, оксида азота, оксида ванадия) при
сжигании твердого топлива, мазута или газа в печах и вагранках.
Номер
варианта
Таблица 1.1 Характеристика топлива
Топливо
Марка, класс
Wr,
Ar ,
Sr,
Qir ,
Lог ,
%
%
%
МДж/кг
м3/кг
9
Кузнецкий
бассейн
ТОМСШ
7,0
18,6
0,6
25,20
6,94
Приложения Б
Вариант
Расход топлива В,
г/с
Тип топки
50
Щелочность воды
3
Тепловая
мощность, кВт
50
9
4
Таблица 1.2 Значение коэффициента  в зависимости от типа топки и топлива
№
Тип топки
п/п
4 Шахтная
Топливо
Твердое топливо
Коэффициент

0,0019
Таблица 1.3 Характеристика топок котлов малой мощности
Тип топки и котла
Топка
пневмомеханическими
забрасывателями
неподвижной решеткой
Топливо
Потери теплоты от
Коэффиц недожога топлива,
иент
%
избытка
воздуха химическ физическ
ого q3
ого q4

с Донецкий антрацит
1,6—1,7
Бурые
угли
типа
1,4—1,5
и подмосковных
1,4—1,5
Угли типа кузнецких
0,5—1
0,5—1
0,5—1
13,5-10
9—7,5
5,5—3
1.1. Твердые частицы
Расчет выбросов твердых частиц летучей золы и недогоревшего
топлива (т/год, г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами
котлоагрегата в единицу времени при сжигании твердого топлива и мазута
выполняется по формуле
Птв  В  Ar    (1   у )  50  18,6  0,0019  (1  0,8)  0,44175 г / с , (1.1)
В – расход топлива, т/год, г/с; принимается по заданию;
Ar – зольность топлива, % принимается по таблице 1.1;
 – коэффициент, характеризующий содержание горючего и золы в
уносе, принимается по таблице 1.2;
 у – доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях (в
где
зависимости от их типа), принимается 0,75 – 0,90.
1.2. Оксиды серы
Расчет выбросов оксидов серы в пересчете на SO2 (т/год, т/ч, г/с),
выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегатов в единицу
времени выполняется по формуле
ПSO2  0,02  В  S r  (1  SO2 )  (1  SO2 )  0,02  50  0,6  (1  0,1)  (1  0,01)  0,5292 г / с , (1.2)
где
В – расход твердого и жидкого топлива (т/год, т/ч, г/с);
S r – содержание серы в топливе, %, принимается по таблице 1.1;
SO2 – доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива. Для
сланцев – 0,8, торфа – 0,15, углей – 0,1, мазута – 0,02;
SO2 – доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе. Для сухих
золоуловителей принимается равной нулю, для мокрых – в зависимости от
щелочности орошающей воды (определяется по рис. 1.1).
Рисунок 1.1. Степень улавливания оксидов
серы в мокрых золоуловителях SO при
2
щелочности орошаемой воды: 1 – менее 10
мг/(моль·л);
2 – менее 5 мг/(моль·л); 3 – менее 10
мг/(моль·л);
S " - приведенная сернистость топлива
Величина приведенной сернистости определяется по формуле:
S" 
где
Sr
0,6

 0,02381 кг / МДж ,
Qir 25,20
(1.3)
S r − содержание серы в топливе, %, принимается по таблице 1.1;
Qir − низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг, принимается по
таблице 1.1.
Величина SO =1%=0,01 по графику со щелочностью орошающей воды 3
2
мг/(моль*л).
1.3. Оксид углерода
Расчет выбросов оксида углерода в единицу времени (т/год, г/с)
выполняется по формуле:
q 
3

ПСО  0,001  ССО  В  1  4   0,001  25,20  50  (1 
)  1,2222 г / с ,
100
 100 
(1.4)
CСО  q3  R  Qir  1  1  25,20  25,20 , (1.5)
где
ССО – выход оксида углерода при сжигании топлива, (кг/т, кг/тыс.м3);
В – расход твердого и жидкого топлива (т/год, т/ч, г/с);
q3 , q4 – потери теплоты вследствие химической и механической
неполноты сгорания топлива, %, принимаются по таблице 1.3;
R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие
химической неполноты сгорания топлива, обусловленной наличием в
продуктах сгорания оксида углерода. Для твердого топлива – 1, для газа –
0,5, для мазута –0,65;
Qir – низшая теплота сгорания топлива, (МДж/кг, МДж/м3).
1.4. Оксиды азота
Количество оксидов азота (в пересчете на NO2), выбрасываемых в
единицу времени (т/год, г/с), рассчитывается по формуле
П NO2  0,001  B  Qir  K NO2  (1  )  0,001  50  25,20  0,12  (1  0,7)  0,04536 г / с
,
где
(1.5)
В – расход твердого и жидкого топлива (т/год, т/ч, г/с);
Qir – низшая теплота сгорания топлива, (МДж/кг, МДж/м3);
K NO2 – параметр, характеризующий количество оксидов азота,
образующихся на 1 ГДж теплоты (кг/ГДж), принимается по рис. 1.2;
 – коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксида
азота в результате применения технических решений.
Рисунок 1.2. Зависимость K NO от тепловой мощности котлоагрегата:
2
1 – природный газ; 2 – антрацит; 3 – бурый уголь; 4 – каменный уголь.
1.5. Оксиды ванадия
Количество выбрасываемых в атмосферу оксидов ванадия рассчитывается
только для жидкого топлива.
ЗАДАЧА № 2
РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
ОТ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Приложение В
Вариант
Емкость печи D,
т/ч
Производительност
ь вагранки D, т/ч
Условия плавки
Масса краски, кг
9
25
10
4
56
2.1. Литейные цеха
Необходимо рассчитать выделение вредных веществ (пыли, сернистого
ангидрида, оксида углерода и т.д.) при выплавке чугуна и стали.
В качестве плавильных агрегатов используются в основном вагранки
открытого и закрытого типа, дуговые и индукционные печи. Расчет выброса
загрязняющего вещества производится по формуле
П  q  D   (1  ) ,
(1.8)
где q — удельное выделение вещества на единицу продукции, кг/т,
принимается по табл. 1.4 и 1.5;
D — раcчетная производительность агрегата (т/ч) (из задания);
 — поправочный коэффициент для учета условий плавки,
принимается по табл. 1.6;
 — эффективность средств по снижению выбросов в долях единицы
(принимается 0,6 − 0,85).
Таблица 1.4
Удельное выделение загрязняющих веществ q, кг/т, при плавке чугуна
Производительн
ость вагранки,
т/ч
10
Пыль
Оксид
углерода
Сернистый
ангидрид
Углеводороды
Оксиды
азота
19
180
1,4
2,20
0,014
Таблица 1.5
Емкость печи, т
Удельное выделение загрязняющих веществ q, кг/т,
из электродуговых печей при выплавке стали
25,0
Выплавка стали
q, кг/т
производительно
сть
печи, т/ч
6,2
пыль
оксид
углерода
оксиды
азота
7,6
1,5
0,29
Таблица 1.6
Значения поправочного коэффициента β
№ п/п
4
Условия плавки
Плавка легированной стали
Для стали
Для чугуна
0,85
1,15
При плавке чугуна в вагранке выделяются следующие вещества:
Пыль: П  q  D   (1  )  19  10  1,15  (1  0,6)  87,4 кг / ч ,
Оксид углерода: П  q  D   (1  )  180  10  1,15  (1  0,6)  828 кг / ч ,
Сернистый ангидрид: П  q  D   (1  )  1,4  10  1,15  (1  0,6)  6,44 кг / ч ,
Углеводороды: П  q  D   (1  )  2,20  10  1,15  (1  0,6)  10,12 кг / ч ,
Оксиды азота: П  q  D   (1  )  0,014  10  1,15  (1  0,6)  0,0644 кг / ч .
При плавке стали в печах выделяются следующие вещества:
Пыль: П  q  D   (1  )  7,6  6,2  0,85  (1  0,6)  16,0208 кг / ч ,
Оксид углерода: П  q  D   (1  )  1,5  6,2  0,85  (1  0,6)  3,162 кг / ч ,
Оксиды азота: П  q  D   (1  )  0,29  6,2  0,85  (1  0,6)  0,61132 кг / ч .
Таблица 1.6
Значения поправочного коэффициента β
№ п/п
Условия плавки
Для стали
Для чугуна
1,00
0,80
1,15
0,85
1,00
0,67
1,10
1,15
0,90
1,22
Кислый процесс
Основной процесс
Применение кислорода
Плавка легированной стали
Предварительный нагрев
шихты до 400° С
1
2
3
4
5
2.2. Участки нанесения лакокрасочного покрытия
В качестве исходных данных для расчета выделения загрязняющих
веществ при различных способах нанесения лакокрасочного покрытия
принимают: фактический или плановый расход окрасочного материала, долю
содержания в нем растворителя, долю компонентов лакокрасочного
материала, выделяющихся из него в процессе окраски и сушки. Тип
распыления принять по последней цифре варианта по таблице 1.7.
Масса веществ, выделяющихся при нанесении
материала на поверхность, кг, определяется по формулам:
− в виде аэрозоля краски
а
Пок

mк  а 56

 0,56 кг / ч ,
100
100
лакокрасочного
(1.9)
где mк — масса краски, используемой для покрытия (кг), принимается по
заданию;
а — доля краски, потерянной в виде аэрозоля, %, принимается по
табл. 1.7;
– в виде паров растворителя:
пар
Пок

тк  f р  'р
104

56  0,1  60
 0,0336 кг / ч ,
104
(1.10)
где mк — масса краски, используемой для покрытия (кг), принимается по
заданию;
f р — доля летучей части (растворителя) в лакокрасочном материале,
%, f р  0,1  0,4 ;
 'р — доля растворителя, %,
выделившегося
при
нанесении
лакокрасочного покрытия.
Таблица 1.7
Вторая цифра
варианта
Выделение загрязняющих веществ при нанесении лакокрасочных покрытий
9
Способ окраски
Аэрозоли
(% от
производитель
ности при
окраске)
Пары растворителя
(% от общего содержания
растворителя в краске)
при окраске
при окраске
при сушке
а
 'р
"р
—
60
40
- металлических изделий
Масса веществ, кг, выделившейся в процессе сушки окрашенных
изделий, определяется исходя из условия, что в этом процессе формирования
покрытия происходит практически полный переход легколетучей части
лакокрасочного материала (растворителя) в парообразное состояние.
Пcпар

тк  f р  "р
104

56  0,1  40
 0,0224 кг / ч ,
104
(1.11)
где mк − масса краски, используемой для покрытия (кг), принимается по
заданию;
f р − доля летучей части (растворителя) в лакокрасочном материале,
%, f р  0,1  0,4 ;
"р − доля растворителя, выделившегося при сушке лакокрасочного
покрытия, %, принимается по табл. 1.7.
Задача №3
РАСЧЕТ СКРУББЕРА ВЕНТУРИ
Работа скрубберов Вентури основана на дроблении воды
турбулентным газовым потоком, захвате каплями воды частиц пыли,
последующей их коагуляции и осаждении в каплеуловителе инерционного
типа.
Необходимо рассчитать скруббер Вентури для очистки отходящих
газов при технологическом процессе, определить его размеры,
эффективность и гидравлическое сопротивление при следующих условиях:
– расход влажного газа Lo , тыс.м3/ч;
– температура газа T1 , оС;
– разряжение перед газоочисткой Р1 , кПа;
– плотность газа о , кг/м3;
– концентрация пыли в газе на входе и на выходе Z1 и Z 2 , г/м3;
– температура воды, поступающей на орошение tв =20 оС;
– давление воды Рв , кПа.
Выход очищенного
газа
1
d2
5
3
2
4
d3
d1
Вход
запыленного
газа
1
Вода
2
l1 l2
Шлам
а
l3
б
Рисунок 2.1. Скруббер Вентури: а) схема аппарата: 1 –конфузор; 2 - горловина; 3 –
диффузор; 4 – трубопровод для подачи воды; 5 – каплеуловитель; б) труба Вентури.
Разряжение перед
газоочисткой р1,
кПа
Плотность газа ρо
при нормальных
условиях, кг/м3
5000
64
1,9
1,28
Концентрация
пыли в газе г/м3
на
входе
z1
на
выходе
z2
76
1,9
3.1. Необходимая эффективность работы аппарата
Давление воды рв,
кПа
Температура газа
т1 , о С
9
Расход влажного
газа Lо, м3/ч
№ варианта
Приложение Г
380
 1
где
Z2
1,9
1
 0,975 ,
Z1
79
(2.1)
Z1, Z 2 – концентрация пыли в газе на входе и на выходе, г/м3.
3.2. Число единиц переноса
Nч  ln
1
1
 ln
 3.688
1 
1  0.975
(2.2)
 − необходимая эффективность работы аппарата.
где
3.3. Удельная энергия
определяется из выражения
К т , затрачиваемая на пылеулавливание,
Nч  В  К т ,
(2.3)
откуда
Кт  
Nч 1,115 3,688

 5768,025
В
2,34  104
(2.4)
где В и  - принимаются по таблице 2.1 в зависимости от вида пыли или
тумана, образующегося при технологическом процессе.
3.4. Общее гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, Па
Р  К т  Рв  m  5768,025  380  0,0005  5767,835 ,
(2.5)
где т – удельный расход воды на орошение, принимается в пределах
0,0005-0,0012 м3/м3;
Рв – давление воды, кПа.
3.5. Плотность газа на входе в трубу Вентури при рабочих условиях,
кг/м
3
1  о 
273  101,3  Р1 
273  (101,3  1,9)
 1,28 
 1,017 кг / м3 ,
(273  64)  101,3
 273  Т1  101,3
(2.6)
где о , Р1, Т1 – соответственно плотность, давление и температура газа при
нормальных условиях, принимаются по заданию.
Таблица 2.1
Характеристика некоторых пылей и туманов
Вторая
цифра
варианта
9
Виды пыли или тумана
Пыль калинового производства
В
θ
2,34·10-4
1,115
3.6. Объемный расход газа, поступающего в трубу Вентури при
рабочих условиях, м3/с
L1 
где
Lo o 5000 1,28
 

 1,748 м3 / с ,
3600 1 3600 1,017
(2.7)
Lo – расход газа, м3/ч, принимается по заданию.
3.7. Расход орошающей воды, кг/с
М в  L1  т  в  1,748  0,0005  1000  0,874 кг / с ,
(2.8)
где
т – то же, что в формуле (2.5);
в − плотность воды, в =1000 кг/м3.
3.8. Температура газов на выходе из скруббера Вентури, оС
Т г   0,133  41 т  Т1  35  (0,133  41 0,0005)  64  35  42,20 С
(2.9)
т – то же, что в формуле (2.5);
Т1 – температура газа при нормальных условиях, принимается
по заданию.
где
3.9. Плотность газов на выходе из скруббера Вентури, кг/м3
273  101,3  Р1  Р 
273  (101,3  1,9  5767,835  103 )
 г  о 
 1,017 
 0,814 кг / м3
(273  42,2)  101,3
 273  Т 2  101,3
,
(2.10)
где
Р – общее гидравлическое сопротивление скруббера Вентури, кПа.
3.10. Объемный расход газа на выходе из трубы Вентури, м3/с
Lг 
Lо  о 5000 1,28
 

 2,184 м3 / с
3600  г 3600 0,814
(2.11)
3.11. Диаметр циклона-каплеуловителя, м
Dц  1,13 
Lг
2,184
 1,13 
 1,056 м ,
ц
2,5
(3.12)
где ц – скорость газа в циклоне-каплеуловителе ( ц =2,5 м/с).
Полученную величину округляют до ближайшего стандартного размера 1,1
м.
3.12. Высота циклона-каплеуловителя, м
Н  2,5  Dц  2,5  1,1  2,75 м
(2.13)
3.13. Гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя, кПа
Рц  ц 
ц2   г
2
 103  30 
2,52  0,814
 76,3125кПа ,
2
(2.14)
где
ц
–
коэффициент
сопротивления
циклона-каплеуловителя,
принимается для прямоточного циклона в размере 30-33.
3.14. Гидравлическое сопротивление трубы Вентури, кПа
Ртр  Р  Рц  5767,835  76,3125  5691,5225кПа
(2.15)
3.15. Коэффициент сопротивления, обусловленный вводом орошающей
жидкости, для нормализованной трубы Вентури
ж
М  
 0,63  с   в  г 
 М г в 
0,3
 0,63  0,12  (
0,874 0,814

)  0,79
1,777 1000
,
(2.16)
где  с – коэффициент сопротивления сухой трубы (круглого и
прямоугольного сечения); для нормализованной трубы с центральным
орошением круглого сечения при lг  0,15  d 2 значение  с =0,12÷0,15;
М г – массовый расход газа, кг/с; определяемый по формуле
М г  Lг  г  2,184  0,814  1,777 кг / с ,
(2.17)
в  1000 кг/м3 – плотность воды.
3.16. Необходимая скорость газов в горловине трубы Вентури, м/с
г 
где
2  Ртр
с  г  ж  в  т

2  5691,5225
 152,106 м / с
0,12  0,814  0,79 1000  0,0005
(2.18)
Ртр – гидравлическое сопротивление трубы Вентури, кПа;
т – то же, что в формуле (2.5);
3.17. Диаметр горловины трубы Вентури, м:
d г  1,13 
Lг
2,184
 1,13 
 0,135 м
г
152,106
(2.19)
3.18. По полученному значению диаметра горловины определяются
остальные размеры нормализованной трубы Вентури:
– диаметр конфузора
d1  1,6  2,0  d2  1,6  0,135  0,216 м
(2.20)
– диаметр диффузора
d3  1,6  2,0  d2  1,6  0,135  0,216 м
(2.21)
– длина горловины
l2  0,15  d 2  0,15  0,135  0,02025 м
(2.22)
– угол сужения конфузора
– длина конфузора
l1 
– угол расширения диффузора
– длина диффузора
l3 
1  15о
(2.23)
d1  d 2 0,216  0,135

 0.308 м
1
15
2  tg
2  tg
2
2
(2.24)
 2  6о
(2.25)
d3  d 2 0,216  0,135

 0.7729 м
2
6
2  tg
2  tg
2
2
(2.26)