Определение воздействия промышленного предприятия на окружающую среду. Расчет максимальной приземной концентрации отходящих газов от источников загрязнения. Расчет аппаратов для очистки газов для снижения техногенной нагрузки до необходимого уровня.
При низкой оригинальности работы "Расчёт схемы аппаратов для очистки отходящих газов промышленного предприятия", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Степень загрязнения воздуха зависит, как правило, от степени урбанизированности и промышленного развития территории (специфика предприятий, их мощность, размещение, применяемые технологии), а также от климатических условий, которые определяют потенциал загрязнения атмосферы. Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ - поступление в атмосферный воздух загрязняющих веществ (оказывающих неблагоприятное воздействие на здоровье населения и окружающую среду) от стационарных и передвижных источников выбросов. Учитываются все загрязнители, поступающие в атмосферный воздух как после прохождения пылегазоочистных установок (в результате неполного улавливания и очистки) на организованных источниках загрязнения, так и без очистки от организованных и неорганизованных источников загрязнения. Очистка газов, загрязняющих атмосферный воздух - удаление загрязняющих веществ из состава газовоздушной смеси, отходящей от источников загрязнения атмосферного воздуха, с помощью специальных устройств, установок и оборудования; сюда же включается обезвреживание, снижение токсичности, нейтрализация, дожиг и т.п. загрязняющих веществ в отходящих (образующихся) газах. Учет: "%" - источник учитывается с исключением из фона; " " - источник учитывается без исключения из фона; "-" - источник не учитывается и его вклад исключается из фона.В ходе данной курсовой работы была определена максимальная приземная концентрация отходящих газов промышленного предприятия с использованием программы «Эколог 3.0».
Введение
Атмосферный воздух является самой важной жизнеобеспечивающей природной средой и представляет собой смесь газов и аэрозолей приземного слоя атмосферы, сложившуюся в ходе эволюции Земли, деятельности человека и находящуюся за пределами жилых, производственных и иных помещений.
В настоящее время из всех форм деградации природной среды России именно загрязненность атмосферы вредными веществами является наиболее опасной. Особенности экологической обстановки в отдельных регионах Российской Федерации и возникающие экологические проблемы обусловлены местными природными условиями и характером воздействия на них промышленности, транспорта, коммунального и сельского хозяйства.
Степень загрязнения воздуха зависит, как правило, от степени урбанизированности и промышленного развития территории (специфика предприятий, их мощность, размещение, применяемые технологии), а также от климатических условий, которые определяют потенциал загрязнения атмосферы.
Атмосфера оказывает интенсивное воздействие не только на человека и биоту, но и на гидросферу, почвенно-растительный покров, геологическую среду, здания, сооружения и другие техногенные объекты. Поэтому охрана атмосферного воздуха и озонового слоя является наиболее приоритетной проблемой экологии и ей уделяется пристальное внимание во всех развитых странах.
1.Основы защиты атмосферного воздуха
Атмосфера - газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое. Глубина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.
Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая ее обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.
Основные загрязнители атмосферного воздуха
Основными загрязнителями атмосферного воздуха, образующимися как в процессе хозяйственной деятельности человека, так и в результате природных процессов, являются диоксид серы SO2, диоксид углерода CO2, оксиды азота NOX, твердые частицы - аэрозоли. Их доля составляет 98% в общем объеме выбросов вредных веществ. Помимо этих основных загрязнителей, в атмосфере наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ: формальдегид, фенол, бензол, соединения свинца и других тяжелых металлов, аммиак, сероуглерод.
Выбросы в атмосферу загрязняющих веществ - поступление в атмосферный воздух загрязняющих веществ (оказывающих неблагоприятное воздействие на здоровье населения и окружающую среду) от стационарных и передвижных источников выбросов. Учитываются все загрязнители, поступающие в атмосферный воздух как после прохождения пылегазоочистных установок (в результате неполного улавливания и очистки) на организованных источниках загрязнения, так и без очистки от организованных и неорганизованных источников загрязнения.
Учет выбросов загрязняющих атмосферу веществ ведется как по их агрегатному состоянию (твердые, газообразные и жидкие), так и по отдельным веществам (ингредиентам).
Стационарный источник загрязнения атмосферы - непередвижной технологический агрегат (установка, устройство, аппарат и т.п.), выделяющий в процессе эксплуатации загрязняющие атмосферу вещества. Сюда же относятся другие объекты (терриконы, резервуары и т.д.).
К установкам для улавливания и обезвреживания загрязняющих веществ из отходящих газов относятся газоочистные и пылеулавливающие установки.
Очистка газов, загрязняющих атмосферный воздух - удаление загрязняющих веществ из состава газовоздушной смеси, отходящей от источников загрязнения атмосферного воздуха, с помощью специальных устройств, установок и оборудования; сюда же включается обезвреживание, снижение токсичности, нейтрализация, дожиг и т.п. загрязняющих веществ в отходящих (образующихся) газах. Статистическим наблюдением в данном случае не охватываются технологические процессы, при которых улавливание (утилизация) образующихся веществ в соответствии с регламентом осуществляется для получения каких-либо видов сырья, полуфабрикатов или готовой продукции.
Количество уловленных (обезвреженных) загрязняющих атмосферу веществ включает все виды загрязнителей, уловленных (обезвреженных) на пылеулавливающих (газоочистных) установках из общего их объема, отходящего от стационарных источников.
В статистике охраны атмосферного воздуха кроме объемов выбросов в атмосферу загрязняющих веществ стационарными источниками, которые отслеживаются на основании отчетности, расчетным путем определяются объемы выбросов от передвижных источников.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) - такая концентрация химических элементов и их соединений в окружающей среде, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений или заболеваний, устанавливаемых современными методами исследований в любые сроки жизни настоящего и последующего поколений.
Виды ПДК: · ПДКСС - предельно допустимая среднесуточная концентрация химического вещества в воздухе населенных мест, мг/м3. Это концентрация, не оказывающая на человека прямого или косвенного вредного воздействия при неопределенно долгом вдыхании.
· ПДКМР - предельно допустимая максимальная разовая концентрация химического вещества в воздухе населенных мест. Концентрация загрязняющего вещества, не вызывающая при вдыхании в течение 20-30 минут рефлекторных реакций в организме человека.
· ПДКРЗ - предельно допустимая концентрация химического вещества в воздухе рабочей зоны. Это концентрация, которая при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч и не более 40 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не должна вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.
Предельно допустимый выброс (ПДВ) - количество вещества, при выбросе которого на границе санитарно-защитной зоны приземная концентрация загрязняющего вещества от всех источников предприятия с учетом влияния других производств не превышает предельно допустимой концентрации по данному загрязняющему веществу.
ПДВ устанавливается для стационарного источника загрязнения атмосферного воздуха с учетом технических нормативов и фонового загрязнения при условии не превышения данным источником гигиенических и экологических нормативов качества атмосферного воздуха, предельно-допустимых нагрузок на экологические системы и других экологических нормативов.
1.1 Расчет в программе «Эколог»
Расчет ПДВ в программе «Эколог» до очистки
Исходные данные: Средняя температура самого жаркого месяца: 20 С, Коэффициент температурной стратификации: 160, Скорость ветра: 5 м/с
Данные источников загрязнения представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Исходные данные источников загрязнения
Н, м D, м Тгазов, С V1, м3/с MNO2, г/с Мпыль, г/с МСО, г/с MSO2, г/с
Средняя температура наружного воздуха самого жаркого месяца 20° C
Средняя температура наружного воздуха самого холодного месяца -10° C
Коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы A 160
Максимальная скорость ветра в данной местности (повторяемость превышения в пределах 5%) 5 м/с
Параметры источников выбросов
Учет: "%" - источник учитывается с исключением из фона; " " - источник учитывается без исключения из фона; "-" - источник не учитывается и его вклад исключается из фона. Типы источников: 1 - точечный; 2 - линейный; 3 - неорганизованный; 4 - совокупность точечных, объединенных для расчета в один площадной; 5 - неорганизованный с нестационарной по времени мощностью выброса; 6 - точечный, с зонтом или горизонтальным направлением выбро
Учет при расч. № пл. № цеха № ист. Наименование источника Вар. Тип Высота ист. (м) Диаметр устья (м) Объем ГВС (куб.м) Скорость ГВС (м/с) Темп. ГВС (°C) Коэф. рел. Коорд. X1-ос. (м) Коорд. Y1-ос. (м) Коорд. X2-ос. (м) Коорд. Y2-ос. (м) Ширина источ. (м)
% 0 0 1 Новый источник 1 1 100,0 3.40 10,3 1,13446 110 1,0 450,0 250,0 450,0 250,0 0,0
Код в-ва Наименование вещества Выброс, (г/с) Выброс, (т/г) F Лето: Cm/ПДК Xm Um Зима: Cm/ПДК Xm Um
В результате проделанных расчетов наблюдается превышение по пыли. Исходя их этого, необходимо установить газоочистной аппарат - рукавный фильтр, потому что он высоко эффективен при улавливании мелких частиц.
1.2 Расчет ПДВ в программе «Эколог» после внедрения газоочистного оборудования
Средняя температура наружного воздуха самого жаркого месяца 20° C
Средняя температура наружного воздуха самого холодного месяца -10° C
Коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы A 160
Максимальная скорость ветра в данной местности (повторяемость превышения в пределах 5%) 5 м/с
Параметры источников выбросов
Учет: "%" - источник учитывается с исключением из фона; " " - источник учитывается без исключения из фона; "-" - источник не учитывается и его вклад исключается из фона. При отстутствии отметок источник не учитывается. Типы источников: 1 - точечный; 2 - линейный; 3 - неорганизованный; 4 - совокупность точечных, объединенных для расчета в один площадной; 5 - неорганизованный с нестационарной по времени мощностью выброса; 6 - точечный, с зонтом или горизонтальным направлением выброса
Учет при расч. № пл. № цеха № ист. Наименование источника Вар. Тип Высота ист. (м) Диаметр устья (м) Объем ГВС (куб.м) Скорость ГВС (м/с) Темп. ГВС (°C) Коэф. рел. Коорд. X1-ос. (м) Коорд. Y1-ос. (м) Коорд. X2-ос. (м) Коорд. Y2-ос. (м) Ширина источ. (м)
% 0 0 11 Новый источник 1 1 100,0 3,40 10,30000 1,13446 110 1,0 450,0 250,0 450,0 250,0 0,00
Код в-ва Наименование вещества Выброс, (г/с) Выброс, (т/г) F Лето: Cm/ПДК Xm Um Зима: Cm/ПДК Xm Um
Для очистки воздуха от твердых и жидких примесей применяют циклоны, пылеуловители (вихревые, жалюзийные, камерные и др.) и различные по конструкции фильтры. Важным показателем работы всех этих устройств является эффективность очистки воздуха.
Очистка может быть грубой (размер пыли более 50 мкм), средней (10-50 мкм), тонкой (менее 10 мкм). Для очистки воздуха от пыли размером 10 мкм используют циклоны. Принцип их работы - центробежная сепарация.
Вихревые пылеуловители отличаются от циклонов наличием вспомогательного потока. Загрязненный воздух поступает через трубопровод и закручивается лопаточным завихрителем. Под воздействием центробежных сил частицы отбрасываются к поверхности корпуса и за счет силы тяжести оседают в бункере. Очищенный воздух выходит через трубопровод наружу.
Жалюзийный пылеуловитель представляет собой набор лопастей, установленных последовательно в корпусе так, что между ними образуется щель. Воздух поступает через трубопровод, где пылеотделение происходит под действием опережающих лопастей. Взвешенные частицы пыли под действием инерции и эффекта отражения от лопастей движутся в трубопровод. Очищенный воздух проходит между лопастями и поступает в выходной трубопровод. Данные пылеуловители используют для грубой и средней очистки, после которой загрязненный воздух направляется в циклоны.
Ротационные пылеуловители очищают воздух от твердых и жидких примесей за счет центробежных сил, возникающих при вращении ротора. По конструкции представляют собой центробежный вентилятор. При его вращении частицы пыли прижимаются к поверхности диска колеса и к набегающим сторонам лопаток и затем собираются в пылеуловители.
Туманоуловители применяются для очистки воздуха от тумана. Первая ступень очистки - ротор с фильтрующим материалом (войлок с волокнами диаметром 18-20 мкм). Вторая ступень - брызгоуловитель (один слой войлока с волокнами диаметром 60-70 мкм).
Фильтры применяются для очистки воздуха от пыли и тумана. Для средней и тонкой очистки воздуха используют фильтры, в которых запыленный воздух пропускается через пористые фильтрационные материалы. Осаждение твердых и жирных частиц на фильтрующих элементах происходит в результате контакта частиц с поверхностью пор. Механизм осаждения частиц обусловлен действием сил инерции или гравитационных сил, броуновской диффузией в газах и эффектом касания. В качестве фильтрующих материалов применяются ткани, войлок, бумага, металлическая стружка, пористая керамика и пористые металлы. Для очистки воздуха с запыленностью менее 10 мг/м3 используют ячейковые фильтры, представляющие собой каркас, заполненный фильтрующими элементами в виде металлических или пенопластовых материалов, упругого стекловолокна. Выбор материала зависит от качества очистки. Общим недостатком всех фильтров является ограниченный срок службы изза быстрого засорения фильтрующих элементов. В настоящее время широкое распространение получили самоочищающиеся масляные фильтры, в которых фильтрация осуществляется двумя непрерывно движущимися полотнами из металлической сетки. При загрязнении масляных фильтров их промывают в содовом растворе. Для очистки воздуха от тумана, масел используются волокнистые и сетчатые туманоуловители, принцип действия которых основан на осаждении капель смачивающей жидкости на поверхности пор с последующим стеканием жидкости под действием сил тяжести.
Абсорбция - это избирательный процесс поглощения паров или газов из парогазовых смесей жидким поглотителем, называемым абсорбентом. Абсорбция, как правило, означает поглощение газов в объеме жидкости или реже - твердого тела. На практике абсорбции подвергают не отдельные газы, а газовые смеси, составные части которых поглощаются жидкостью. Эти составные части смеси называют абсорбируемыми компонентами (абсорбат), а непоглощаемые части - инертным газом.
Растворенный в жидкости компонент газовоздушной смеси благодаря диффузии проникает во внутренние слои абсорбента. Процесс протекает тем быстрее, чем больше поверхность раздела сред и коэффициент диффузии. Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак, фтористый и хлористый водород, целесообразно в качестве поглотителей использовать воду, поскольку при этом достигается высокая растворимость вредных веществ.
Хемосорбция - химическая сорбция, поглощение жидкостью или твердым телом веществ из окружающей среды, сопровождающееся образованием химических соединений. В более узком смысле хемосорбцию рассматривают как химическое поглощение вещества поверхностью твердого тела, т.е. как химическую адсорбцию.
В основе хемосорбции лежит химическое взаимодействие между адсорбентом и адсорбируемым веществом. Действующие при этом силы сцепления значительно больше, чем при физической адсорбции. В качестве адсорбентов применяют вещества, имеющие большую поверхность на единицу массы. Так, удельная поверхность активированного угля достигает 105-106 м2/кг. Его применяют для очистки газов от органических веществ, удаления неприятных запахов. Кроме того, применяют простые оксиды (активированный глинозем, оксид алюминия). Для реализации данного метода применяются пенные скрубберы и скрубберы с подвижными насадками.
Для процесса поглощения молекул газа или жидкости поверхностью твердого тела в русском языке используется термин адсорбция. Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой активно извлекать и концентрировать на своей поверхности отдельные компоненты из газовой среды, подразделяется на физическую адсорбцию и хемосорбцию. При адсорбции молекулы газа прилипают к поверхности твердого тела под действием молекулярных сил притяжения. Высвобождающаяся при этом теплота зависит от сил притяжения и по величине совпадает с теплотой конденсации газа. Преимущество адсорбции - обратимость процесса.
Термическая нейтрализация основана на способности веществ окисляться до нетоксичных при наличии высокой температуры и свободного кислорода. Бывает три схемы термической нейтрализации газов: 1) прямое сжигание в пламени;
2) термическое окисление;
3) каталитическое сжигание.
Прямое сжигание и термическое окисление протекают при температурах 600-800 °С, а каталитическое сжигание - 300-400 °С.
Прямое сжигание следует использовать в тех случаях, когда отходящие газы имеют значительную энергию, необходимую для сжигания. При проектировании устройств такого типа важно знать пределы восполнения сжигаемых растворов для поддержания горения без использования дополнительного тепла. Примером прямого сжигания является сжигание углеводородов, содержащих токсичные газы непосредственно в факеле горелки.
Термическое окисление используется в тех случаях, когда отходящие газы имеют высокую температуру, но количество кислорода в них недостаточно. Важными факторами, которые следует учитывать, являются время, температура, турбулентность. Время должно быть достаточным для полного сгорания всех компонентов.
Каталитическое сжигание используется для превращения токсичных компонентов промышленных выбросов в безвредные и менее вредные для окружающей среды вещества путем введения в систему катализатора. Каталитические методы основаны на взаимодействии удаляемых веществ с одним из компонентов, присутствующих в газе. Катализатор, взаимодействуя с одним из реагирующих веществ, образует промежуточное вещество, которое распадается на безвредные компоненты. Существенное влияние на скорость каталитического процесса и его эффективность оказывает температура газа. Для каждой реакции, протекающей в потоке газа, характерна так называемая минимальная температура реакции, ниже которой катализатор не проявляет своей активности. Различают две конструкции газоочистительных каталитических устройств: каталитические реакторы, в которых происходит контакт газового потока с твердым катализатором, и реакторы термокаталитические, в которых в общем корпусе размещены контактный узел и подогреватель.
с2- коэффициент, учитывающий влияние концентрации на удельную нагрузку, c2=1;
с3 - коэффициент, учитывающий влияние дисперсного состава пыли в газе, c3=0,9;
с4 - коэффициент, учитывающий влияние температуры газа, c4=0,74;
с5 - коэффициент, учитывающий требования к качеству очистки, c5=1.
3. Рассчитываем поверхность фильтрования
(3) где Vг - расход газа, идущего на фильтрование, м3/час; Vp" - предварительно рассчитанная величина расхода воздуха, идущего на регенерацию, м3/час, определяемая при допущении, что скорость обратной продувки равна скорости фильтрования: (4) где tp - время отключения секции на обратную продувку (принимается в пределах 15-50 с); np - количество регенераций в течении одного часа, определяется по формуле 5.
(5)
4. Выбираем фильтр с близкой поверхностью фильтрования с запасом 10%.
Характеристики выбранного фильтра представлены в таблице 8.
Таблица 8 - Основные характеристики выбранного фильтра
Марка фильтра Площадь фильтрующей поверхности, м2 Количество секций, шт. Количество рукавов в секции, шт. Диаметр рукава, мм Высота рукава, м Гидравлическое сопротивление, Па
ФРКИ-550 550 6 36 135 6 2800
5. Определяем гидравлическое сопротивление фильтровальной перегородки.
(6)
Кп-коэффициент, характеризующий сопротивление фильтровальной перегородки, м-1 (Кп = 2,76•109 м-1); m - динамическая вязкость газа, Па•с; w - скорость фильтрования, м/с (w=0,015 м/с); n - показатель степени, зависящий от режима течения газа сквозь перегородку (для ламинарного режима n = 1); t - продолжительность фильтровального цикла, с (t=600 с); свх - концентрация пыли на входе в фильтр, кг/м3; К1 - параметр сопротивления слоя пыли м/кг (К1=80•109 м/кг).
В результате проделанных вычислений, можно сделать вывод, что после внедрения газоочистного оборудования максимальная приземная концентрация пыли уменьшилась и ее значение стало ниже значения ПДК.
Вывод
В ходе данной курсовой работы была определена максимальная приземная концентрация отходящих газов промышленного предприятия с использованием программы «Эколог 3.0». В результате расчетов, было обнаружено, что рассчитанная максимальная приземная концентрация пыли превышает значение ПДК. Для снижения техногенной нагрузки до необходимого уровня был установлен рукавный фильтр с импульсной продувкой, после чего концентрация пыли снизилась до значения, не превышающего ПДК.
Список литературы
1. М.Ш.Баркан, М.А.Пашкевич, В.В. Бурмистрова. Методы и системы очистки газов: Учебное пособие. Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет). СПБ, 2006 г. 94 с.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
