Методическое пособие 593
.pdfД.А. Коновалов Н.Н. Кожухов
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ: ПРАКТИКУМ
Учебное пособие
Воронеж 2017
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
Д.А. Коновалов Н.Н. Кожухов
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ: ПРАКТИКУМ
Утверждено учебно-методическим советом университета в качестве учебного пособия
Воронеж 2017
УДК 536(076)+662.61.611 ББК 68.69я7
К 647
Коновалов Д.А. Экологическая безопасность: практикум: учеб. пособие / Д.А. Коновалов, Н.Н. Кожухов. Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017. 112 с.
В учебном пособии рассмотрены примеры расчетов аппаратов и систем для защиты воздушного бассейна от выбросов энергетических установок, очистки сточных вод, расчетов радиоактивных выбросов в атмосферу, а также потребности в оборотном водоснабжении.
Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» (программа магистерской подготовки «Промышленная теплоэнергетика»), дисциплине «Экологическая безопасность».
Пособие может быть использовано при выполнении контрольных заданий и подготовке диссертационного исследования. Кроме того, пособие может быть полезно для практических расчетов систем очистки воздуха и воды инженерными службами промышленных предприятий.
Табл. 21. Ил. 24. Библиогр.: 9 назв.
Рецензенты: кафедра атомных электростанций Международного института компьютерных технологий (г. Воронеж) (д-р техн. наук, проф. В.В. Шитов); д-р техн. наук, проф. Н.В. Мозговой
Коновалов Д.А., Кожухов Н.Н., 2017
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет», 2017
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ................................................................................. |
4 |
1.РАСЧЕТЫ АППАРАТОВ И СИСТЕМ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ОТ ВЫБРОСОВ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК...................................... |
5 |
1.1. Расчет циклонов................................................................ |
5 |
1.2. Расчет батарейных циклонов......................................... |
14 |
1.3. Расчет электрофильтров................................................. |
19 |
2. РАСЧЕТ АППАРАТОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ |
|
ВОД........................................................................................ |
29 |
2.1. Расчет аппаратов для осаждения примесей из |
|
сточных вод.................................................................... |
32 |
2.2. Расчет флотационных установок................................... |
74 |
3. РАСЧЕТ РАДИОАКТИВНЫХ ВЫБРОСОВ В |
|
АТМОСФЕРУ........................................................................ |
88 |
4. РАСЧЕТ ПОТРЕБНОСТИ В ОБОРОТНОМ |
|
ВОДОСНАБЖЕНИИ .......................................................... |
103 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................... |
111 |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..................................... |
112 |
3
ВВЕДЕНИЕ
Проблема охраны окружающей природной среды от загрязнений является одной из важнейших задач, решение которой направлено в первую очередь на охрану здоровья нынешнего и будущих поколений людей, а также на обеспечение воспроизводства и рационального использования ресурсов. Использование современной техники и технологий должно быть направлено не только на улучшение показателей производимой продукции, но и способствовать созданию благоприятных условий для окружающей среды. Это, например, создание новых безотходных технологий, разработка совершенных многоступенчатых систем очистки воды и воздуха, использование альтернативных источников энергии.
Данное учебное пособие имеет практическую направленность. В нем рассмотрены широко распространенные установки и системы для защиты воздушного и водного бассейнов от выбросов энергетических установок. Приведены методики расчета систем для очистки воздуха и воды, методики расчета радиоактивных загрязнений при авариях на АЭС. В каждом разделе представлены примеры расчета, а также задачи для практических занятий со студентами. Номера заданий распределяются исходя из списка студентов или номера последней цифры в зачетной книжке.
4
1. РАСЧЕТЫ АППАРАТОВ И СИСТЕМ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ОТ ВЫБРОСОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
1.1. Расчет циклонов
Широкое применение в промышленности нашли сухие циклоны различных конструкций. Схема одного из них приведена на рис. 1.1.
Рис. 1.1. Схема ценРис. 1.2. Расчетная схема циклона тробежного циклона:
1- корпус циклона;
2 – подача газа;
3 – выходная труба;
4 – бункер для сбора пыли
Газовый поток подводится в циклон через патрубок 2 по касательной к внутренней поверхности корпуса и совершает вращательно-поступательное движение вдоль корпуса 1 к бункеру 4. На стенке циклона образуется пылевой слой, который
5
попадает в бункер. Отделение пыли происходит за счет поворота газового потока в бункере на 180о. Очищенный от пыли поток газа направляется в выходную трубу 3. Обязательным условием эффективной работы циклона является его герметичность.
В промышленности широко применяют цилиндрические и конические циклоны. Диаметр циклона может составлять от 200 мм до 3000 мм. Как правило, все циклоны унифицированы, их конструктивные размеры привязаны к его внутреннему диаметру. Циклоны предназначены для улавливания сухой пыли аспирационных систем, золовых выбросов, пыли из сушилок при начальной запыленности от 0,3 до 4000 г/м3. Избыточное давление газов не должно превышать 2500 Па, а температура газов – на 20-30 С выше точки росы, но не более
400 С.
Производительность по очищаемому газу составляет от 100 до 68000 м3/ч. Эффективность очистки для частиц пыли с размером свыше 10 мкм составляет от 0,83 до 0,97. С ростом размера частиц растет эффективность улавливания. Циклоны подобного типа применяют для предварительной очистки газа,
атакже для очистки от крупных частиц.
Внастоящее время существует множество методик аналитического расчета циклонов, расчеты по которым дают приближенные результаты. Наиболее достоверным является метод, в основу которого положены экспериментальные исследования различного типа циклонов. Данный метод имеет высокую степень точности расчета и достаточно прост для использования его в инженерной практике.
Исходными данными для расчета циклона являются условия работы и его тип, а также следующие данные:
V0 – расход газа при нормальных условиях, м3/ч;
0 – плотность газа, кг/м3;
Т – температура газа, °С; Рбар – барометрическое давление, кПа;
Рц – давление или разряжение газа в циклоне, кПа;
6
Z – исходная концентрация пыли, г/м3;п - плотность пыли, кг/м3.
Ниже приведена методика расчета циклона.
Плотность газа при рабочих условиях г , кг/м3 определя-
ют по формуле
г |
0 |
273 Рбар Рц |
|
Рбар 273 Т . |
(1.1) |
Затем определяют расход газа Vг , м3/с при рабочих усло-
виях
V |
V0 0 |
. |
(1.2) |
|
|||
г |
3600 г |
|
Выбирают тип циклона и задаются оптимальной скоростью движения газа согласно табл. 1.1.
Таблица 1.1 К выбору оптимальной скорости движения газа
Тип |
ЦН-11, |
|
|
|
|
|
|
|
ЦН-15, |
ЦН-24 |
СДК-ЦН-33 |
СК-ЦН-34 |
|
||||
циклона |
|
|||||||
ЦН-15у |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
vопт , м/с |
3,5 |
4,5 |
2,0 |
1,7 |
|
|||
Рассчитывают диаметр циклона D , м по формуле |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
Vг |
|
. |
(1.3) |
||
|
|
|
|
0,785 опт
Принимают ближайший стандартный диаметр циклона, исходя из следующих стандартных диаметров, мм: 200, 300,
7
400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000, 1200, 1400, 1600, 1800, 2000, 2400, 3000.
Определяют действительную скорость движения газа в циклоне vд , м/с
v |
д |
|
Vг |
. |
(1.4) |
|
0,785D2 |
||||||
|
|
|
|
Действительная скорость газа не должна отличаться от оптимальной более чем на 15 %. В случае, если разница больше, то расчеты повторяют, выбрав циклон другого типа.
Далее рассчитывают коэффициент сопротивления принятого к установке циклона
K1K2 500 , |
(1.5) |
где К1 – поправочный коэффициент для определения диаметра циклона; К2 – поправочный коэффициент для определения запыленности газов; 500 – коэффициент сопротивления цикло-
на диаметром 500 мм.
Значения коэффициентов приведены в табл. 1.2-1.4.
Таблица 1.2
Значение коэффициента К1
Тип циклона |
|
Диаметр циклона, мм |
|
|||
150 |
200 |
300 |
450 |
500 |
||
|
||||||
ЦН-11 |
0,94 |
0,95 |
0,96 |
0,99 |
1 |
|
ЦН-15, ЦН- |
0,85 |
0,90 |
0,93 |
1 |
1 |
|
15у, ЦН-24 |
|
|
|
|
|
|
СДК-ЦН-33, |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
СК-ЦН-34 |
||||||
|
|
|
|
|
При диаметре циклона свыше 500 мм коэффициент принимается равным 1.
8
Таблица 1.3
Значение коэффициента К2
Тип циклона |
|
|
|
|
|
Запыленность, г/м3 |
|
|
|
|
||||||
|
0 |
|
10 |
20 |
40 |
80 |
120 |
150 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ЦН-11 |
|
|
1 |
|
0,96 |
0,94 |
0,92 |
0,9 |
0,87 |
0,85 |
|
|||||
ЦН-15 |
|
|
1 |
|
0,93 |
0,92 |
0,91 |
0,90 |
0,87 |
0,68 |
|
|||||
ЦН-15у |
|
|
1 |
|
0,93 |
0,92 |
0,91 |
0,89 |
0,88 |
0,87 |
|
|||||
ЦН-24 |
|
|
1 |
|
0,95 |
0,93 |
0,92 |
0,9 |
0,87 |
0,86 |
|
|||||
СДК-ЦН-33 |
|
|
1 |
|
0,81 |
0,79 |
0,78 |
0,77 |
0,76 |
0,75 |
|
|||||
СК-ЦН-34 |
|
|
1 |
|
0,98 |
0,95 |
0,93 |
0,92 |
0,91 |
0,90 |
|
|||||
|
|
|
|
|
Значение коэффициента 500 |
Таблица 1.4 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Тип |
|
|
|
Особенности конструкций циклона |
|
|
|
||||||||
|
|
без дополни- |
|
с кольце- |
|
с тангенциаль- |
|
|
||||||||
|
цикло- |
|
|
|
|
|||||||||||
|
на |
|
тельных уст- |
|
вым диф- |
|
ным вводом |
|
||||||||
|
|
|
|
ройств |
|
фузором |
|
газовой смеси |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
ЦН-11 |
|
|
245/250 |
|
207/215 |
|
|
255 |
|
|
|
||||
|
ЦН-15 |
|
|
155/163 |
|
132/140 |
|
|
150 |
|
|
|
||||
|
ЦН-15у |
|
|
165/170 |
|
140/148 |
|
|
158 |
|
|
|
||||
|
ЦН-24 |
|
|
75/80 |
|
|
64/70 |
|
|
73 |
|
|
|
|||
|
СДК- |
|
|
520/600 |
|
|
- |
|
|
500 |
|
|
|
|||
|
ЦН-33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СК- |
|
|
1050/1150 |
|
|
- |
|
|
- |
|
|
|
|||
|
ЦН-34 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В числителе приведены значения коэффициентов сопротивления при работе циклона в сети, а в знаменателе – при его работе на выхлоп.
Определяют гидравлическое сопротивление циклонаP, Па по формуле
P |
д г |
(1.6) |
|
||
2 |
|
9