Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Обеспечение экологической безопасности при эксплуатации котельных городского хозяйства. Монография
.pdf
Общее число капель в единице объема с учетом временной поправки на скорость капли рассчитывают по формуле
,
где
– коэффициент, учитывающий направление и величину скорости
газовоздушного потока:
1 при малых скоростях газовоздушного потока;
при больших скоростях и попутном движении;
при больших скоростях и встречном движении.
Массу капли находили по ее среднему поверхностно-объемному
диаметру:
.
В то же время положительную роль на всех этапах взаимодействия
молекул газа и капель жидкости играет и кинетическая энергия газового
аэрозоля, Вт, определяемая как
где
– мольная масса газа.
,
Для рассматриваемого процесса считаем энергию абсорбционного
взаимодействия молекул газа и жидкости положительной. Параметр,
характеризующий энергию абсорбционного взаимодействия, Вт, рассчитывается по формуле
.
Только при столкновении молекул газа и орошающей жидкости,
энергия которых превышает энергию активации Еа, кДж/моль, возможны химические реакции между ними. Следовательно, на рассматриваемой стадии процесса взаимодействия энергию химического взаимодействия молекул газа и орошающей жидкости можно считать положительной в том случае, если она обусловлена влиянием кинетической
энергии молекул. Характеризует энергию химического взаимодействия
параметр, Вт, описываемый выражением
,
где
– энергия активации, кДж/моль.
71
Оценка энергии, затраченной
на реализацию орошения
Технические средства, необходимые для реализации конкретного
способа газоочистки орошением в определенных условиях производства, позволяющие достичь требуемых технологических параметров
орошения, требуют в работе определенных энергетических затрат:
– энергетический параметр побудителя тяги в случае использования жидких систем для очистки вентиляционных потоков характеризует
энергию воздушной струи в сечении нагнетающего (всасывающего) патрубка и описывается уравнением
,
которое с учетом уравнения неразрывности потока воздуха и конструктивных характеристик вентсистемы приводится к виду
где
– давление в сечении нагнетающего (всасывающего) патрубка
,
побудителя тяги, Па;
– эквивалентный диаметр нагнетающего (всасывающего) па-
трубка побудителя тяги, м;
– энергетический параметр насосной установки характеризует
энергию жидкостного потока перед оросителем и описывается уравнением
,
где Нн – давление жидкости, создаваемое насосом непосредственно пе-
ред оросителем, Па,
которое также с учетом уравнения неразрывности жидкостного потока
и конструктивных характеристик оросителя приводится к виду
;
– энергетический параметр электролизатора в случае использования различных классов жидкостных систем для орошения загазованного воздуха характеризует энергетическое состояние орошающей жидкости, Вт, и описывается уравнением
где
– напряжение электрического тока в электролизаторе, В;
– сила тока в электролизаторе, А.
,
Проведя преобразования, получаем:
72
,
где Нп – потери давления в сети воздуховодов от всасывающего (нагне-
тающего) сечения побудителя тяги (вентилятора) до начальной границы активной зоны процесса очистки, Па;
dв – эквивалентный диаметр поперечного сечения активной зоны
процесса очистки, м.
Представленные формулы не учитывают все возможные механизмы при взаимодействии систем «газ-газ» и «жидкость-газ». Однако позволяют в процессе выявления новых механизмов и получения количественных оценок, их характеризующих, дополнять и уточнять энергоемкостный показатель ЕЭ, получать все более полные и точные оценки.
2.5. Реализация методики выбора высокоэффективных
и экономичных способов и средств очистки отходящих газов
котельных городского хозяйства
2.5.1. Формирование блока исходных данных
для реализации методики выбора высокоэффективных
и экономичных способов и средств очистки
отходящих газов котельных
Блок исходных данных для выбора способов и расчета функциональных элементов СБЗВ, а в конечном счете ее формирования включает следующие основные характеристики (рис. 2.5):
1) производственно-технологические параметры (определение
типа и марки технологического оборудования – котлоагрегата, его технических характеристик, режима работы, производительности, комплектации дополнительным оборудованием (марка, тип и мощность
электродвигателя дымососа; марка, тип и мощность электродвигателя
вентилятора) и наличия специального оборудования);
2) характеристики технологического сырья (вид сжигаемого орга-
нического топлива и, в зависимости от вида, параметры топлива, главным из которых является теплота сгорания, Дж/м3, Дж/кг);
3) параметры свойств ЗВ отходящих газов котельных, важнейши-
ми из которых являются гидродинамические, теплофизические и физико-химические (плотность ρг, диаметр молекулы газа dг, коэффициент
диффузии газа в воздухе Dг и другие);
4) характеристики воздушной среды (плотность ρв, эквивалентные
диаметры канала вентиляционного потока в зоне орошения dв и нагнетающего (всасывающего) патрубка dн (побудителя тяги);
73
5. Технологические параметры реализации орошения
давление жидкости перед оросителем Нн (Па);
длина активной зоны взаимодействия газового и жидкостного аэрозолей lа (м);
расход орошающей жидкости Qж (м3/м3)
6. Физико-химические характеристики орошающей жидкости
поверхностное натяжение жидкости на границе раздела с газообразной дисперсной средой δж-г
(Н/м);
плотность ρж (кг/м
3
);
водородный показатель жидкости pH
4. Характеристики воздушной среды
плотность ρв (кг/м
3
),
эквивалентные диаметры канала вентиляционного потока в зоне орошения dв (м) и нагнетающего
(всасывающего) патрубка dн (м) (побудителя тяги)
7. Параметры источника выбросов загрязняющих веществ
высота источника (м);
диаметр устья (м);
расход уходящих газов (м
3
/с);
скорость уходящих газов (м/с);
температура уходящих газов (ºC)
1. Производственно-технологические параметры
тип и марка технологического оборудования (котлоагрегата);
технические характеристики котлоагрегата (режим работы, производительность);
комплектация дополнительным оборудованием (марка, тип и мощность электродвигателя дымо-
соса; марка, тип и мощность электродвигателя вентилятора);
наличие специального оборудования
3. Параметры свойств загрязняющих веществ отходящих газов
гидродинамические (растворимость в воде (г/100 мл));
теплофизические (температура разложения, кипения (°С), энтропия (Дж/моль·K), энтальпия
(кДж/моль))
физико-химические (плотность ρг (кг/м3), диаметр молекулы газа dг (м), коэффициент диффузии
газа в воздухе Dг (м2/с))
2. Характеристики технологического сырья
вид сжигаемого органического топлива;
параметры топлива:
а) для газообразного топлива (теплота сгорания (Дж/м3), состав (%), плотность (кг/м3), влажность
(%), температура горения, воспламенения (°С), взрывоопасная концентрация, скорость распространения пламени и др.);
б) для жидкого топлива (теплота сгорания (Дж/м3), плотность (кг/м3), вязкость (°УВ), температу-
ра вспышки, застывания, (само)воспламенения (°С), испаряемость, летучесть, зольность (%), коксуемость (%), фракционный состав (% по массе) и др.);
в) для твердого топлива (теплота сгорания (Дж/кг), влажность (%), зольность (%), содержание уг-
лерода, серы (%), выход летучих веществ и кокса (%), объемная масса, гранулометрический состав
(%), механическая и термическая прочность, горючесть, окисляемость и др.)
и энергетически экономичных средств очистки отходящих газов котельных
Рис. 2.5. Блок исходных данных к методике оценки
и выбора максимально экологически эффективных
74
5) технологические параметры реализации орошения (давление
жидкости перед оросителем Нн, длина активной зоны взаимодействия
газового и жидкостного аэрозолей lа, расход орошающей жидкости Qж);
физико-химические характеристики орошающей жидкости (поверхностное натяжение жидкости на границе раздела с газообразной дисперсной средой δ
, плотность ρж, электрозаряженность жидкостного
ж-г
аэрозоля q, водородный показатель жидкости pH).
6) параметры источника выбросов ЗВ (дымовой трубы): высота
источника, м, диаметр устья, м, расход уходящих газов, м3/с, скорость
уходящих газов, м/с, температура уходящих газов, ºC.
Выходными параметрами являются эффективность очистки Е
эф(о)
и
энергоемкостный показатель ЕЭ.
2.5.2. Алгоритм реализации методики выбора высокоэффективных
и экономичных способов
и средств очистки отходящих газов котельных
Для практической реализации предложенной методики разработан
алгоритм (рис. 2.6) [1]. При этом основные этапы реализации алгоритма
соответствуют основным этапам методики [1]:
1. Формирование блока исходных данных (см. п. 2.5.1) с целью
определения технологических параметров реализации процесса очистки
отходящих газов.
2. Формирование набора вариантов технологий («метод – способ –
вид»), возможных для реализации процесса очистки отходящих газов в
условиях функционирования конкретного объекта – котельной.
3. Сопоставление технологических особенностей и параметров вариантов технологий («метод – способ – вид») реализации процесса
очистки отходящих газов от токсичных компонентов с характеристиками рассматриваемой котельной городской среды и особенностями территории ее расположения.
4. Вывод вариантов, соответствующих рассматриваемым условиям.
5. Расчет результирующих параметров и выбор только тех групп
«метод – способ – вид», которые обеспечивают максимальные значения. Если такой вариант единственный по каждому функциональному
элементу, то его целесообразно принять к реализации. Если таких вариантов несколько, то они принимаются для дальнейшей оценки согласно
методике.
75
76
нет
нет
да
да
да
нет
Начало
Вариант технологии вы-
водится из рассмотрения
Ввод информации о технологических параметрах реализации процесса очистки
А (ai, bi, ci, di …; i = 1 …m, m≠0)
Формирование вариантов технологий реализации процесса очистки (метод – способ – вид) –
Bk (k = 1 …n, k≠0)
k = k+1
k > n
Bk (k = 1 …n)
удовлетворяет
требованиям
А (ai, bi, ci, di …),
k = k+1
Принятие варианта для дальнейшей оценки
Расчет
Е
эф (о)k
, k = 1
Расчет
Е
эф (о)
треб.
k = k+1
k > n
А
Рис. 2.6. Алгоритм реализации методики оценки и выбора максимально экологически эффективных
и энергетически экономичных средств очистки отходящих газов котельных городского хозяйства (окончание см. на с. 77)
76
77
нет
да
да
да
нет
нет
да
нет
нет
нет
нет
да
нет
да
да
нет
да
да
нет
да
да
нет
Е
≥ Е
Технологическое усовершен-
ствование до
Е
эф (о)i
≥ Е
эф (о)
треб.
Конец
Е
эф (о)k
.
= Е
эф (о)
max
k = k+1
Е
≥ Е
Е
эф (о)
max
=
Е
эф (о)k
k = k+1
k = k+1
Е
≠
Е
Расчет
K
Э
Бk
, k = 1
K
Э
Бk
= K
ЭБmax
k = k+1
KЭ ≥ K
Э
max
K
ЭБmax
= K
Э
Бk
KЭ ≠ KЭ
k = k+1
Расчет технологических параметров
k = 1
Выбор технологии очистки
Расчет
Е
Э
k
, k = 1
Е
Э
k
= Е
Э
max
k = k+1
ЕЭ ≥ ЕЭ
ЕЭ = ЕЭ
k = k+1
ЕЭ ≠ ЕЭ
Принятие варианта
для дальнейшей оценки
Выбор оптимального варианта
по минимальному из значений
затраченной энергии
N
i
k = k+1
k = k+1
Конец
Расчет технологических параметров
Конец
Расчет технологических параметров
Рис. 2.6. Окончание
А
77
6. Выбор варианта «метод – способ – вид», обладающего макси-
Параметр
Направление
изменения
Возможные способы изменения
1
2
3
Поверхностное
натяжение σ
ж-г
Уменьшить
1. Увеличить рН для щелочной орошающей жидкости
2. Уменьшить рН для кислотной орошающей жидкости
Концентрация ионов
ОН
-
Увеличить
Увеличить рН орошающей жидкости
Площадь взаимодействия газа и орошающей жидкости
Увеличить
Уменьшить размеры капель при неизменном расходе орошающей жидкости
мальными значениями экологической эффективности и энергоемкостного показателя, который выводится и окончательно принимается для
подбора технического решения.
7. Формирование способов и средств очистки отходящих газов (по
основным рассматриваемым функциональным элементам) с оптимальными рабочими параметрами, соответствующими максимальному значению экономичности для заданных условий.
Учитывая сложность структуры расчёта и большой объём опера-
тивной информации, реализацию методики выбора высокоэффективной
и экономичной СБЗВ для котельных следует проводить на ЭВМ.
2.6. Совершенствование очистки
отходящих газов гидроорошением
Совершенствование очистки отходящих газов гидроорошением, а
также управление этим процессом основано на анализе параметрических зависимостей результирующих параметров процесса: эффективности и энергоемкостного показателя. В качестве управляемых необходимо выбирать те функционально независимые параметры, изменение которых влечет за собой одновременное повышение значений эффективности и энергоемкостного показателя (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Направления совершенствования очистки
отходящих газов гидроорошением
78
Окончание табл. 2.1
1
2
3
Реакционная способность газообразных
загрязняющих веществ
Увеличить
Применить предварительное окисление газообразных загрязняющих веществ озоном
Масса капли m
к
Увеличить
1. Использовать жидкость с большей плотностью в качестве ядра капли
2. Использовать твердое тело в качестве
ядра капли
Скорость капли V
к
Увеличить
1. Создать коридор разряжения перед каплей по ходу ее движения.
2. Увеличить массу капли при неизменном
ее объеме и давлении орошающей жидкости
Скорость потока с частицами ЗВ Vпт
-
Организовать спутное движение частиц ЗВ
и капель орошающей жидкости
Число капель, столкнувшихся с частицами
ЗВ n
Увеличить
1. Увеличить плотность факела орошения
при неизменном расходе орошающей жидкости
2. Увеличить время контакта частиц ЗВ с
каплей в процессе их движения
3. Создать локальные области повышенной
концентрации частиц ЗВ и капель в активной зоне очистки
Время взаимодействия
молекул газа и капель
орошающей жидкости
Увеличить
1. Уменьшить скорость движения газов в
активной зоне взаимодействия.
2. Применить спутное орошение
Объем активной зоны
факела орошения V
ф
Увеличить
1. Изменить конфигурацию факела при
неизменном давлении орошающей жидкости
2. Увеличить площадь поперечного сечения факела орошения за счет обеспечения
тангенциальной составляющей скорости
капли
79
3. ПРОЦЕСС ОЧИСТКИ ВОЗДУХА
ДЛЯ КОТЛОАГРЕГАТА КОТЕЛЬНЫХ
3.1. Экспериментальный стенд
и методика проведения экспериментов
Экспериментальный стенд (рис. 3.1) включает печь 1, предназначенную для сжигания твердого топлива и получения отходящих газов,
содержащих ЗВ – NO
SO2, CO, сажистые частицы температурой
х,
140–170˚С, модель вертикального цилиндрического ионизатора 2, модель камер орошения 3, 4 с питательными насосами 5 и баком приготовления орошающих жидкостей 6, а также побудитель тяги 9, блок
электропитания 10 и систему соединительных трубопроводов 11.
Рис. 3.1. Схема экспериментального стенда для исследования процесса
гидродинамической очистки отходящих газов котельных:
1 – печь; 2 – модель ионизатора; 3, 4 – модели камер орошения; 5 – питательный
насос; 6 – бак приготовления орошающей жидкости; 7, 8 – расходные баки;
9 – побудитель тяги; 10 – блок электропитания; 11 – соединительные трубопроводы;
12 – пульт управления стендом; 13 – точка замера концентраций
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]