Usuwanie gazowego odcieku (z diagramem)

Utylizacja gazowego odcieku!

Strumień gazów odlotowych wytworzony w jednostce przemysłowej musi zostać ostatecznie uwolniony do atmosfery. Przed jego rozładowaniem musi być odpowiednio oczyszczony, aby obniżyć stężenie zanieczyszczeń (zarówno pyłowych, jak i gazowych) do ich dopuszczalnych wartości granicznych. Rozładunek / usuwanie odbywa się za pomocą stosu.

Komin lub komin to pionowy kanał cylindryczny lub prostokątny. Kiedy strumień gazowy jest wyładowywany przez stos, zanieczyszczenia obecne w strumieniu zostają zdyspergowane w atmosferze. Stos nie może zmniejszyć obecnych zanieczyszczeń, ale uwalnia substancję zanieczyszczającą na odpowiedniej wysokości, tak aby kiedy zanieczyszczenia rozprzestrzeniały się z powrotem na powierzchnię ziemi, ich koncentracja byłaby poniżej dopuszczalnego limitu każdej substancji zanieczyszczającej nawet w najbardziej niekorzystnych warunkach pogodowych.

Gdy strumień gazu wydostaje się ze stosu, przepływa w górę do pewnej wysokości z powodu swojej energii kinetycznej i pływalności, zanim zostanie zniesiony w kierunku poziomym przez wiatr. Zanieczyszczenia obecne w strumieniu gazu (po wynurzeniu ze stosu) ulegają rozproszeniu zarówno w kierunku poziomym, jak i pionowym, z powodu dyfuzji molekularnej i wirowej. Strumień gazu ze stosu i profil powstałej pióra w idealnym stanie przedstawiono na ryc. 4.18.

Rzeczywisty profil Plume:

Rzeczywisty profil pióropusza z wiatrem zależy od gradientu temperatury w troposferze, prędkości wiatru i topografii w bezpośrednim sąsiedztwie stosu. Troposferyczny gradient temperatury zależy od natężenia promieniowania słonecznego w ciągu dnia i stopnia zachmurzenia w nocy.

Rozproszenie zanieczyszczeń w pióropuszach zależy od pionowego ruchu powietrza wynikającego z troposferycznego gradientu temperatury, a także od powszechnej prędkości wiatru. Na podstawie wyżej wymienionych czynników warunki atmosferyczne zostały zaklasyfikowane do różnych klas stabilności. W tabeli 4.15 wymieniono oznaczenia stabilności dla Pasquill-Gifford.

Rysunki 4.19A - G pokazują różne typy profilu pióropusza odpowiadającego warunkom próchnicy atmosferycznej.

(a) Rzeczywisty gradient temperatury w troposferze w stosunku do suchego gradientu adiabatycznego.

Adiabatyczny gradient temperatury, ----

Rzeczywisty gradient temperatury, -----

(b) Profil smugi

T = temperatura. U = prędkość wiatru

Z = wysokość

Metoda podejścia do stosu:

W punkcie 4.8 wspomniano, że stos służy do odprowadzania strumienia gazów odlotowych na odpowiednią wysokość od ziemi. Po rozładowaniu zostają zdyspergowane składniki (w tym ewentualne zanieczyszczenia) gazu odlotowego. Niektóre części tych rozpraszają się z powrotem na powierzchnię Ziemi.

Aby zaprojektować stos, należy znaleźć jego wysokość H s, tak aby stężenie zanieczyszczeń, które rozprzestrzeniły się z powrotem do poziomu gruntu, nie powinno przekraczać ich dopuszczalnych granic nawet w najgorszych warunkach atmosferycznych. Konieczne jest również oszacowanie pola przekroju stosu tak, aby ciśnienie u podstawy stosu było wystarczające do pokonania oporu przepływu strumienia gazu przez stos.

Szacowanie wysokości stosu:

Wysokość stosu można oszacować za pomocą pewnych relacji empirycznych lub stosując półempiryczne podejście. Relacje empiryczne nie uwzględniają warunków pogodowych, podczas gdy podejście półempiryczne uwzględnia wzrost smugi, prędkość wiatru i warunki pogodowe. Jest rzeczą oczywistą, że drugie podejście daje lepsze oszacowanie wysokości stosu.

Podejście empiryczne:

Wymienione poniżej równania empiryczne można wykorzystać do oszacowania wysokości stosu:

Jeśli obliczone H s za pomocą Eq. (4.64e) lub (4.64f) mieć więcej niż 30 m, wówczas obliczona wysokość stosu powinna zostać zaakceptowana.

Podejście półempiryczne:

W tym podejściu wysokość stosu szacuje się w następujący sposób:

Krok-I:

Przyjmuje się wysokość stosu, Hs, założoną wysokością może być obliczona na podstawie empirycznego podejścia opisanego w sekcji 4.8.2.2.

Krok II:

Wzrost smugi, ΔH, jest obliczany za pomocą odpowiedniego równania półempirycznego. Kilka równań podanych w literaturze zostało wymienionych w Rozdziale 4.8.2.5. Równania te opierają się na przypuszczeniach, że wzrost smugi zależy od dwóch czynników, mianowicie:

(i) pędu emitowanego strumienia ze stosu, oraz

(ii) wyporność strumienia wynikająca z różnicy w gęstości gazu kominowego i gęstości powietrza otaczającego na wysokości stosu fizycznego. Korelacje zaproponowane przez różnych autorów opierają się na dostępnych dla nich danych. Niektórzy autorzy wzięli pod uwagę kryterium stabilności pogody przy opracowywaniu korelacji.

Step-Ill:

Efektywna wysokość stosu H jest przyjmowana jako

Etap IV:

Używanie Eq. (4.67) i szacunkowe H e, maksymalne stężenie każdego z różnych zanieczyszczeń (obecnych w strumieniu gazu wypływającego) na poziomie gruntu jest szacowane zgodnie z różnymi oznaczeniami stabilności atmosfery. Jeżeli mieszczą się one w odpowiednich dopuszczalnych granicach, to przyjęte H s przyjmuje się jako rzeczywistą wysokość stosu. Jeśli nie, to w oparciu o wyższą wartość H s niż wcześniej zakładaną, opartą na Krokach II, III i IV, powtarzamy aż do stwierdzenia akceptowalnych Hs, które spełniają kryterium określone w Etapie IV.

Profil stężenia zanieczyszczeń w pióropuszach:

W oparciu o następujące założenia opracowano równanie wyrażające profil stężenia zanieczyszczeń w strumieniu wynikającym z ciągłego źródła punktowego w stanie ustalonym.

i (iii) profil stężenia w dowolnym położeniu z wiatrem (x, y, z) przebiega zgodnie ze znormalizowaną krzywą rozkładu prawdopodobieństwa Gaussa w kierunkach K i Z.

Na podstawie wyżej wymienionych założeń wyprowadzono równanie przedstawiające profil stężenia

gdzie C x, y, z = stężenie substancji zanieczyszczającej w miejscu o współrzędnych x, y i z,

Q = masa określonego emitowanego zanieczyszczenia w jednostce czasu,

U = prędkość wiatru na wysokości H e,

σ y = odchylenie standardowe współczynnika dyspersji w kierunku y,

i σ Z. = odchylenie standardowe współczynnika dyspersji w kierunku Z.

Wartości liczbowe σv i σz zależą od warunków pogodowych, prędkości wiatru i odległości położenia od podstawy stosu w kierunku poziomym z wiatrem, tj. Współrzędnej X.

w równaniu. (4.66) reprezentuje zwiększone stężenie zanieczyszczeń z powodu refleksów gruntowych.

Stężenie każdej substancji zanieczyszczającej przy dowolnym X byłoby maksymalne w linii środkowej smugi odpowiadającej y = 0 i Z = H e, w "stanie neutralnym". Wyrażenie dla stężenia na poziomie podłoża dowolnego zanieczyszczenia pod linią środkową pióropusza byłoby

Że

to, że ich stosunek jest niezależny od X, wówczas maksymalne stężenie w podłożu dowolnego określonego zanieczyszczenia może być wyrażone jako

gdzie X max jest odległością od podstawy stosu w kierunku z wiatrem, przy którym stężenie zanieczyszczeń byłoby maksymalne na poziomie gruntu.

Wynika z tego, że w tej właśnie lokalizacji, tj. Przy X max

Wykresy empirycznie oszacowanych wartości σy i σz odpowiadające różnym jakościowym oznaczeniom stabilności jako parametry przedstawiono odpowiednio na rys. 4.20 A i 4.20 B.

Oznaczenia stabilności Pasquill-Gifford:

Odp .: Niezwykle niestabilny

B: średnio niestabilny

C: Nieco niestabilny

D: Neutralny

E: Trochę stabilny

F: Umiarkowanie stabilny.

Po takim podejściu σz, xmax jest estymowane za pomocą równania. (4.70) na podstawie już obliczonej wartości H e Eq. (4, 65). Odpowiadając szacowanemu σ z X max i założonej kategorii stabilności, X odczytuje się z rys. 4.20B. Następnie z rysunku 4.20A odczytywane jest y odpowiadające X (odczytane wcześniej z rys. 4.20B) i poprzednio przyjęta kategoria stabilności. Wykorzystanie estymowanych wartości o i σy, σ z, C X max, 0, 0 Oblicza się dla każdego zanieczyszczenia wykorzystującego równ. (4, 69).

Obliczone C X max dla każdego zanieczyszczenia należy porównać z dopuszczalnym limitem. Jeżeli obliczone C X maks. Żadnego z zanieczyszczeń nie przekracza ich limitu, procedurę opisaną powyżej należy powtórzyć dla każdej z pozostałych kategorii stabilności. W przypadku, gdy C X max obliczony dla dowolnego zanieczyszczenia przekracza swój limit dla jakiejkolwiek kategorii stabilności, wymienione wcześniej kroki II, III i IV należy powtórzyć przy założeniu wyższej wartości H s niż zakładana wcześniej, aż do uzyskania zadowalającego rozwiązania.

Nawiązując do fig. 4.20A i 4.20B należy zauważyć, że korelacja między σy i X może być w miarę dobrze reprezentowana przez relację σ v = σ y X b, ale pomiędzy o. a X nie odpowiada korelacji σ z = a z X b

Lepsza korelacja miałaby formę

Stwierdzono, że wartości liczbowe " y a" z m i n zależą od oznaczenia stabilności atmosfery. Różne dane szacunkowe " y a" z m i n zostały opisane w literaturze. Jeden taki szacunek podano w tabeli 4.16.

Lepsza procedura szacowania wysokości stosu będzie następować po krokach wymienionych w punkcie 4.8.2.3 w związku z równaniem. (4.73) zamiast używać równania. (4, 69).

Korelacje Wzrostu Pióra:

Różni badacze próbowali skorelować wzrost pióropusza (AH) z odpowiednimi zmiennymi. Niektóre z nich są wymienione poniżej.

1. Równanie Hollanda jest prawdopodobnie najwcześniejsze i jest proste.

gdzie ΔH = wzrost smugi, (m)

U = prędkość wiatru, (m / s)

U s = prędkość gazu stosowego przy wyjściu ze sterty, (m / s)

D s = średnica stosu przy wyjściu, (m)

P = ciśnienie gazu stosowego przy wyjeździe, (kPa)

T s = temperatura gazu kominowego przy wyjściu, (K)

T a = temperatura otoczenia przy wysokości stosu fizycznego, (K)

Ponieważ to równanie nie uwzględnia warunków stabilności atmosfery, Holandia zasugerowała, że ​​szacowane AH należy pomnożyć przez współczynnik 1, 1 do. 1, 2 dla niestabilnego stanu i 0, 8 do 0, 9 dla stabilnego stanu. Kolejne badania wykazały, że holenderskie równanie daje raczej zachowawcze oszacowanie AH o współczynnik 2 do 3.

2. Mojżesz i Carson zaproponowali równania, które zależą od kryteriów stabilności podanych poniżej:

3. Grupa zadań ASME zaleciła dwa równania. Dla niestabilnych i neutralnych warunków zalecane równanie to:

Oszacowanie pola przekroju / średnicy i spadku ciśnienia w stosie:

Objętościowe natężenie przepływu gazu złożowego można wyrazić jako

gdzie

= średnie objętościowe natężenie przepływu gazu kominowego (objętościowe natężenie przepływu na podstawie stosu i na górze byłoby inne, ponieważ temperatura gazu stosowego zmieniałaby się od podstawy do góry z powodu strat ciepła przez komin) (m 3 / s).

D s = średnia średnica stosu, m.

Przyjmując odpowiednią prędkość gazu w stosie w zakresie 10-15 m / s, pole przekroju / średnicę stosu można oszacować za pomocą równania. (4, 77).

Gdy znana jest prędkość gazu w stosie (U s ), średnica stosu (D S ) i wysokość stosu, spadek ciśnienia w stosie / ciśnienie w stosie można obliczyć, stosując zmodyfikowane równanie Bernoulliego (bilans energetyczny), jak podano poniżej:

Przykład 4.5:

Należy zaprojektować komin dla pieca węglowego, w którym spalane jest 500 T węgla zawierającego 2% siarki, 20% popiołu i resztę węgla.

Następujące informacje / dane mogą być użyte do celów projektowych:

Rozwiązanie:

Wysokość stosu (H s ) Szacowanie:

(i) Wstępne oszacowanie wysokości stosu uzyskuje się w oparciu o podejście empiryczne Eq. (4.64e)

(ii) Wstępne oszacowanie efektywnej wysokości stosu H e uzyskuje się stosując równanie. (4.65)

H e = H s + ΔH

Wzrost smaru (ΔH) oblicza się za pomocą równania holenderskiego, równ. (4, 74).

(iii) Maksymalne stężenie SO2 w ziemi należy obliczyć za pomocą równania. (4.73)

a, a, a, z, m i n należy odczytać z tabeli 4.16, odpowiadającej oznaczeniu stabilności Pasquill-Gifford, co prawdopodobnie spowoduje uzyskanie maksymalnej wartości stężenia S0 2 na poziomie gruntu. Podczas skanowania tabel 4.15 i 4.16 odpowiadających prędkości wiatru U = 4 m / s wydaje się, że oznaczenie stabilności Pasquill-Gifford D powodowałoby maksymalne stężenie S0 2 . Wartości " z, a" y mi odczytane z tabeli 4.16 są następujące

Dlatego wysokość stosu, która spowodowałaby stężenie S02 na poziomie podłoża w pobliżu 80 μg / m 3 jest

Hs = H e -AH = 200 - 31 = 169 m.

Średnica stosu, D s = 3, 06 m.

Plume Dust Deposition:

Cząstki pyłu, które są emitowane przez stos, zostają zdyspergowane jak gazowe zanieczyszczenia. Ale cząstki większe i gęstsze niż stos gaz / powietrze, zaczynają osadzać się natychmiast po emisji ze względu na siłę grawitacji. Cząsteczki ostatecznie osiągają swoje odpowiednie prędkości końcowe. Prędkość końcowa cząstki o średnicy dpi może być wyrażona jako

gdzie U t, dpi = prędkość końcowa cząstek o średnicy dpi i gęstości p p, m / s

g = przyspieszenie spowodowane grawitacją, m / (s 2 )

dpi = średnica cząstek (m)

p a = gęstość powietrza otoczenia kg / (m 3 )

p p = gęstość cząstek kg / (m 3 )

C D = Współczynnik oporu

Zakładając, że cząstki pyłu mają być kuliste, C D można ocenić za pomocą jednej z następujących zależności w zależności od liczby Reynoldsa cząstek;

Cząsteczki kurzu w końcu osiadają na ziemi. Stosunkowo większe cząstki osadzają się wzdłuż osi pióropusza, podczas gdy drobniejsze cząstki są odkładane dookoła. Ponieważ kierunek wiatru i jego prędkość zmieniają się od czasu do czasu, orientacja smugi zmienia się w konsekwencji.

W związku z tym średni czas osadzania się pyłu szacowany jest w różnych miejscach w funkcji X, czyli odległości z dołu od podstawy stosu. Według Bosanquet i in. szybkość osadzania w punkcie P w odległości X od podstawy stosu można wyrazić jako

F = funkcja U, dpi / U i X / H e (jak pokazano na Rys. 4.21)

H e = równoważna wysokość stosu.

Szybkość osadzania się pyłu w punkcie P na płaszczyźnie osiowej smugi można obliczyć za pomocą równania. (4.82)

Całkowitą szybkość osadzania wszystkich cząstek o różnych rozmiarach można oszacować, sumując szybkości poszczególnych cząstek, jak pokazano poniżej:


Zalecane

Zarządzanie przez cele (MBO): Korzyści i słabość
2019
Top 5 funkcji menedżera
2019
Kwestionariusz Procedura badań marketingowych
2019