Dujinių nuotekų šalinimas (su diagrama)

Dujinių nuotekų šalinimas!

Pramoniniame įrenginyje susidarantis dujinis nuotėkis turi būti galutinai išleidžiamas į atmosferą. Prieš jį išleidžiant, jis turi būti tinkamai apdorotas, kad teršalų (tiek kietųjų dalelių, tiek dujinių) koncentracija sumažėtų iki leistinų ribų. Išmetimas / šalinimas atliekamas per kaminą.

Stiebas arba kaminas yra vertikalus cilindrinis arba stačiakampis vamzdis. Kai dujinis srautas išleidžiamas per kaminą, sraute esantys teršalai patenka į atmosferą. Sraigtas negali sumažinti esamų teršalų, tačiau išleidžia teršalą tinkamame aukštyje, kad kai teršalai pasklinda atgal į žemės paviršių, jų koncentracija būtų mažesnė už leistiną kiekvieno teršalo ribą net esant nepalankiausioms oro sąlygoms.

Kadangi dujų srautas išsiskiria iš kamino, jis kinetine energija ir plūdrumu teka aukštyn iki tam tikro aukščio, kol jis nuvalomas horizontaliai vėjo kryptimi. Dujų sraute esantys teršalai (atsiradę iš kamino) dėl molekulinės ir sūkurinės difuzijos susidaro tiek horizontaliai, tiek vertikaliai. Dujinio srauto iš kamino ir susidariusio plūgo profilio idealiomis sąlygomis poveikis yra brėžtas 4.18 pav.

Tikrasis „Plume“ profilis:

Tikrasis sraigto profilis žemyn priklauso nuo temperatūros gradiento troposferoje, vėjo greičio ir topografijos artimiausioje kamino vietoje. Troposferinės temperatūros gradientas priklauso nuo saulės spinduliavimo intensyvumo per dieną ir debesų dangų laipsnį naktį.

Teršalų išsklaidymas plume priklauso nuo vertikalaus oro judėjimo, atsirandančio dėl troposferos temperatūros gradiento ir taip pat nuo vyraujančio vėjo greičio. Remiantis pirmiau minėtais veiksniais, atmosferos būklė buvo suskirstyta į skirtingas stabilumo klases. 4.15 lentelėje išvardyti Pasquill-Gifford stabilumo ženklai.

4.19A - G paveiksluose pateikiami įvairių tipų sūkurinio profilio tipai, atitinkantys atmosferos stabilumo sąlygas.

a) Tikrasis troposferos temperatūros gradientas, palyginti su sausuoju adiabatiniu gradientu.

Adiabatinis temperatūros gradientas, ———–

Faktinis temperatūros gradientas, ————-

(b) Plume profilis

T = temperatūra. U = vėjo greitis

Z = aukštis

Stack Design požiūris:

4.8 skyriuje paminėta, kad atlieka dujų srautas išleidžiamas tinkamu aukščiu nuo žemės. Išpylus išmetamųjų dujų sudedamąsias dalis (įskaitant teršalus, jei jų yra), jie išsklaidomi. Kai kurios jų dalys pasklinda atgal į žemės paviršių.

Norint suprojektuoti kaminą, reikia rasti jo aukštį H _s, kad teršalų, išsklaidytų atgal į žemę, koncentracija neturėtų būti didesnė už atitinkamas leistinas ribas net blogiausiomis atmosferos sąlygomis. Taip pat būtina įvertinti kamino skerspjūvio plotą, kad slėgis prie kamino pagrindo būtų pakankamas, kad būtų galima įveikti dujų srauto srautą per kaminą.

Stekų aukščio įvertinimas:

Stekų aukštis gali būti įvertintas naudojant kai kuriuos empirinius ryšius arba naudojant pusiau empirinį metodą. Empiriniuose santykiuose neatsižvelgiama į oro sąlygas, o pusiau empirinis metodas atsižvelgia į plūgo kilimą, vėjo greitį ir oro sąlygas. Savaime suprantama, kad antrasis metodas leidžia geriau įvertinti kamino aukštį.

Empirinis metodas:

Toliau išvardytos empirinės lygtys gali būti naudojamos kamino aukščio įvertinimui:

Jei apskaičiuoti H _s naudojant Eq. (4.64e) arba (4.64f) turi būti daugiau nei 30 m, tada apskaičiuotas kamino aukštis turėtų būti priimtas.

Pusiau empirinis metodas:

Šiuo požiūriu kamino aukštis apskaičiuojamas pagal šiuos veiksmus:

I etapas:

Manoma, kad kamino aukštis, H _s, prielaida, kad aukštis gali būti toks, kuris apskaičiuojamas taikant empirinį metodą, aprašytą 4.8.2.2 skirsnyje.

II etapas:

Plume kilimas, ∆H, apskaičiuojamas naudojant tinkamą pusiau empirinę lygtį. Kelios literatūroje pateiktos lygtys išvardytos 4.8.2.5 skirsnyje. Šios lygtys grindžiamos prielaida, kad plume kilimą įtakoja du veiksniai, būtent:

i) išdavimo srauto momentas iš kamino ir. \ t

ii) srauto plūdrumas, atsirandantis dėl kamino dujų tankio ir aplinkos oro tankio fiziniame kamino aukštyje skirtumo. Įvairių autorių siūlomos koreliacijos pagrįstos turimais duomenimis. Kai kurie autoriai, vertindami koreliacijas, atsižvelgė į oro stabilumo kriterijų.

Step-Ill:

Efektyvus kamino aukštis H imamas kaip

IV etapas:

Naudojant Eq. (4.67) ir apskaičiuotas H _e, didžiausia kiekvieno skirtingo teršalo koncentracija (esanti nuotekų dujų sraute) ant žemės lygio yra apskaičiuota pagal skirtingus atmosferos stabilumo žymenis. Jei jos yra atitinkamose leistinose ribose, tada prielaida, kad H _s yra faktinis kamino aukštis. Jei ne, tuomet, remiantis aukštesne H _s verte, nei ankstesni, remiantis II, III ir IV pakopomis, kartojami tol, kol nustatomas priimtinas Hs, atitinkantis IV etape nurodytą kriterijų.

Teršalo koncentracijos profilis „Plume“:

Remiantis šiomis prielaidomis, buvo parengta lygtis, išreiškiantis teršalo koncentracijos profilį sraute, susidariusiame dėl nepertraukiamo taško šaltinio pastovios būsenos sąlygomis.

ir (iii) koncentracijos profilis bet kurioje vėjo vietoje (x, y, z) seka Gauso normalizuotą tikimybės pasiskirstymo kreivę K ir Z kryptimis.

Remiantis pirmiau minėtomis prielaidomis, išvestinė lygtis, atspindinti koncentracijos profilį, yra

kur C _{x, y, z} = teršalo koncentracija vietoje, kurioje yra koordinatės x, y & z,

Q = konkretaus išmetamo teršalo masė per laiko vienetą,

U = vėjo greitis aukštyje H _e,

σ _y = dispersijos koeficiento nuokrypis y kryptimi;

ir σ _Z. = dispersijos koeficiento standartinis nuokrypis z kryptimi.

Skaitmeninės σ _v ir σ _z vertės priklauso nuo oro sąlygų, vėjo greičio ir vietos atstumo nuo kamino pagrindo horizontalioje vėjo kryptimi, ty X koordinatės.

Eq. (4.66) yra padidėjusi taršos koncentracija dėl žemės refleksijos.

Bet kurio teršalo koncentracija bet kuriame X būtų maksimalus srauto centrinės linijos, atitinkančios y = 0 ir Z = H _e, esant „neutralioms sąlygoms“. Bet kokio teršalo požeminės koncentracijos po pločio centrine linija išraiška būtų

Tai

yra, jų santykis yra nepriklausomas nuo X, tada didžiausio bet kurio konkretaus teršalo koncentracija žemėje gali būti išreikšta kaip

kur _Xmax yra atstumas nuo kamino pagrindo į priekį vėjo kryptimi, kur teršalų koncentracija būtų maksimali žemėje.

Tai reiškia, kad toje pačioje vietoje, ty X _max

Empiriškai apskaičiuotų σ _y ir σ _z reikšmių, atitinkančių skirtingus kokybinio stabilumo žymenis, parametrai yra parodyti 4.20 A ir 4.20 B paveiksluose.

Pasquill-Gifford stabilumo pavadinimai:

A: Labai nestabilus

B: Vidutiniškai nestabilus

C: Šiek tiek nestabilus

D: Neutralus

E: Šiek tiek stabilus

F: Vidutiniškai stabilus.

Po šio metodo σ _z, x _max yra apskaičiuotas naudojant Eq. (4.70) pagal jau apskaičiuotą H _e Eq vertę. (4.65). Atitinkamai pagal apskaičiuotą σ _z X _max ir prielaidų stabilumo kategoriją, X skaitoma iš 4.20B pav. Toliau iš 4.20A pavaizduota a _y, atitinkanti X (skaityti anksčiau nuo 4.20B pav.) Ir anksčiau prisiimtą stabilumo kategoriją. Naudojant apskaičiuotas o ir σ _y reikšmes, σ _z, C _{X max,, 0, 0} Apskaičiuotas kiekvienam teršalui, naudojant Eq. (4.69).

Kiekvieno teršalo apskaičiuotas C _{X max} turi būti lyginamas su leistina riba. Jei nė vieno iš teršalų apskaičiuota C Xmax neviršija jų ribos, pirmiau nurodyta procedūra turi būti pakartota kiekvienai kitai stabilumo kategorijai. Jei bet kuriam teršalui apskaičiuota C Xmax viršija bet kurios stabilumo kategorijos ribą, pirmiau išvardyti II, III ir IV etapai turi būti pakartoti darant prielaidą, kad aukštesnė H _s vertė yra ta, kuri buvo priimta anksčiau, kol bus pasiektas tinkamas sprendimas.

Fig. 4.20A ir 4.20B reikia pažymėti, kad koreliacija tarp σ _y ir X gali būti pakankamai gerai atstovaujama santykiui σ _v = σ _y Xb, bet tarp o. ir X neatitinka koreliacijos σ _z = a _z X ^b

Geresnė koreliacija turėtų formą

Nustatyta, kad a ' _y a _z ir n reikšmės priklauso nuo atmosferos stabilumo žymėjimo. Literatūroje aprašyti įvairūs „ _y a ' _z m ir n įvertinimai. Vienas toks įvertinimas pateiktas 4.16 lentelėje.

Geresnė kamino aukščio įvertinimo procedūra būtų laikytis 4.8.2.3 skirsnyje išvardytų veiksmų kartu su Eq. (4.73) vietoj Eq. (4.69).

Plume Rise koreliacijos:

Skirtingi tyrėjai bandė koreguoti plume kilimą (AH) su atitinkamais kintamaisiais. Kai kurie iš jų išvardyti toliau.

1. Olandijos lygtis galbūt yra anksčiausia, o tai yra paprasta.

kur ∆H = plume kilimas, (m)

U = vėjo greitis, (m / s)

U _s = kamino dujų greitis kamino išėjime, (m / s)

D _s = kamino skersmuo išėjime, (m)

P = kamino dujų slėgis išėjime, (kPa)

T _s = kamino dujų temperatūra išėjime, (K)

T _a = aplinkos oro temperatūra fizinio kamino aukštyje, (K)

Kadangi ši lygtis neatsižvelgia į atmosferos stabilumo būklę, Olandija pasiūlė, kad apskaičiuotas AH turėtų būti padaugintas iš 1, 1 koeficiento. 1, 2 nestabilios būklės ir 0, 8 iki 0, 9 stabilios būklės. Vėlesni tyrimai parodė, kad Olandijos lygtis suteikia gana konservatyvų AH įvertinimą nuo 2 iki 3.

2. Mozė ir Carsonas pasiūlė lygtis, kurios priklauso nuo toliau pateiktų stabilumo kriterijų:

3. ASME Task Group rekomendavo dvi lygtis. Dėl nestabilių ir neutralių sąlygų rekomenduojama lygtis yra:

Stekų skerspjūvio ploto / skersmens ir kamino slėgio kritimo įvertinimas:

Srauto dujų tūrio srautas gali būti išreikštas kaip

kur

= vidutinė dujų srauto tėkmės sparta (tūrio srautas prie kamino pagrindo ir, kad viršuje būtų kitoks, nes kamino dujų temperatūra kinta nuo pagrindo iki viršaus dėl šilumos nuostolių per krūvą) (m ³ / s).

D _s = vidutinis kamino skersmuo, m.

Darant prielaidą, kad tinkamas kamino dujų greitis 10-15 m / s intervale, kamino skerspjūvio plotas / skersmuo gali būti įvertintas naudojant Eq. (4.77).

Kai žinomas kamino dujų greitis (Us), kamino skersmuo ( _DS ) ir kamino aukštis, kamino slėgio kritimo / kamino pagrindo slėgis gali būti apskaičiuojamas naudojant modifikuotą Bernoulli (energijos balanso) lygtį, kaip nurodyta toliau:

4.5 pavyzdys:

Kietas krosnis turi būti suprojektuotas kaminai, kurioje turi būti sudegintos 500 T anglies, turinčios 2% sieros, 20% pelenų ir likusios anglies.

Projektavimo tikslais gali būti naudojama ši informacija / duomenys:

Sprendimas:

Stekų aukštis (H _s ) Įvertinimas:

i) Remiantis empiriniu metodu Eq. (4.64e)

(ii) Išankstinis efektyvaus kamino aukščio H _{e įvertinimas} gaunamas naudojant Eq. (4.65)

H _e = H _s + ∆H

Plume padidėjimas (∆H) apskaičiuojamas naudojant Olandijos lygtį, Eq. (4.74).

iii) didžiausia SO ₂ koncentracija turi būti apskaičiuojama naudojant Eq. (4.73)

a'y, a ' _z, m ir n turi būti skaitomi iš 4.16 lentelės, atitinkančios Pasquill-Gifford stabilumo žymenį, kuris gali sukelti maksimalią S0 ₂ koncentracijos vertę ant žemės. Skenuojant 4.15 ir 4.16 lenteles, atitinkančias vėjo greitį U = 4 m / s, atrodo, kad Pasquill-Gifford stabilumo žymėjimas D sukeltų maksimalią S0 ₂ koncentraciją. Iš 4.16 lentelės skaitomos a ' _z, a' _y m ir n vertės

Todėl kamino aukštis, kuris sukeltų žemės lygio S0 ₂ koncentraciją, artimą 80 μg / m ³

H _s = H _e - ∆H = 200 - 31 = 169 m.

Kamino skersmuo, D _s = 3, 06 m.

Plume Dust Deposition:

Dulkių dalelės, kurios išskiriamos per kaminą, išsiskiria kaip dujiniai teršalai. Bet dalelės, kurių dydis ir tankis didesnis nei kamino dujos / oras, pradeda nusodinti iš karto po emisijos dėl gravitacijos jėgos. Galiausiai dalelės pasiekia atitinkamus galinius greičius. Dalies, kurios skersmuo yra dpi, galinis greitis gali būti išreikštas kaip

kur U _t, _dpi = dalelių, kurių skersmuo dpi ir tankis p _p, m / s, galinis greitis

g = pagreitis dėl gravitacijos, m / (s ² )

dpi = dalelių skersmuo (m)

p _a = aplinkos oro tankis kg / (m ³ )

p _p = dalelių tankis kg / (m ³ )

C _D = pasipriešinimo efektas

Darant prielaidą, kad dulkių dalelės yra sferinės, C _D gali būti vertinamas pagal bet kurį iš šių santykių, priklausomai nuo dalelių Reynolds skaičiaus;

Galiausiai dulkių dalelės nusėda ant žemės. Santykinai didesnės dalelės išsiskiria palei ašies ašį, o smulkesnės dalelės kaupiasi aplink. Kadangi vėjo kryptis ir jos greičio keitimas kartais keičiasi, plume orientacija keičiasi.

Todėl laiko vidutinis dulkių nusėdimo greitis yra apskaičiuojamas skirtingose vietose kaip X funkcija, vėjo atstumas nuo kamino pagrindo. Pasak Bosanquet et al. nusodinimo greitis P taške X atstumu nuo kamino pagrindo gali būti išreikštas kaip