Ресурсосбережение и утилизация вредных примесей газовых выбросов

 

1. Расчетный расход топлива ,который учитывает физическое тепло выбросов

,

 – расход топлива в топочном устройстве, ;

 – теплоемкость газовых выбросов, ;

 – низшая теплотворная способность топлива, ;

 – количество газовых выбросов, ;

 – температура газовых выбросов, ;

 – температура воздуха в помещении,

2. Действительный расход топлива , который учитывает тепло выбросов

,

 – низшая теплотворная способность горючих компонентов газовых выбросов, ;

 – количество горючих компонентов, которое содержится в воздухе, используемом на сжатие единицы объема или массы топлива;

,

,

 – концентрация паров в выбросах, ;

 – коэффициент избытка воздуха,

 – теоретическое количество воздуха, необходимое для сжатия технологического топлива  и его расход  превышает количество выбросов L и расход топлива на его очистку методом термического дожигания , то в этом случае очистное устройство не применяется, а вместо него используется технологическое нагревательное устройство в тепловом режиме его работы.

3. Количество воздуха, необходимое для сжигания топлива

;

Принципиальная схема обогрева и вентиляции технологического оборудования с использованием топливосжигающего устройства для попутной термической очистки газовых выбросов.

 

Задача №2.

Из технологической установки удаляются в атмосферу газы в количестве  с температурой , концентрацией паров ксилола  и содержанием кислорода – 18%, .

Природный газ . Ксилол  температура воспламенения , нижний предел взрываемости в смеси с воздухом , конечная концентрация , низшая теплотворная способность . Для технологической установки разработать систему вентиляции и обогрева при условии объединения топочного и очистного устройства в единый агрегат и произвести расчет расхода топлива при условии, что в топочном устройстве расходуется газ в количестве  с коэффициентом избытка воздуха , при годовом фонде времени работы оборудования . Увеличение расхода топлива на технологические нужды не допускается. .

,

 – поступающих в камеру дожига t газовых выбросов, ,

 – температура нагрева газовых выбросов, ,

 – КПД очистного устройства ;

 – теоретическое количество воздуха для сжигания топлива.

Запишем реакцию обезвреживания ксилола термическим методом.

.

1. Определим необходимую степень очистки

где  – концентрация паров ксилола  и содержанием кислорода 18%.

 – теплоемкость газовых выбросов.

2. Находим минимальную температуру в рабочей камере дожигательного устройства

.

3. Расход природного газа на процесс термической очистки определяем по формуле

.

На основе количества газовых выбросов и расхода топлива подбирают типоразмер устройства термической очистки, которое устанавливают на технологическом оборудовании.

4. Оборудование технологической установки автономной системы очистки, как рассмотрено в схеме, не имеет функциональной связи с системой обогрева оборудования и общий расход топлива  будет равен сумме

.

5. Для выполнения задания по разработке системы попутной термической очистки газовых выбросов определяем количество воздуха, необходимое для сжигания технологического топлива,

,

.

6. На основании сравнения приходим к выводу, что все количество газовых выбросов можно обезвредить в топочном устройстве в режиме его технологической эксплуатации.

Находим расчетный расход топлива  в топочно–очистном устройстве с учетом того, что воздух, идущий на горение, обладает физическим теплом

,

 – теплоемкость газовых выбросов.

7. Определяем количество паров ксилола, содержащегося в выбросах, идущих на сжигание одного кубометра природного газа

.

8. Действительный расход  на технологические нужды с учетом химического тепла газовых выбросов

.

9. Экономия природного газа при совмещении с технологической схемой обогрева системы термической очистки по сравнению с автономной составит:

10.

11. Находим экономию топлива за год на технологический процесс и очистку выбросов при использовании способа попутной термической очистки:

,

B_c- общий расход топлива =89,5 м³/ч,

B_д- действительный расход топлива =52,7 м³/ч.

Задача 3

 

На основе совмещения системы каталитического дожигания со схемой обогрева технологического оборудования можно не только снизить дополнительные затраты, но и получить экономический эффект путем превращения горючих компонентов газовых выбросов в источник дополнительной тепловой энергии.

Рассмотрим особенности расчета систем каталитической очистки, совмещенных с энергетической схемой обогрева технологического оборудования.

Принципиальная схема обогрева и вентиляции технологического оборудования с использованием устройства комбинированной термической и каталитической очистки газовых выбросов.

1-11 – то же, что на рис.1;

12 – реактор с катализатором;

13 – заслонка;

14 – линия отсоса газовых выбросов, очищенных каталитическим дожиганием;

15 – подогреватель выбросов, идущих на каталитическую очистку;

16 – линия отсоса газовых выбросов, очищенных термически;

17 – линия возврата очищенных газов на рециркуляцию;

18 – дымосос.

Мощность системы каталитической очистки – сравнивают с мощностью, необходимой на технологический процесс – , и в зависимости от результатов сравнения принимают решение о выборе схемы обогрева технологической установки. При этом имеют место два варианта:

<  или >

В первом случае, когда мощность потребления для системы очистки меньше, чем технологические нужды, последнюю уменьшают и находят как разность

За счет уменьшения количества выбросов в атмосферу установленная мощность  в системе обогрева технологической установки может быть снижена на величину , которую находят из выражения:

1. ;

где  - температура очищенных газов, удаляемых в атмосферу .

Так как тепло от дожигания горючих компонентов поступает в схему обогрева технологической установки, мощность, потребляемая в стационарном режиме работы, может быть уменьшена.

2. Количество тепла от дожигания вредностей , содержащихся в газовых выбросах, находят по формуле:

3. Минимальное количество воздуха, которое должно подаваться в технологическую установку , определяется количеством окислителя, потребным для дожигания самих вредных веществ, паров растворителя и находят из выражения:

,

где  - коэффициент избытка воздуха при каталитическом дожигании;

 - теоретическое количество воздуха, потребное для сжигания 1 кг вредных веществ.

При этом гарантируемый подсос воздуха в технологическую установку не должен быть меньше величины, обеспечивающей концентрацию горючих компонентов не выше 50% от нижнего предела взрываемости в смеси их с воздухом.

 

Пример: Для технологической установки, имеющей мощность для обогрева , , разработать систему каталитической очистки газовых выбросов при условии, что увеличение установленной мощности недопустимо.

 

Решение: При условии выполнения системы каталитической очистки автономной, то есть независимой от схемы обогрева технологического оборудования, общая установленная мощность:

1.  что недопустимо согласно условию задачи.

2. Сравниваем установленную мощность, необходимую на технологический процесс – 300 кВт, с установленной мощностью системы каталитической очистки – 125,5 кВт. Так как > , то мощность технологического электрокалорифера уменьшаем на величину подогревателя системы очистки:

3. Находим количество теплоты на технологический процесс, выделяемое при дожигании паров толуола и используемое в стационарном режиме работы:

4. Определяем количество толуола, которое поступает в рабочую камеру - М_н и количество воздуха, необходимое для его дожигания.

5. Находим количество воздуха, которое следует подавать в рабочую камеру, чтобы гарантировать в ней содержание паров толуола не выше 50% от нижнего предела взрываемости.

6. Значения величин  и  сравниваем и по большему из них устанавливаем выброс в атмосферу очищенных газов. Следовательно, каталитической очистке подвергаем 1500 , а удаляем в атмосферу только 542 .

7. Определяем величину дополнительного снижения установленной мощности электрокалорифера в системе подогрева сушильного агента за счет сокращения количества газовых выбросов в атмосферу. Температуру, с которой очищенные газы удаляются в атмосферу принимаем 200 .

8. Находим действительную мощность - электрокалорифера, установленного в системе подогрева сушильного агента и мощность, потребляемую им в стационарном режиме работы сушильной установки .

Так как условие -

Соблюдается, то выполнение системы каталитической очистке по упрощенной схеме является оптимальным вариантом.

9. Подсчитаем экономию электроэнергии на сушильной установке с использованием аппарата каталитической очистки для целей ее обогрева по сравнению с аналогичной установкой без очистки газовых выброс при двухсменной работе, годовой фонд времени примем  .

.