Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Расчет образования и расчет рассеивания загрязняющих веществ при производстве листового стекла.doc
Скачиваний:
84
Добавлен:
01.05.2014
Размер:
441.86 Кб
Скачать

Введение

Проблема защиты окружающей среды – одна из важнейших задач современности. Выбросы промышленных предприятий, энергетических систем и транспорта в атмосферу, водную среду и почву в современном мире достигли таких размеров, что в ряде районов, особенно в крупных промышленных городах, уровни загрязнений существенно превышают допустимые санитарные нормы.

Главную опасность представляет собой загрязнение атмосферы. На величину концентраций вредных примесей в атмосфере влияют метеорологические условия, определяющие перенос и рассеивание примесей в воздухе, смена направления и скорости ветра и др.

Пылевые выбросы являются наиболее распространенными и массовыми загрязнениями атмосферы в промышленности. Миграция пылевых облаков в густонаселенные районы городов помимо трудности их локализации и обезвреживания опасны еще и тем, что они на своей поверхности, как правило, адсорбируют значительно более вредные загрязняющие вещества, например хлороорганику, диоксины и сернистый ангидрид.

Это обостряет экологическую обстановку в городах, в связи с чем ужесточаются и экологические требования к стекольному производству – возрастает контроль органов экологии, разрабатываются новые нормативные документы, предполагающие снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Разработка новых экологически «чистых» технологий нуждается в качественно новом уровне экологического воспитания. В реальной практике стекольного производства нельзя избавиться от пылевого загрязнения атмосферы, но и при действующих технологиях можно значительно понизить пылевые выбросы.

Стекловое производство является умеренным источником загрязнения атмосферного воздуха по сравнению с химическими, металлургическими и другими предприятиями. Выбросы загрязняющих веществ содержат, в основном, пыль и газообразные вещества, такие как: диоксид углерода, оксиды азота и бенз(а)пирен.

Производство листового стекла оказывает вредное воздействие на экологическую среду по следующим направлениям: тепловое загрязнение, пыль со складов хранения сырья, дымовые газы, вредные вещества в выбросах в атмосферу, отходы производства, сточные воды.

В процессе производства образуются следующие отходы:

Твердые отходы: стеклобой, пыль при транспортировке шихты, отходы от упаковочных материалов, отходы огнеупорных материалов печей и др.,

Газообразные выбросы: продукты сгорания природного газа, содержащие диоксид углерода, оксид азота и небольшое количество

бенз(а)пирена, потоки стекловарения и подготовки шихты и др.,

Сточные воды: от моечной машины, водные суспензии с пылью шихты и т.д.,

Токсичные растворы и выбросы: испарения расплава олова.

А так же при работе автопогрузчика и машин для вывоза готовой продукции образуются выхлопные газы.

Во время загрузки шихты происходит активное выделение пыли, содержащей мелкодисперсную фракцию практически всех сырьевых материалов. В печи этот процесс усложняется плавлением и разложением компонентов с выделением газообразных оксидов азота, углерода, бензаперена, паров воды и т.д.

Более 90% производимого в мире стекла варится в газопламенных печах, сжигающих топливную смесь газ-воздух. На горение газа расходуется кислород, содержание которого в воздухе 20 об%, а балластный азот в количестве 60-70 об % при высокой температуре окисляется до NOx и выбрасывается атмосферу.

При сжигании природного газа в стекловаренной печи, образуются диоксид углерода, оксид азота и небольшое количество бенз(а)пирена. В последствии эти соединения выводятся в атмосферу посредством дымовой трубы, высота которой 20м, а диаметр её устья равен 1,2м, где впоследствии рассеиваются в окружающую среду.

1. Расчет образования загрязняющих веществ

1.1 Пыление при транспортировке и обработке шихты

Пыление на складах относится к неорганизованным источникам выбросов. В большинстве случаев все технологические процессы сопровождаются активным пылением как внутри помещения, так и на открытых площадках. В основном это связано с разгрузочными работами из автомобильного или железнодорожного видов транспорта или связано с пересыпкой в бункера, на специальные транспортеры ил другое технологическое оборудование.

Шихта - это сухая смесь материалов, которые подаются в печь для получения стекломассы. Главное в процессе составления шихты, это отвешивание компонентов в определенных пропорциях и их перемешивание, с целью получения однородной массы. Процесс приготовления шихты автоматизирован.

Состав шихты:

   Песок кварцевый (69-74% по составу смеси) ГОСТ 22551-77

   Мука доломита (5-12%) ТУ 5716-005-21079129-00

   Сода кальцинированная техническая (12-16%) ГОСТ 5100-85

   Сульфат натрия технический ГОСТ 6318-77

   Мел технологический ТУ 95-2317-91

   Глинозем ГОСТ 30558-98

   Селитра натриевая (натрий азотнокислый технический) ГОСТ 828-77

  Обесцвечиватели: оксид церия, селен, оксид кобальта.

Доломит – осадочная горная порода, широко распространен в России и за рубежом. Добычей доломита в России занимаются большое количество предприятий. Рынок доломита конкурентен и насыщен.

Кварцевый песок – очень широко распространённый минерал, является существенной составной частью многих горных пород, а также месторождений полезных ископаемых самого разнообразного генезиса. Тем не менее, для производства стекла используются кварцевые пески специфических марок ВС-050-1 и Б-100-1, разрабатываемые месторождения которых достаточно локализированы.

Кальцинированная сода – техническое название натриевых солей угольной кислоты. Производство возможно как добыча природных залежей, так и промышленным способом из аммиака. Является очень важным компонентом при производстве целлюлозно-бумажной промышленности, некоторых продуктов химического производства и стекла.

Увлажнение шихты до 4 – 5% уменьшает пыление и предупреждает или уменьшает расслоение шихты при ее хранении и транспортировании. Массовая доля влаги в шихте после смешивания, % - 5,0 + 0,2. Массовая доля

влаги в шихте на загрузочных карманах ЛТФ-1,2,4, % - 4,6+0,1. В процессе стекловарения происходит угар шихты. Величина угара шихты составляет 17%, соответственно коэффициент угара равен 0,83.

Стеклобой добавляют в шихту для ускорения варки стекла. Изначально его сортируют для удаления крупных включений, промывают в специальных боемойках или на грохотах, в струе воды, и для более тщательной очистки подвергают магнитной сепарации.

Сырье для изготовления стекла доставляется на завод железнодорожными вагонами типа: «четырехосный вагон-хоппер для сыпучих грузов, модель 25-4086». Далее сырье выгружается и хранится в силосных баках, что позволяет исключить запыленность воздуха рабочей зоны и с помощью пылеулавливания свести выброс пыли в атмосферу до минимума.

Затем все составляющие шихты подаются скребковыми конвейерами в смеситель. Скребковые конвейеры выгодно отличаются от ленточных и пластичных своей герметичностью, что позволило снизить запыленность воздуха заготовительных цехов стеклозавода.

При всех этих операциях происходит активное пыление. Интенсивность пыления зависит от влажности материалов, характера сырья, степени механизации технологического процесса. Количество образующейся пыли достигает для шихт стекольных заводов 1,6% от массы приготовляемой шихты. Максимальные пылепотери приходятся на материалы известняковой группы и полевого шпата (до 85% от общего количества пыли).

Максимальные массовые выбросы при пересыпке материалов рассчитываются по формуле:

,(г/с)

К1 – доля пылевых фракций в материале, т.е общее количество пыли в долях единицы, содержащееся во всей массе перерабатываемого материала.

К2 – доля пыли от общего количества пыли, которое переходит во взвешенное состояние (аэрозоль).

Таблица №1 – коэффициенты К1 и К2 для определения количества выбросов пыли от неорганизованных источников.

Материал

Плотность материала, г/см³

, мг

,мг

Известняк

2,7

0,04

0,02

Доломит

2,7

0,05

0,02

Мел

2,7

0,05

0.07

Песок

2,6

0,05

0,03

Сульфат

2,7

0,005

0,02

К3 – коэффициент, учитывающий конструкцию покрытия и степень защищенности узла от внешних воздействий.

0,01 ≤ К3 ≤ 1

К4 – увеличение выноса пыли от материалов за счет действия ветра.

К5 – учитывает влажность материала.

К6 – учитывает крупность материала (зернистость).

G – производительность узла переработки материала (т/час).

В’ – коэффициент, учитывающий высоту пересыпки.

Расчет неорганизованных выбросов при разгрузке сырья из вагона:

К3=0,01

К4=1(м/с)

К5=0,6

G=80(т/час)

В’=0,7

Таблица №2 – количество неорганизованных выбросов при разгрузке сырья из вагона.

Составляющее шихты

Количество выбросов, г/с

Известняк

0,075

Доломит

0,093

Мел

0,327

Песок

0,14

Сульфат

0,0093

1.2 Расчет выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта

Автомобильный транспорт является дополнительным источником выброса загрязняющих веществ в атмосферу.

На предприятии по производству листового стекла имеется три автопогрузчика марки ГАЗ-51 и семь машин марки Газель, предназначенных для транспортировки стекла за пределы предприятия.

Эти марки автомобильного транспорта имеют бензиновый двигатель. И для них рассчитываются выбросы – оксида углерода, углеводород, оксидов азота в пересчете на диоксид азота, оксидов серы и соединений свинца.

Максимальный выброс i-го вещества в день при перемещении автотранспорта внутри предприятия рассчитывается по следующей формуле:

, (г/мс)

Где mпрik – удельный выброс i-го вещества, при прогреве двигателя автомобиля k-ой группы (г/мин);

tпр – время прогрева двигателя (мин);

mLik – пробеговый выброс i-го вещества автомобилем k-ой группы при движении со скоростью 10-20км/час (г/км);

L – пробег по территории стоянки, км;

mxxik – удельный выброс i-го вещества при работе двигателя автомобиля k-ой группы на холостом ходу (г/мин);

txx – время работы двигателя на холостом ходу при выезде с территории стоянки и возврате на нее, мин;

Nк – количество автомобилей k-ой группы, выезжающих со стоянки за 1 час. Характеризующийся максимальной интенсивностью выезда автомобилей.

На территории предприятия работает три автопогрузчика.

Таблица №3 - технические характеристики автопогрузчика

Грузоподъемность

5000 кг

Скорость подъема вилки

Без груза

С грузом

10,0 м/мин

Наибольшая скорость передвижения

36,0 км/час

Высота подъема груза

4,0 м

Преодолеваемый подъем с грузом

10 град

Двигатель (тип)

ГАЗ-51

Мощность

70,0 л/с

Радиус поворота

3700 мм

Габаритные размеры

5022х2250х3260


, (г/мс)

Так как автомобилей три, то

МСО = 3*0,027 = 0,081, (г/мс)

Так же на предприятии ежедневно происходит передвижение семи автомобилей марки КамАЗ 53202.

Таблица №4 – технические характеристики автомобиля для перевозки стекла

Марка автомобиля

КамАЗ 53202

Габариты

2300х1810х1950(h)мм

Максимальная длина изделия

2250 мм

Максимальная высота изделия

2000 мм

Максимальная несущая способность

1200 кг

Масса

350 кг


Так как автомобилей семь, пересчитаем:

МСО = 0,00269*7 = 0,01883

Муглев. = 0,000379*7=0,002653

МNO2 = 0,000743*7 = 0,0052

Mсажа = 0,0000424*7 = 0,000297

Мсерн. ангидрид = 0,000106*7 = 0,000742

1.3 Расчет образования загрязняющих веществ, при сжигании природного газа в стекловаренной печи

Ванная печь непрерывного действия. Тип печи – регенеративная, проточная с подковообразным направлением пламени. Конструктивно печь имеет варочный и выработочный бассейн, соединенные между собой по стекломассе протоком.

Для загрузки шихты и стеклобоя печь оборудована двумя герметизированными загрузочными карманами, расположенными по ее боковым сторонам.

Варочный бассейн печи отапливается природным газом. Для отопления варочного бассейна, печь оборудована шестью горелками, расположенными с торцевой стены ванной печи, противоположной ее выработочной части.

Удаление дымовых газов из варочного бассейна стекловаренной печи осуществляется через систему дымовых каналов, оснащенных дымовоздушными клапанами, отсечным, поворотным шиберами и металлической дымовой трубой при помощи основного и резервного дымососов ДН-9У.

Для использования тепла отходящих дымовых газов, печь оборудована регенераторами с насадкой типа «Лихтер» с ячейками 170х170.

Тепло отходящих газов используется также в котле-утилизаторе.

Стекловаренная печь, предназначается для варки стекла и его подготовки к формованию. Шихта в процессе нагревания проходит стадии силикатообразования, взаимного растворения силикатов и остаточного кремнезёма, осветления (обезгаживания), а затем превращается в стекломассу, пригодную для формования изделий.

Таблица №5 – технические характеристики стекловаренной печи.

Длина бассейна

30 м

Ширина

10 м

Глубина

1,2 м

Вместительность бассейна

2,5 тыс. тонн

стекломассы

Производительность

300 т/сут.

Температура в бассейне

1550 ºС



При сжигании природного газа в стекловаренной печи образуются: оксид азота, диоксид углерода и бенз(а)пирен.

Таблица №6 – средний состав природного газа, его теплота сгорания, плотность, объемы воздуха и продуктов сгорания при α=1.

газопровод

Состав газа, % по объему

, МДж/м3

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

(более)

N2

CO2

Брянск – Москва

92,8

3,9

1,1

0,4

0,1

1,6

0,1

37,31

газопровод

ρ,

кг/м3

V0

VRO2

V0RO2

V0H2O

V0r

м33

Брянск – Москва

0,775

9,91

1,06

7,84

2,20

11,11

1.3.1 Расчет выбросов оксидов углерода

Суммарное количество оксидов углерода, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, рассчитывается по формуле:

, г/с

, где

ССО – выход оксида углерода при сжигании определенного вида топлива.

В – расход топлива (м³/ч).

–низшая теплота сгорания (Мдж/м³).

R – коэффициент, учитывающий долю потерь теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива за счет содержания СО2 в продуктах сгорания.

q3потери теплоты от химической неполноты сжигания топлива (%).

q4 – потери от механической неполноты сгорания топлива (%).

В=800(м3/ч);

=37,31 (мДж/м³);

R=0,5 – для газа;

q3=0,15%;

q4=0%;

, (г/с)

1.3.2 Расчет выбросов оксидов азота

Суммарное количество оксидов азота NOx в пересчете на NO2 (г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, рассчитывается по формуле:

MNO2=BРKNO2 βК (1-)(1-) kп

BР – расчетный расход топлива (м3/сек);

–низшая теплота сгорания (Мдж/м³);

KNO2 – удельный выброс оксидов азота, при сжигании газа (гр/мДж);

QT – фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу.

QT= BР

βК безразмерный коэффициент, учитывающий конструкцию горелки.

−коэффициент, который учитывает температуру воздуха, подаваемого для горения;

=1+0,002(tгв – 30)

−коэффициент, который учитывает влияние избытка воздуха на образование оксида азота;

–коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота.

r – степень рециркуляции дымовых газов (%);

–безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру;

–доля воздуха, подаваемого в промежуточную зону факела (в % от общего количества воздуха);

kп – коэффициент пересчета.

3/сек);

=37,31 (мДж/м³);

βК=1,6 для горелок инжекционного типа;

=1,225 в общем случае;

kп=1 при определении выбросов в гр/сек;

(г/с)

1.3.3 Расчет концентрации бенз(а)пирена в отходящих дымовых газах

Расчетная формула содержания бенз(а)пирена в уходящих газах при сжигании мазута рассчитывается по формуле:

–объемная плотность теплового потока при номинальной нагрузке, которая рассчитывается по формуле;

–коэффициент избытка воздуха за пароперегревателем;

–расход топлива (м³/ч);

–низшая теплота сгорания натурального топлива (мДж/м³);

–объем пламенного пространства (м³);

, (кВт/м3)

, (г/м3)

При сжигании газообразного топлива было замечено, что общие закономерности образования бенз(а)пирена сохраняются. Однако, концентрация бенз(а)пирена при всех аналогичных условиях фиксируется в меньшую сторону и оказывается примерно в 5 – 8 раз меньше. Поэтому при сжигании газообразного топлива концентрация бенз(а)пирена рассчитывается по формуле:

, (г/м3)