Thải bỏ một chất thải khí (Có sơ đồ)

Xử lý một nỗ lực khí!

Một dòng nước thải khí được tạo ra trong một đơn vị công nghiệp cuối cùng phải được thải vào khí quyển, . Trước khi thải, nó phải được xử lý đúng cách để làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm (cả hạt và khí) đến giới hạn cho phép của chúng. Xả / xử lý được thực hiện thông qua một ngăn xếp.

Một chồng hoặc ống khói là một ống dẫn hình trụ hoặc hình chữ nhật thẳng đứng. Khi một dòng khí được thải qua một đống, các chất ô nhiễm có trong dòng được phân tán vào khí quyển. Một đống không thể làm giảm các chất ô nhiễm có mặt, nhưng nó giải phóng chất ô nhiễm ở độ cao phù hợp để khi các chất ô nhiễm khuếch tán trở lại bề mặt trái đất, nồng độ của chúng sẽ nằm dưới giới hạn cho phép của mỗi chất ô nhiễm ngay cả trong điều kiện thời tiết bất lợi nhất.

Khi một luồng khí phát ra từ một ngăn xếp, nó chảy lên một độ cao nào đó do động năng và độ nổi của nó trước khi nó bị gió cuốn đi theo hướng ngang. Các chất ô nhiễm có trong dòng khí (sau khi nổi lên từ ngăn xếp) bị phân tán cả theo hướng ngang và dọc vì khuếch tán phân tử và xoáy. Công suất của dòng khí từ ngăn xếp và hồ sơ của kết quả tạo ra trong điều kiện lý tưởng được phác họa trong hình 4.18.

Hồ sơ Plume thực tế:

Hồ sơ luồng gió thực tế phụ thuộc vào độ dốc nhiệt độ trong tầng đối lưu, tốc độ gió và địa hình trong vùng lân cận ngay lập tức của một chồng. Độ dốc nhiệt độ tầng đối lưu phụ thuộc vào cường độ bức xạ mặt trời đến vào ban ngày và mức độ che phủ của mây vào ban đêm.

Sự phân tán các chất ô nhiễm trong một chùm khí phụ thuộc vào sự chuyển động của không khí theo chiều dọc do độ dốc nhiệt độ tầng đối lưu và cũng phụ thuộc vào tốc độ gió phổ biến. Dựa trên các yếu tố đã đề cập ở trên, điều kiện khí quyển đã được phân loại thành các lớp ổn định khác nhau. Trong Bảng 4.15, chỉ định độ ổn định của Pasquill-Gifford được liệt kê.

Hình 4.19A - G cho thấy các loại hồ sơ khác nhau tương ứng với các điều kiện ổn định khí quyển khắc nghiệt.

(a) Độ dốc nhiệt độ tầng đối lưu thực tế so với độ dốc ruột thừa khô.

Độ dốc nhiệt độ đáng tin cậy

Độ dốc nhiệt độ thực tế, trên màn hình

(b) Hồ sơ cá nhân

T = nhiệt độ. U = vận tốc gió

Z = độ cao

Phương pháp thiết kế ngăn xếp:

Nó đã được đề cập trong Phần 4.8 rằng một ngăn xếp được sử dụng để xả dòng khí thải ở độ cao phù hợp từ mặt đất. Sau khi thải ra, các thành phần (bao gồm các chất gây ô nhiễm, nếu có) của khí thải được phân tán. Một số phần của chúng khuếch tán trở lại bề mặt trái đất.

Để thiết kế một chồng, người ta phải tìm chiều cao H s, sao cho nồng độ các chất ô nhiễm, đã khuếch tán trở lại mặt đất, không được vượt quá giới hạn cho phép của chúng ngay cả trong điều kiện khí quyển tồi tệ nhất. Cũng cần ước tính diện tích mặt cắt ngang của ngăn xếp sao cho áp suất ở đế của ngăn xếp đủ để vượt qua khả năng chống dòng chảy của dòng khí qua ngăn xếp.

Ước tính chiều cao ngăn xếp:

Chiều cao ngăn xếp có thể được ước tính bằng cách sử dụng một số quan hệ thực nghiệm hoặc sử dụng phương pháp bán thực nghiệm. Các mối quan hệ thực nghiệm không xem xét đến điều kiện thời tiết, trong khi phương pháp bán thực nghiệm có tính đến sự gia tăng của khói, vận tốc gió và điều kiện thời tiết. Không cần phải nói rằng cách tiếp cận thứ hai cho một ước tính tốt hơn về chiều cao ngăn xếp.

Phương pháp thực nghiệm:

Các phương trình thực nghiệm được liệt kê dưới đây có thể được sử dụng để ước tính chiều cao của ngăn xếp:

Nếu H s tính toán sử dụng phương trình. (4, 64e) hoặc (4, 64f) dài hơn 30 m, nên chấp nhận chiều cao ngăn xếp tính toán.

Phương pháp bán thực nghiệm:

Trong phương pháp này, chiều cao ngăn xếp được ước tính thông qua các bước sau:

Bước-I:

Một chiều cao ngăn xếp, H s, được giả sử, Chiều cao giả định có thể là chiều cao được tính toán bằng cách sử dụng phương pháp thực nghiệm được nêu trong Mục 4.8.2.2.

Bước II:

Plume tăng, ∆H, được tính bằng phương trình bán thực nghiệm phù hợp. Một vài trong số các phương trình được báo cáo trong tài liệu được liệt kê trong Phần 4.8.2.5. Các phương trình này dựa trên sự phỏng đoán rằng sự gia tăng của plume bị ảnh hưởng bởi hai yếu tố là

(i) Động lượng của luồng phát hành từ ngăn xếp và

(ii) Độ nổi của dòng phát sinh từ sự chênh lệch mật độ của khí ngăn xếp và của không khí xung quanh ở độ cao ngăn xếp vật lý. Các mối tương quan được đề xuất bởi các tác giả khác nhau dựa trên dữ liệu có sẵn cho họ. Một số tác giả đã xem xét tiêu chí ổn định thời tiết trong khi phát triển mối tương quan của chúng.

Bước chân:

Chiều cao ngăn xếp H hiệu quả được lấy là

Bước IV:

Sử dụng phương trình. (4.67) và ước tính H e, nồng độ tối đa của từng chất ô nhiễm khác nhau (có trong dòng khí thải) ở mặt đất được ước tính tương ứng với các chỉ định ổn định khí quyển khác nhau. Nếu chúng nằm trong giới hạn cho phép tương ứng, thì H s giả định được chấp nhận là chiều cao ngăn xếp thực tế. Nếu không, thì dựa trên giá trị H cao hơn so với giả định trước đó dựa trên các Bước II, III và IV được lặp lại cho đến khi tìm thấy H s chấp nhận được thỏa mãn tiêu chí được chỉ định trong Bước IV.

Hồ sơ nồng độ chất ô nhiễm trong một chùm:

Một phương trình biểu thị hồ sơ nồng độ chất ô nhiễm trong một chùm kết quả từ nguồn điểm liên tục trong điều kiện trạng thái ổn định đã được phát triển trên cơ sở các giả định sau

và (iii) hồ sơ nồng độ tại bất kỳ vị trí gió nào (x, y, z) tuân theo đường cong phân phối xác suất chuẩn hóa Gaussian theo hướng K và Z.

Dựa trên các giả định đã đề cập ở trên, phương trình dẫn xuất biểu thị hồ sơ nồng độ là

Trong đó C x, y, z = nồng độ chất gây ô nhiễm tại vị trí có tọa độ x, y & z,

Q = khối lượng chất ô nhiễm cụ thể phát ra trên mỗi đơn vị thời gian,

U = vận tốc gió ở độ cao H e,

σ y = độ lệch chuẩn của hệ số phân tán theo hướng y,

và σ Z. = độ lệch chuẩn của hệ số phân tán theo hướng z.

Các giá trị số của σ v và σ z, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, tốc độ gió và khoảng cách của một vị trí từ cơ sở ngăn xếp theo hướng gió ngang, nghĩa là tọa độ X.

trong phương trình (4.66) thể hiện nồng độ ô nhiễm tăng do phản xạ mặt đất.

Nồng độ của bất kỳ chất gây ô nhiễm nào tại bất kỳ X nào sẽ là mức tối đa tại đường trung tâm của vết loang tương ứng với y = 0 và Z = H e, trong 'điều kiện trung tính'. Biểu thức cho nồng độ trên mặt đất của bất kỳ chất gây ô nhiễm nào dưới đường trung tâm của vết loang sẽ là

Cái đó

là, tỷ lệ của chúng không phụ thuộc vào X, khi đó nồng độ tối đa của mặt đất của bất kỳ chất ô nhiễm cụ thể nào có thể được biểu thị bằng

Trong đó X max là khoảng cách từ gốc ngăn xếp theo hướng gió mà tại đó nồng độ chất ô nhiễm sẽ là mức tối đa ở mặt đất.

Theo sau đó tại vị trí đó, tức là, tại X max

Đồ thị của các giá trị ước tính theo kinh nghiệm của σ y và σ z tương ứng với các chỉ định ổn định định tính khác nhau khi các tham số được hiển thị trong Hình 4.20 A và 4.20 B tương ứng.

Chỉ định Ổn định Pasquill-Gifford:

A: Cực kỳ không ổn định

B: Không ổn định vừa phải

C: Hơi không ổn định

D: Trung tính

E: Hơi ổn định

F: Ổn định vừa phải.

Theo cách tiếp cận này, z, x max được ước tính bằng Eq. (4.70) dựa trên giá trị đã tính của H e Eq. (4, 65). Tương ứng với max z X max ước tính và loại ổn định giả định, X được đọc từ Hình 4.20B. Tiếp theo từ hình 4.20A a y được đọc tương ứng với X (đọc trước đó từ hình 4.20B) và loại ổn định được giả định trước đó. Sử dụng các giá trị ước tính của o và σ y, z, C X max,, 0, 0 Được tính cho mỗi chất gây ô nhiễm sử dụng phương trình. (4, 69).

C X max tính toán cho mỗi chất ô nhiễm sẽ được so sánh với giới hạn cho phép của nó. Nếu tối đa C X được tính toán của không có chất gây ô nhiễm nào vượt quá giới hạn của chúng thì quy trình được nêu ở trên sẽ được lặp lại cho từng loại ổn định khác. Trong trường hợp C X max được tính cho bất kỳ chất gây ô nhiễm nào vượt quá giới hạn của nó đối với bất kỳ loại ổn định nào, các bước II, III và IV được liệt kê trước đó sẽ được lặp lại với giả định giá trị H cao hơn so với giả định trước đó cho đến khi có giải pháp thỏa đáng.

Nhắc đến quả sung. 4.20A và 4.20B cần chỉ ra rằng mối tương quan giữa σ y và X có thể được biểu thị hợp lý bởi mối quan hệ σ v = σ y X b, nhưng giữa o. và X không khớp với tương quan σ z = a z X b

Một mối tương quan tốt hơn sẽ có hình thức

Các giá trị số của a ' y a' z m và n đã được tìm thấy phụ thuộc vào chỉ định ổn định khí quyển. Các ước tính khác nhau của a ' y a' z m và n đã được báo cáo trong tài liệu. Một ước tính như vậy được đưa ra trong Bảng 4.16.

Quy trình ước tính chiều cao ngăn xếp tốt hơn sẽ được thực hiện theo các bước được liệt kê trong Mục 4.8.2.3 kết hợp với biểu thức. (4.73) thay vì sử dụng phương trình. (4, 69).

Plume Rise Correlations:

Các nhà điều tra khác nhau đã cố gắng tương quan sự gia tăng của plume (AH) với các biến thích hợp. Một số trong số đó được liệt kê dưới đây.

1. Phương trình của Hà Lan có thể là phương trình sớm nhất và nó là một phương trình đơn giản.

Trong đó ∆H = plume tăng, (m)

U = vận tốc gió, (m / s)

U s = vận tốc khí của ngăn xếp khi thoát khỏi ngăn xếp, (m / s)

D s = đường kính ngăn xếp khi thoát, (m)

P = áp suất khí chồng khi thoát, (kPa)

T s = chồng nhiệt độ khí khi thoát ra, (K)

T a = nhiệt độ không khí xung quanh ở độ cao ngăn xếp vật lý, (K)

Vì phương trình này không tính đến điều kiện ổn định khí quyển, Hà Lan đã gợi ý rằng AH ước tính nên được nhân với hệ số từ 1, 1 đến. 1, 2 cho điều kiện không ổn định và 0, 8 đến 0, 9 cho điều kiện ổn định. Các nghiên cứu tiếp theo đã chỉ ra rằng phương trình của Hà Lan đưa ra ước tính khá bảo thủ về AH theo hệ số từ 2 đến 3.

2. Moses và Carson đã đề xuất các phương trình phụ thuộc vào các tiêu chí ổn định như được đưa ra dưới đây:

3. Nhóm nhiệm vụ ASME đã đề xuất hai phương trình. Đối với điều kiện không ổn định và trung tính, phương trình được đề nghị là:

Ước tính diện tích / đường kính cắt ngang của ngăn xếp và giảm áp suất ngăn xếp:

Tốc độ dòng thể tích khí stack có thể được biểu thị như

Ở đâu

= tốc độ dòng thể tích trung bình của khí stack (tốc độ dòng thể tích ở đế stack và ở đỉnh sẽ khác nhau vì nhiệt độ khí stack sẽ thay đổi từ gốc đến đỉnh vì mất nhiệt qua stack) (m 3 / S).

D s = đường kính chồng trung bình, m.

Giả sử vận ​​tốc khí của ngăn xếp thích hợp trong phạm vi 10-15 m / s, diện tích / đường kính mặt cắt của ngăn xếp có thể được ước tính bằng phương trình. (4, 77).

Khi tốc độ khí của ngăn xếp (U s ), đường kính ngăn xếp (D S ) và chiều cao của ngăn xếp đã được biết, áp suất cơ bản của ngăn xếp / áp suất ngăn xếp có thể được tính bằng cách sử dụng phương trình Bernoulli (cân bằng năng lượng) đã sửa đổi như sau

Ví dụ 4.5:

Một đống sẽ được thiết kế cho một lò đốt than trong đó 500 T than có 2% lưu huỳnh, 20% tro và phần còn lại là carbon sẽ bị đốt cháy.

Thông tin / dữ liệu sau đây có thể được sử dụng cho mục đích thiết kế:

Dung dịch:

Ước tính chiều cao ngăn xếp (H s ):

(i) Ước tính sơ bộ về chiều cao ngăn xếp được lấy dựa trên phương pháp thực nghiệm Phương trình. (4, 64e)

(ii) Ước tính sơ bộ về chiều cao ngăn xếp hiệu quả H e thu được bằng phương trình. (4, 65)

H e = H s + ∆H

Plume tăng (∆H) được tính bằng phương trình Holland, Eq. (4, 74).

(iii) Nồng độ tối đa của mặt đất SO 2 sẽ được tính bằng phương trình. (4, 73)

a'y, a ' z, m và n phải được đọc từ Bảng 4.16 tương ứng với chỉ định độ ổn định của Pasquill-Gifford có khả năng dẫn đến giá trị tối đa của nồng độ S0 2 ở mức mặt đất. Quét các Bảng 4.15 và 4.16 tương ứng với tốc độ gió U = 4 m / s, có vẻ như chỉ định độ ổn định của Pasquill- Gifford sẽ dẫn đến nồng độ S0 2 tối đa. Các giá trị của a ' z, a' y m và n được đọc từ Bảng 4.16 là

Do đó, chiều cao ngăn xếp sẽ dẫn đến nồng độ S0 2 ở mặt đất gần 80 80g / m 3

H s = H e - ∆H = 200 - 31 = 169 m.

Đường kính chồng, D s = 3.06 m.

Lắng đọng bụi:

Các hạt bụi, được phát ra qua một ngăn xếp, bị phân tán như các chất ô nhiễm khí. Nhưng các hạt có kích thước lớn hơn và đặc hơn so với khí / không khí ngăn xếp, bắt đầu lắng ngay sau khi phát xạ vì lực hấp dẫn. Các hạt cuối cùng đạt được vận tốc đầu cuối tương ứng của chúng. Vận tốc cuối của hạt có đường kính dpi có thể được biểu thị bằng

Trong đó U t, dpi = vận tốc cuối của các hạt có đường kính dpi và mật độ p p, m / s

g = gia tốc do trọng lực, m / (s 2 )

dpi = đường kính hạt (m)

p a = mật độ không khí xung quanh kg / (m 3 )

p p = mật độ hạt kg / (m 3 )

C D = kéo co-hiệu quả

Giả sử các hạt bụi có dạng hình cầu C D có thể được đánh giá bằng cách sử dụng bất kỳ một trong các mối quan hệ sau đây tùy thuộc vào số Reynold của hạt;

Các hạt bụi cuối cùng đã lắng xuống mặt đất. Các hạt tương đối lớn hơn được lắng đọng dọc theo trục chùm trong khi các hạt mịn hơn được lắng đọng xung quanh. Vì hướng gió và tốc độ của nó thay đổi theo thời gian, do đó, hướng khói sẽ thay đổi.

Do đó, tốc độ lắng bụi trung bình theo thời gian được ước tính tại các vị trí khác nhau như là một hàm của X, khoảng cách gió từ cơ sở ngăn xếp. Theo Bosanquet et al. tốc độ lắng đọng tại một điểm P ở khoảng cách X từ đế ngăn xếp có thể được biểu thị bằng

F = một hàm của U, dpi / U và X / H e (như trong hình 4.21)

H e = chiều cao chồng tương đương.

Tốc độ lắng đọng bụi tại điểm P trong mặt phẳng trục của chùm có thể được tính bằng phương trình. (4.82)

Tổng tốc độ lắng đọng của tất cả các hạt có kích thước khác nhau có thể được ước tính bằng cách tổng hợp tốc độ của các hạt riêng lẻ như dưới đây: