Определение термодинамических параметров выбросов

Наиболее важными термодинамическими параметрами выбросов являются скорость и расход газа, температура и влажность.

Место для проведения измерений выбирается с таким расчетом, чтобы эти измерения обеспечивали получение наиболее достоверных данных. Так как обычно места измерений используются и для отбора проб аэрозольных частиц, то желательно выбирать вертикальные участки газоходов.

Измерительное сечение должно располагаться на прямом участке газо­хода с установившимся газовым потоком, где отсутствуют возвратные или вращательные движения газа. Желательно, чтобы измерительное сечение находилось от местного сопротивления на расстоянии 5-6 диаметров газо­ходов или более и 3—4 диаметров газохода до места возмущения (задвижка, дроссель, повороты и т. д.). Если нельзя выбрать мерное сечение, отвечаю­щее этим требованиям, то можно проводить измерения на прямолинейном участке газохода, разбив его в направлении движения газа. Минимальная длина прямого участка перед местом отбора составляет 2D, а после него 0,5D. Скорость газа в измерительном сечении должна быть не менее 4 м/с.

Опре д еление расхода выбр о сов. Определить объемный расход можно, непосредственно используя дроссельные устройства (например, камер­ные диафрагмы), ротаметры или через скорость движения газов. В послед­нем случае применяются пневмометрические трубки и микроманометр, термоанемометр.

Измерение скорости термоанемометрами основано на законе вынуж­денной конвективной теплоотдачи от предельно обтекаемого потоком тела, обогреваемого стабилизированным источником тела.

Определение скорости и расхода газа пневмометрическими трубками. Пневмометрические трубки предназначены для измерения статического, динамического и полного давления газового потока. Зная динамическое давление и плотность газа, можно определить линейную скорость газово­го потока в точке замера.

Измерение расхода газа с помощью пневмометрических трубок обла­дает рядом преимуществ перед другими методами. Для них не нужны длин­ные участки для равномерности потока, поскольку эти приборы служат для измерения локальных скоростей. Трубки невелики по размерам, по­этому их можно ввести через небольшие штуцеры; они не создают доба­вочного сопротивления потоку и часто из-за сложности конфигурации газоходов являются единственными приборами для измерения скорости газопылевого потока.

Пневмометрическая трубка имеет два канала, один из которых воспри­нимает полное давление, а другой — только статическое. При подключе­нии обоих каналов к показывающему прибору таким образом, чтобы вос­принимаемые давления были направлены навстречу друг другу, прибор покажет разность между полным и статическим давлением, т. е. динами­ческое давление. В качестве показывающего прибора могут применяться U-образные манометры, тягонапоромеры ТНЖ, микроманометры.

В зависимости от конструкции статическое давление воспринимается пневмометрической трубкой с большими или меньшими отклонениями от его истинной величины, что в свою очередь влечет за собой некоторое искажение при замерах динамического давления. Поэтому величины ди­намических давлений, полученных с помощью пневмометрических тру­бок, приходится умножать на поправочный коэффициент К_тр, являющий­ся безразмерной величиной, представляющей собой отношение истинного значения Р_д, Па к замеряемой его величине Р_х:

Р_д=Р_хК_тр. (1.6)

На рис. 1-4 приведены конструкции пневмометрических трубок.

Трубка Прандтля имеет головку (рис. 1) с полусферическим нако­нечником, устанавливаемую параллельно движению газов. В головке есть центральное отверстие, соединяющееся с одним из каналов трубки. Через этот канал на показывающий прибор передается давление, соответствую­щее полному давлению движущегося потока, набегающего на полусфе­рический наконечник. На боковой поверхности головки сделаны щеле­вые отверстия, сообщающиеся с другим каналом трубки. Эти отверстия воспринимают и передают на показывающий прибор лишь статическое давление, причем почти без искажений благодаря небольшой ширине щелей и их расположению в зоне нулевого динамического давления. Трубка Прандтля дает погрешность до 2%. При отклонениях трубки от оси потока не более 15° ее можно не тарировать. Основной недостаток трубки — при запыленности газов свыше 10 г/м³ она быстро забивается пылью.

Трубка конструкции НИИОгаз (рис. 2 ) для замера статического дав­ления имеет фасонный вырез и припаивается перед стержнем трубки пол­ного напора. Показания динамического напора трубки этой конструкции почти вдвое больше действительного, что важно при измерении неболь­ших скоростей. Конструкция трубки позволяет легко продувать и прочи­щать ее, что дает возможность проводить многократные измерения без за­сорений.

Трубка конструкции Гинцветмет (рис. 3 ) цилиндрического профи­ля имеет два канала (для измерения полного и статического напоров), заключенные в оправляющую их трубку большого диаметра. Наконечник оп­равляющей трубки имеет два отверстия, соединенных с внутренними трубками (лобовое — с трубкой для измерения полного напора, тыльное — статического напора). Достоинством этой пневмометрической трубки яв­ляется стабильность показаний при отклонении оси отверстий от оси пылегазового потока до 20°. Она малочувствительна к забиванию пыли.

Скорость движения газов как при ламинарном, так и при турбулентных режимах неодинакова в разных точках сечения газопровода.

Поэтому скорость газового потока, измеренная с помощью пневмометрической трубки и микроманометра, является скоростью, характеризующей конкретную точку сечения газопровода. Для определения средней скорости движения потока необходимо измерять скорость в различных местах сечения, условно разде­ляя его на ряд равновеликих площадей.

Если газоход имеет прямоугольное сечение, его разбивают на площа­ди, подобные сечению газохода, плоскостями, параллельными его стен­кам, и измерения производят в центре каждого полученного прямоуголь­ника (рис. 1.17). Сторона такого прямоугольника не должна превышать 150-200 мм. Минимальное число измерительных точек — три в каждом направлении. На двух перпендикулярных сторонах газохода по осям, на которых расположены центры прямоугольников, прорезают отверстия диаметром 50 мм и в этих местах приваривают короткие (25-30 мм) шту­церы из отрезков труб с внутренним диаметром 50 мм, которые закрывают металлической крышкой с резьбой. Для поддержания трубки во время за­меров рекомендуется приваривать к газоходу перпендикулярно по оси ря­дом со штуцером стальной пруток.

Газоходы круглого сечения разбивают на ряд концентрических колец с равновеликими площадями, и измерение производят по двум взаимно пер­пендикулярным диаметрам, для чего к стенкам газохода приваривают два штуцера. Расстояние между штуцерами — четверть окружности газохода.

Можно считать, что достаточно надежные результаты могут быть по­лучены, если газоходы круглого сечения будут разбиты на следующее чис­ло колец:

Диаметр газохода, мм 200 200-400 400-00 600-800 800-1000 1000

Число колец 3 4 5 6 8 10

Расстояние от центра газохода до точки замера /определяется по фор­муле

(1.7)

где R — радиус газохода, м; п — число колец, на которые разделена пло­щадь газохода; i — порядковый номер кольца (считая от центра).

После определения динамического давления в каждой выбранной точ­ке определяются соответствующие скорости газопылевого потока по фор­муле

(1.8)

где — динамическое давление, Па; р_г— плотность газа, кг/м³. Расход газа через данное сечение определяется по формуле

Q = v₀ α_ср S (1.9)

где v₀ — скорость газа в центре газохода, м/с; S— площадь сечения газохо­да, м²;

α_ср — коэффициент распределения скорости по сечению газохода. Величина а. исчисляется по формуле

α_ср =- α_{1 +} α_{2 +... +} α_n / n, (1.10)

где п — число точек измерения по сечению газохода.

Величины α_1, α_2,... а_п рассчитываются как отношение значений ско­рости в точке измерения к скорости в центре газохода."

Определение влажности. Для измерения влажности используются два метода: психрометрический и конденсационный.

Психрометрический метод применяют для измерения влажности га­зов, температура которых не превышает 60 °С. Метод основан на косвен­ном определении парциального давления водяных паров по показаниям температуры влажного и сухого термометров, последовательно обтекае­мых струей газа. Предложено большое число различных конструкций псих­рометров, в основном отличающихся деталями и материалами, из кото­рых они изготовлены.

Конденсационный метод основан на измерении количества влаги в пробе газа известного объема, отбираемого из газохода, путем охлаждения его ниже точки росы. Влажность определяют как сумму сконденсирован­ной влаги, отнесенной к единице объема газа, прошедшего через конден­сатор, и абсолютной влажности насыщенного газа после конденсатора.

Определение температуры. Измерение температуры выбросов чаще все­го осуществляется термометрами и термическими преобразователями тем­пературы (термопарами).

Температуру следует измерять там же, где измеряют скорость, давле­ние, влажность и другие параметры потока.

Число измерительных точек для измерения температуры определяют в зависимости от диаметра газохода:

D< 1м n = 1

1 м < D< 2,5м n = 2

D > 2,5 м n = 4

Среднюю температуру газа надо измерять в ядре потока, поэтому изме­рительные точки надо располагать следующим образом:

для п = 1 — на оси газохода;

для п > 1 — по кольцу от 1/6 до 1/3 диаметра.

Измерение температуры в каждой точке осуществляется не менее 3 раз.

Определение запыленности газового потока. Основным методом опре­деления запыленности газового потока является весовой (см. гл. 1.2). При этом необходимо соответствующим образом осуществить отбор проб пыли из газового потока.

На частицы пыли, взвешенные в газовом потоке, действует множество сил, величина и характер воздействия которых на частицу весьма разнооб­разны. Хотя движение частиц под действием этих сил становится более хао­тичным, концентрация же пыли в поперечном сечении газохода распреде­ляется более равномерно по сравнению с распределением скоростей. Распределение концентрации, т. е. профиль запыленности газа, зависит от множества факторов: от природы и размеров частиц, диаметра газохода, ско­рости пылегазового потока и удаленности от источника пыли, поэтому тео­ретически рассчитать распределение пыли достаточно сложно.

Возможны три варианта профилей запыленности газа.

Крупная пыль Переходный Мелкая пыль

> 180 мкм профиль < 5 мкм

Вследствие неравномерности запыленности по сечению, для опреде­ления средней концентрации замеры должны проводиться с разбивкой сечения на равновеликие площадки, так же как и при определении расхода воздуха пневмометрическими трубками. Подобное определение запылен ности является трудоемким, поэтому на практике запыленность определя­ют по оси газохода, при соблюдении условий, которые будут указаны ниже. При отборе пробы пыли в газоходе используют методы внутренней и внешней фильтрации (рис. 1.18). При внутренней — фильтрующее устрой­ство устанавливают непосредственно за зондом, при этом исключается про-

Рис. 1.18. Установки для определения запыленности газов методами внешней (а) и внутренней (б) фильтрации:

/, 8 — термометры; 2 — заборная трубка; 3 — трансформатор; 4 — пневмометрическая трубка; 5— фильтр; 6— патрон; 7— диафрагма; 9, 13 — манометры; 10— реометр; 11 — микроманометр;

12— воздуходувка; 14— алонж

боотборная трубка. При внешней — фильтрующее устройство располагают за газоходом на любом расстоянии от зонда и соединяют с ним пробоотборной трубкой. Метод внешней фильтрации более удобен в работе, но менее точен (использование пылезаборной трубки вносит дополнитель­ные погрешности). Метод внутренней фильтрации более точный, но зна­чительно более трудоемкий, так как при замене фильтра требуется извле­кать зонд из газохода.

При пробоотборе основным является условие изокинетичности, т. е. скорость газа в пробоотборной трубке должна быть равна скорости газа в воздуховоде.

При скорости пробоотбора меньше скорости газового потока частицы пыли вследствие инерционности не полностью следуют движению газа, и поэтому получается заниженная концентрация пыли по отношению к ос­новному потоку. Кроме того, дисперсность пробы в этом случае ниже, чем в основном потоке. При скорости пробоотбора больше скорости газового потока, наоборот, получается завышенная концентрация пыли по отношению к основному потоку. Дисперсность пробы в этом случае выше, чем в основном потоке.

При отборе пыли с частицами менее 5 мкм строгое соблюдение изокинетичности не требуется.

Для соблюдения изокинетичности используют специальные пылеотборные трубки со сменными наконечниками (рис. 1.19) Расчетный диа­метр наконечников определяется по специальным номограммам (рис. 1.20) или расчетным методом.

В последнее время в некоторых источниках представляются данные, указывающие, что при соблюдении условий изокинетичности получают­ся непостоянные и заниженные по сравнению с фактическими, величины пылесодержания. Несмотря на это, условие изокинетичности является обя­зательным при отборе проб пыли.

Сбор и отвод выбросов от источников. Вподавляющем большинстве случаев устройства для сбора и отвода летучих выбросов от источников вы­деления разрабатываются лицами, проектирующими технологический процесс. Существуют исключения, например, сталеплавильные печи.

Система сбора и отвода выбросов во многом зависит от типа производ­ственного процесса. Например, в случае сжигания топлива система доста­точно простая: топочное устройство — труба (котельная). В большинстве случаев в системе существует газоотборное устройство (аспирационное устройство, местный отсос), система газоходов, через которые осуществляют­ся выбросы и побудитель движения воздуха. Кроме того, в системе может быть предусмотрено разнообразное вспомогательное оборудование (венти­ли, компенсаторы и т. д.).

Классификация асп и раци о нных устройств. По степени изоляции обла­сти действия отсоса от окружающего пространства различают отсосы от­крытого типа и отсосы от полных укрытий (рис. 3.1).

Отсосы открытого типа — это отсосы, находящиеся за пределами ис­точников выделения вредных веществ. Это вытяжные зонты, вытяжные панели, бортовые отсосы и другие устройства. В ряде случаев для отделе­ния зоны выделения вредных веществ от незагрязненного объема воздуха используют плоскую приточную струю, которая обеспечивает сдув вред­ных веществ в зону эффективного действия отсоса и усиливает подсасы­вающее действие последнего за счет эжекции. Такие отсосы получили на­звание активированных.

Отсосы от полных укрытий — это отсосы, внутри которых находятся источники выделения вредных веществ. Движение газа над источниками в ограниченных объемах с рабочими проемами и неплотностями суще­ственным образом отличается от его движения в условиях открытого про­странства. Такими закрытыми отсосами являются вытяжные шкафы, фа­сонные укрытия при обработке вращающихся изделий, кожухи и вытяжные камеры, герметично или плотно закрывающие технологическое оборудо­вание.

Отсосы открытого типа следует применять в тех случаях, когда по технологическим или иным причинам источник не может быть снабжен полным укрытием, которое является наиболее эффективным средством оздо­ровления воздушной среды рабочей зоны.

Существенное влияние на выбор конструкции отсоса оказывают при­чины и характер движения выделений вредных веществ около источни­ков. Последние разделяются на тепловые, динамические, диффузионные и смешанные.

Движение около тепловых источников происходит за счет тепловой энергии, подводимой к ним. Выделения вредных веществ распространя­ются в виде направленного потока — конвективной струи, как правило, турбулентной. Конвективные струи разделяются на участки: начальный, или разгонный (участок формирования), на котором осевая скорость воз­растает от нуля на поверхности источника до некоторого максимального значения, к основной, где осевая скорость убывает или остается постоян­ной с удалением от источника. Длина разгонного участка приближенно может быть принята равной 1,5-2 калибрам теплового источника.

Движение около динамических источников обусловлено перепадом давления, что приводит к образованию приточной струи. Приточная струя — это струя, обладающая некоторой минимальной скоростью исте­чения за счет избыточного давления внутри объема сосуда, аппарата. При­точная струя состоит из начального и основного участков.

Диффузионные потоки обусловлены градиентом концентрации газо­вой примеси. Направление и интенсивность распространения последней зависят от диффузионных характеристик вещества и турбулентности ок­ружающей среды.

Различные причины движения нередко действуют совместно. Во всех случаях необходимо уметь оценивать влияние каждой причины на зако­номерности движения и на основании этой оценки правильно выбирать конструкцию отсоса.

По форме их сечения в плане источники и приемные отверстия отсо­сов могут быть круглые, прямоугольные и щелевые. В соответствии с этим струи могут быть компактные и плоские. В пределах начального (разгон­ного) участка конвективная струя считается компактной, если она образу­ется над тепловым источником, имеющим в плане круглую форму или форму прямоугольника с соотношением сторон а/b < 2. Если тепловой источник вытянутый (а/b > 2), то образующуюся над ним конвективную струю следует считать плоской. Компактной считается приточная струя, истекающая из отверстия круглой или квадратной формы; плоской — струя, истекающая из щелевого отверстия.

Приведенная классификация учитывает основные закономерности и существенные особенности потоков выделений вредных веществ над ис­точниками. При решении практических задач приходится сталкиваться с более разнообразными и сложными формами источников, однако при выборе расчетных схем и формул следует приводить их к одному из рассмот­ренных видов.

При выборе и конструктивной проработке местного отсоса необходи­мо руководствоваться следующими основными положениями:

— элементы отсоса и укрытий должны составлять единое целое с кон­струкцией технологического аппарата и не мешать проведению тех­нологического процесса;

— всасывающее отверстие должно быть максимально приближено к источнику выделений вредных веществ;

— размеры приемного отверстия должны быть равными или несколь­ко большими, чем размеры подтекающей к отсосу струи;

— уменьшение размеров отсоса ведет к увеличению потребного расхо­да воздуха;

— зону действия отсоса следует максимально ограничить фланцами, экранами, ширмами и т. п.;

— ориентация приемного отверстия в пространстве должна произво­диться с учетом возможно меньшего отклонения потока выделений вредных веществ от естественного направления движения;

— при определении направления движения потока выделений вред­ных веществ следует следить за тем, чтобы они не проходили через зону дыхания работающих;

— препятствиям на пути движения воздуха к отсосу следует придавать форму, при которой сопротивление их будет минимальным (острые кромки скруглять и т. д.);

— поле скоростей в приемном отверстии отсоса рекомендуется устра­ивать соответствующим полю скоростей в подтекающем потоке вы­делений вредных веществ. Для этого следует использовать вставки, рассекатели, выравнивающие решетки и т. д.

Практика показывает, что объем выбросов может быть значительно снижен за счет рациональной и тщательно продуманной конструкции газоотбора.

Дата добавления: 2014-12-16