التخلص من النفايات الغازية (مع رسم بياني)

التخلص من النفايات الغازية!

يجب أن يتم في النهاية تدفّق تيار متدفق غازي ناتج في وحدة صناعية في الغلاف الجوي. قبل تصريفها ، يجب معالجتها على نحو سليم من أجل خفض تركيز الملوثات (كل من الجسيمات والغازية) إلى حدودها المسموح بها. يتم التفريغ / التخلص من خلال كومة.

الكومة أو المدخنة هي قناة أسطوانية أو مستطيلة. عندما يتم تفريغ تيار غازي من خلال كومة ، يتم تشتيت الملوثات الموجودة في التيار في الغلاف الجوي. لا يمكن للمكدس أن يخفض الملوثات الموجودة ، ولكنه يطلق الملوثات عند ارتفاع مناسب ، بحيث عندما تنتشر الملوثات مرة أخرى إلى سطح الأرض ، فإن تركيزها سيكون أقل من الحد المسموح به لكل ملوث حتى في ظل ظروف الطقس غير المواتية.

عندما يصدر تيار غاز من كومة ، يتدفق صعودا إلى بعض الارتفاع بسبب طاقته الحركية والطفو قبل أن يجرفه الريح في اتجاه أفقي. تنتشر الملوثات الموجودة في تيار الغاز (بعد الخروج من المكدس) في الاتجاهين الأفقي والرأسي بسبب الانتشار الجزيئي والدوار. ويرسم الشكل 4-18 تفرقاً لتيار غاز من الرصة وملف من العمود الناتج في ظروف مثالية.

بروفيل بلوم الفعلي:

يعتمد اتجاه الريح الفعلي لأنبوب الريح على تدرج درجة الحرارة في طبقة التروبوسفير وسرعة الرياح والتضاريس في الجوار المباشر للمجموع. يعتمد تدرج درجة حرارة التروبوسفير على كثافة الإشعاع الشمسي الواردة خلال النهار ودرجة الغطاء السحابي ليلاً.

ويتوقف تشتت الملوثات في عمود على حركة الهواء الرأسية الناتجة عن التدرج التروبوسفيري لدرجات الحرارة وكذلك على سرعة الرياح السائدة. استناداً إلى العوامل المذكورة أعلاه ، تم تصنيف الحالة الجوية إلى فئات استقرار مختلفة. في الجدول 4.15 يتم سرد التسويات الاستقرار باسكويل جيفورد.

الأشكال 4.19A - تشير G إلى الأنواع المختلفة من التشكيل العام الذي يماثل ظروف استقرار الغلاف الجوي.

(أ) التدرج الفعلي لدرجات حرارة التروبوسفير بالنسبة إلى التدرج شبه المستديم الجاف.

تدرج درجات حرارة ثابت الحرارة ، ———–

تدرج درجات الحرارة الفعلية ، ————-

(ب) ملف بلوم

T = درجة الحرارة. U = سرعة الرياح

ض = الارتفاع

نهج تصميم المكدس:

وقد ورد ذكره في القسم 4-8 أنه يتم استخدام كومة لتفريغ تيار غاز عادم عند ارتفاع مناسب من الأرض. بمجرد تفريغها ، تتناثر المكونات (بما في ذلك الملوثات ، إن وجدت) من غاز النفايات. بعض أجزاء من تلك تنتشر إلى سطح الأرض.

لتصميم كومة واحدة يجب أن تجد ارتفاعها H ، بحيث لا ينبغي أن يكون تركيز الملوثات ، التي انتشرت مرة أخرى إلى مستوى الأرض ، أكثر من حدودها المسموح بها حتى في ظل أسوأ الظروف الجوية. ومن الضروري أيضًا تقدير مساحة المقطع العرضي للمكدس بحيث يكون الضغط الموجود في قاعدة المكدس كافيًا للتغلب على مقاومة تدفق تيار الغاز عبر المداخن.

تقدير ارتفاع المكدس:

قد يتم تقدير ارتفاع الركام باستخدام بعض العلاقات التجريبية أو باستخدام نهج شبه تجريبي. لا تأخذ العلاقات التجريبية في الاعتبار حالة الطقس ، في حين أن النهج شبه التجريبي يأخذ في الاعتبار ارتفاع الرفع وسرعة الرياح وحالة الطقس. وغني عن القول أن النهج الثاني يعطي تقديرًا أفضل لارتفاع المكدس.

النهج التجريبي:

يمكن استخدام المعادلات التجريبية الواردة أدناه لتقدير ارتفاع الكومة:

إذا كانت H _s محسوبة باستخدام Eq. (4.64 هـ) أو (4.64 فهرنهايت) يكون أكثر من 30 م ، ثم يجب أن يتم قبول ارتفاع الكومة المحسوب.

نهج شبه التجريبية:

في هذا الأسلوب ، يتم تقدير ارتفاع الرصة من خلال الخطوات التالية:

الخطوة-I:

يفترض ارتفاع Hack ، H _s ، قد يكون الارتفاع المفترض هو الارتفاع المحسوب باستخدام النهج التجريبي المبين في القسم 4.8.2.2.

الخطوة الثانية:

يتم حساب ارتفاع عمود ، ∆H ، باستخدام معادلة شبه تجريبية مناسبة. تم عد عدد قليل من المعادلات الواردة في الأدبيات في القسم 4.8.2.5. وتستند هذه المعادلات على الظن أن ارتفاع الرمح يتأثر بعاملين هما

(ط) زخم تيار الإصدار من الرصة ، و

(2) طفو التيار الناتج عن الاختلاف في كثافة غاز المداخن وعن الهواء المحيط عند ارتفاع الكدسة المادية. تستند الارتباطات المقترحة من قبل المؤلفين المختلفين على البيانات المتاحة لهم. وقد أخذ بعض المؤلفين في الاعتبار معيار استقرار الطقس أثناء تطوير علاقاتهم المتبادلة.

خطوة سوء:

يتم حساب الارتفاع الفعال للكومة H

الخطوة-IV:

باستخدام المعادل. (4.67) ومقدار H _e ، يقدر الحد الأقصى لتركيز كل ملوث من الملوثات المختلفة (الموجودة في تيار غاز النفايات السائلة) عند مستوى الأرض بما يتوافق مع التسويات المختلفة لاستقرار الغلاف الجوي. إذا كانت تلك ضمن حدودها المسموح بها ، عندئذ يتم قبول القيمة المفترضة Hs كارتفاع الفعلي للكومة. إذا لم يكن الأمر كذلك ، فعندئذ تستند قيمة أعلى من H H أكثر من القيمة المفترضة المبينة على أساس الخطوات II و III و IV إلى أن يتم العثور على H H مقبولة والتي تفي بالمعيار المحدد في الخطوة IV.

ملف تركيز الملوثات في عمود:

تم تطوير معادلة تعبر عن شكل تركيز الملوثات في عمود يصدر عن مصدر نقطة مستمر في حالة حالة ثابتة على أساس الافتراضات التالية

و (iii) يتبع توصيف التركيز في أي موقع ريح (x، y، z) منحنى توزيع الاحتمال المقيس في الاتجاهين K و Z.

استناداً إلى الافتراضات المذكورة أعلاه ، فإن المعادلة المشتقة التي تمثل المظهر الجانبي للتركيز هي

حيث C _{x، y، z} = تركيز ملوث في موقع به إحداثيات x، y & z،

س = كتلة الملوثات المحددة المنبعثة لكل وحدة زمنية ،

U = سرعة الرياح عند ارتفاع H _e ،

σ _y = الانحراف المعياري لمعامل التشتت في الاتجاه y ،

و σ. = الانحراف المعياري لمعامل التشتت في الاتجاه z.

تعتمد القيم العددية لكل من and _v و، _z على حالة الطقس وسرعة الرياح ومسافة موقع من قاعدة الكومة في اتجاه الريح الأفقي ، أي إحداثيات X.

في المعادلة. (4.66) يمثل زيادة تركيز التلوث بسبب انعكاس الأرض.

سيكون تركيز أي ملوث في أي X هو الحد الأقصى في خط وسط العمود المقابل لـ y = 0 و Z = H _e ، تحت "حالة محايدة". إن التعبير عن تركيز أي مستوى من الملوثات تحت سطح الخط المركزي سيكون هو

أن

هو أن نسبتهم تكون مستقلة عن X ، عندئذ يمكن التعبير عن التركيز الأقصى لمستوى سطح الأرض لأي ملوث معين

حيث X _max هي المسافة من قاعدة المكدس في اتجاه الريح حيث يكون تركيز الملوث هو الحد الأقصى في مستوى الأرض.

ويترتب على ذلك في ذلك الموقع بالذات ، أي في X _max

ويوضح الشكل 4.20 A و 4.20 B على التوالي القيم المقدرة التجريبية لكل من σ _y و corresponding _z المقابلة لخصائص الاستقرار النوعي المختلفة كمعلمات.

التعيينات باسكيل جيفورد الاستقرار:

ج: غير مستقر للغاية

باء: غير مستقر إلى حد ما

ج: غير مستقر قليلا

D: محايد

ه: مستقر قليلاً

F: مستقرة إلى حد ما.

باتباع هذه المقاربة σ _z ، يتم تقدير x _max باستخدام المعادل. (4.70) استنادًا إلى القيمة المحسوبة مسبقًا لـ H _e Eq. (4.65). وبالمقارنة مع التقدير التقديري σ _z X _max وفئة الاستقرار المفترضة ، يُقرأ X من الشكل 4.20B. التالي من الشكل 4.20A تم قراءة _y مقابل المقابلة X (اقرأ في وقت سابق من الشكل 4.20B) وفئة الاستقرار المفترضة سابقاً. باستخدام القيم المقدرة لـ o و، _y و σ _z C _{X max،، 0،0} يتم حسابها لكل ملوث باستخدام المعادلة. (4.69).

يجب مقارنة _{الحد الأقصى} المحسوب C _X لكل ملوث مع الحد المسموح به. إذا تجاوز _{الحد الأقصى} المحسوب C _X لأي من المواد الملوثة الحد المسموح به ، فسيتم تكرار الإجراء الموضح أعلاه لكل فئة من فئات الاستقرار الأخرى. في حالة تجاوز _{الحد الأقصى} C _X المحسوب لأي ملوث يتعدى حده لأي فئة استقرار ، يجب تكرار الخطوات من الثاني والثالث والرابع المذكورة آنفاً بافتراض قيمة أعلى H من القيمة المفترضة السابقة حتى الوصول إلى حل مرض.

في اشارة الى التين. 4.20A و 4.20 B تجدر الإشارة إلى أن العلاقة بين σ _y و X قد تكون ممثلة بشكل معقول بالعلاقة σ _v = σ _y X ^b ، ولكن ذلك بين o. و X لا يتطابق مع الارتباط σ _z = a _z X ^b

علاقة أفضل سيكون لها الشكل

وقد وجد أن القيم العددية لـ _y 'm a و m n تعتمد على تحديد الاستقرار في الغلاف الجوي. تم الإبلاغ عن تقديرات مختلفة من ' _y a' _z m و n في الأدبيات. ويرد أحد هذه التقديرات في الجدول 4-16.

سيكون أفضل إجراء تقدير للارتفاع في المداخن هو اتباع الخطوات المدرجة في القسم 4.8.2.3 بالاقتران مع المعادل. (4.73) بدلاً من استخدام المعادل. (4.69).

ارتباطات بلوم رايز:

حاول الباحثون المختلفون ربط ارتفاع عمود (AH) مع المتغيرات ذات الصلة. يتم سرد بعض هذه أدناه.

1. معادلة هولندا ربما تكون أقربها و هي واحدة بسيطة.

حيث ∆H = ارتفاع عمود ، (م)

U = سرعة الرياح ، (m / s)

U _s = سرعة غاز المكدس عند مخرج المكدس (m / s)

D _s = قطر المكدس عند المخرج ، (m)

P = ضغط غاز المكدس عند الخروج ، (kPa)

T _s = درجة حرارة غاز المكدس عند المخرج ، (K)

T = درجة حرارة الهواء المحيط عند ارتفاع الكدسة المادية ، (K)

وبما أن هذه المعادلة لا تأخذ في الاعتبار حالة الاستقرار في الغلاف الجوي ، فقد اقترحت هولندا أنه ينبغي مضاعفة قيم AH المقدرة بعامل قدره 1.1 إلى. 1.2 لحالة غير مستقرة و 0.8 إلى 0.9 لحالة مستقرة. وقد أظهرت الدراسات اللاحقة أن معادلة هولندا تعطي تقديرًا متحفظًا إلى حد ما لـ AH بعامل من 2 إلى 3.

2. اقترح موسى وكارسون معادلات تعتمد على معايير الاستقرار كما هو موضح أدناه:

3. أوصت مجموعة المهام ASME معادلتين. بالنسبة للظروف غير المستقرة والمحايدة تكون المعادلة الموصى بها:

تقدير مساحة المقطع العرضي / القطر وانخفاض ضغط المكدس:

يمكن التعبير عن معدل التدفق الحجمي بالغازات المكدسة

أين

= معدل التدفق الحجمي الوسطي لغاز المداخن (معدل التدفق الحجمي في قاعدة الكومة ويكون في القمة مختلفًا لأن درجة حرارة غاز المداخن قد تختلف من القاعدة إلى الأعلى بسبب فقدان الحرارة من خلال المكدس) (m ³ / ق).

D _s = متوسط سمك الكومة ، m.

بافتراض وجود سرعة غازية مناسبة في المدى من 10-15 م / ث ، يمكن تقدير مساحة المقطع العرضي للكدسة باستخدام القطر. (4.77).

وبمجرد معرفة سرعة غاز المكدس (U _s ) وقطر المكدس (D _S ) وارتفاع الرصة ، يمكن حساب ضغط قاعدة سحب / تكديس ضغط المكدس باستخدام معادلة برنولي (توازن الطاقة) كما هو موضح أدناه:

مثال 4.5:

يتم تصميم كومة من أجل فرن يعمل بالفحم حيث يتم حرق 500 طن من الفحم مع 2٪ من الكبريت و 20٪ من الرماد وبقية الكربون المحترق.

يمكن استخدام المعلومات / البيانات التالية لغرض التصميم:

حل:

تقدير الارتفاع في المكدس (Hs):

(1) يتم الحصول على تقدير أولي لارتفاع المداخن على أساس النهج التجريبي. (4.64e)

(2) يتم الحصول على تقدير أولي لارتفاع المداخن الفعال H _e باستخدام المعادل. (4.65)

H _e = H _s + ∆H

يتم حساب ارتفاع عمود (∆H) باستخدام معادلة هولندا ، المعادل. (4.74).

(3) يتم حساب الحد الأقصى لتركيز _ثاني أكسيد الكبريت على مستوى سطح الأرض باستخدام المعادل. (4.73)

يجب قراءة a'y و a و _z و n من الجدول 4.16 المقابل لتعيين ثبات باسكويل-جيفورد والذي من المرجح أن يؤدي إلى القيمة القصوى لتركيز S0 ₂ على مستوى الأرض. مسح الجداول 4.15 و 4.16 المقابلة لسرعة الرياح U = 4 م / ث يبدو أن تعيين الاستقرار باسويل-جيفورد D سيؤدي إلى تركيز S02 كحد أقصى. قيم _z 'a و _y m و n من الجدول 4.16 هي

وبالتالي ، فإن ارتفاع الرصة الذي سيؤدي إلى تركيز S0 _{2 على} مستوى الأرض بالقرب من 80 ميكروغرام / م ³ يكون

H _s = H _e - ∆H = 200 - 31 = 169 m.

قطر المكدس ، D _s = 3.06 م.

بلوم الغبار ترسب:

تشتت جسيمات الغبار ، التي تنبعث من خلال كومة ، مثل الملوثات الغازية. لكن الجزيئات تكون أكبر حجماً وأكثر كثافة من غاز المكدس / الهواء ، تبدأ في الاستقرار مباشرة بعد الانبعاثات بسبب قوة الجاذبية. تحقق الجسيمات أخيراً سرعاتها الطرفية. يمكن التعبير عن السرعة النهائية لجسيمات لها قطر نقطة في البوصة

حيث U _t ، _dpi = السرعة الطرفية للجسيمات التي لها قطر نقطة في البوصة وكثافة p _p ، m / s

g = التسارع الناتج عن الجاذبية ، m / (s ² )

نقطة في البوصة = قطر الجسيم (م)

p _a = كثافة الهواء المحيط بالكيلو جرام / (م ³ )

p _p = كثافة الجسيمات kg / (m ³ )

C _D = السحب معًا

بافتراض أن جسيمات الغبار تكون كروية C يمكن تقييمها باستخدام أي من العلاقات التالية حسب رقم Reynolds للجسيم ؛

جزيئات الغبار تستقر في النهاية على الأرض. الحصول على ترسب جزيئات أكبر نسبيا على طول محور الرماد في حين تودع الجسيمات الدقيقة في كل مكان. نظرًا لتغير اتجاه الريح وسرعته من وقت لآخر ، يتغير اتجاه عمود السحب بالتالي.

ومن ثم يقدر متوسط معدل ترسب الغبار في الوقت في مواقع مختلفة كدالة لـ X ، وهي مسافة اتجاه الريح من قاعدة المكدس. وفقا لبوسانكويت وآخرون. يمكن التعبير عن معدل الترسيب عند نقطة P على مسافة X من قاعدة الرصة