ΜΑΘΗΜΑ: Αντιρρυπαντική Τεχνολογία Αιωρούμενων Σωματιδίων Ενότητα 6: Ηλεκτροστατικά Φίλτρα ΔΙΔΑΣΚΩΝ: Αν. Καθ. Δρ Μαρία Α. Γούλα ΤΜΗΜΑ: Μηχανικών Περιβάλλοντος & Μηχανικών Αντιρρύπανσης 1
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Crativ Coons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους.
ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ Άσκηση 1... 4 Άσκηση... 4 Άσκηση... 5 Άσκηση 4... 7 Άσκηση 5... 9 Άσκηση 6... 10
Άσκηση 1 Εκφώνηση: Ένα ESP επεξεργάζεται τα απαέρια από μία μονάδα καύσης άνθρακα και επιτυγχάνει 96% απόδοση απομάκρυνσης των PM. Αν η παροχή του αερίου μεταβάλλεται και η απόδοση μειωθεί σε 9% υπολογίστε το λόγο της νέας παροχής του αερίου προς την παλιά. Σωστή Απάντηση Άσκησης 1: Υπολογίζεται το λόγο της νέας παροχής του αερίου προς την παλιά: w, A wa o n 1 ln(1 n) n n ln(1 o) ln(1 0.96) 1.7 wa o ln(1 n) ln(1 0.9) wa o o 1 ln(1 o) o Άσκηση Εκφώνηση: Ένα ESP πρέπει να επεξεργαστεί αέριο ρεύμα με 99% απόδοση. Υποθέστε μία πραγματική ταχύτητα πλαγιολίσθησης ίση με 7.5 /in. Να υπολογίσετε τη συνολική επιφάνεια συλλογής, όταν ο αριθμός των απαιτούμενων πλακών είναι ίσος με 00. Κάθε πλάκα έχει 6 μέτρα ύψος και 4 μέτρα μήκος και υπάρχουν 4 τμήματα στη διεύθυνση της ροής. Απάντηση Άσκησης : Υπολογίζεται τη συνολική επιφάνεια συλλογής: A A ( N N ) H L ( N N ) 6 4 (00 4) 9408 p s p s 4
Άσκηση Εκφώνηση: Ένα ESP πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τον έλεγχο 10,000 /in αερίου ρεύματος. Το προτεινόμενο ESP αποτελείται από δύο () τμήματα στη σειρά τα οποία έχουν την ίδια μεταξύ τους επιφάνεια. Η σωματιδιακή φόρτιση στην είσοδο είναι 1. kg/, ενώ η φόρτιση στην έξοδο δεν θα πρέπει να υπερβαίνει τα 0.01 kg/. Η ταχύτητα πλαγιολίσθησης των σωματιδίων είναι ίση με 5 /in και /in σε κάθε τμήμα αντίστοιχα. Να υπολογίσετε: a) Τη συνολική επιφάνεια συλλογής βασιζόμενοι στη μέση ταχύτητα πλαγιολίσθησης. b) Τη μάζα των σωματιδίων (σε kg/in) που απομακρύνεται σε κάθε τμήμα, χρησιμοποιώντας τις ταχύτητες πλαγιολίσθησης του κάθε τμήματος. Απάντηση Άσκησης (a): Υπολογίζεται την απόδοση συλλογής βάση της συνολικής συλλεγόμενης μάζας: kg kg 1. 0.01 C in Cout. 0.99 ή 99% C kg in 1. Υπολογίζεται τη συνολική επιφάνεια συλλογής (πλακών) με χρήση της εξίσωσης Dutch: 10,000 1 A ln(1 ) in ln(1 0.99) 11,51 5 in in wa.. w Απάντηση Άσκησης (b): Υπολογίζεται την επιφάνεια των πλακών σε κάθε τμήμα: 11,51 A ά 5756.5 Υπολογίζεται την απόδοση συλλογής κάθε τμήματος: 5
5 5756.5 in wa ά 10,000 1 1 in 0.944 ή 94.4% 1 5756.5 in wa ά 10,000 1 1 in 0.8 ή 8.% Υπολογίζεται την μαζική παροχή στην είσοδο του ESP:,. v in 10, 000 kg kg 1. 1, 000 C in in Υπολογίζεται την μαζική παροχή στην έξοδο του πρώτου τμήματος: ( ),., out,1 1, out,1,.,. 1,. kg kg kg, out,1 1, 000 (1, 000 0.944) 67 in in in Υπολογίζεται την μάζα που απομακρύνεται (συλλέγεται) στο πρώτο τμήμα: kg kg kg 1,., out,1 1, 000 67 11,8 in in in Υπολογίζεται την μαζική παροχή στην έξοδο του δεύτερου τμήματος: ( ), out,1, out,, out,, out,1, out,1, out,1 6
kg kg kg, out, 67 (67 0.8) 10 in in in Υπολογίζεται την μάζα που απομακρύνεται (συλλέγεται) στο δεύτερο τμήμα: kg kg kg, out,1, out, 67 10 55 in in in Άσκηση 4 Εκφώνηση: Στον νομό «Ενέργεια» πρόκειται να κατασκευαστεί μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας που θα καίει 8000 tn/day γαιάνθρακα. Πειραματικά δεδομένα δείχνουν ότι η τέφρα που περιέχει ο γαιάνθρακας είναι 5% κατά βάρος. Υποθέστε ότι το 0% της τέφρας θα παραμένει στο κλίβανο και το 70% θα γίνεται ιπτάμενη τέφρα. Για τον έλεγχο των απαερίων της η μονάδα προτίθεται να χρησιμοποιήσει ένα ESP. Υποθέστε ότι το αέριο ρεύμα κατά την είσοδο του στο ESP θα περιέχει Α.Σ. μίας διαμέτρου, τα οποία θα κινούνται με ταχύτητα πλαγιολίσθησης 4 /in. Επίσης υποθέστε ότι η σωματιδιακή φόρτιση θα είναι ίση με 0.00007 tn/. Να υπολογίσετε: a) Την απόδοση που θα πρέπει να έχει το ESP για να ικανοποιήσει όριο εκπομπής 4 tn/day. b) Την απαιτούμενη επιφάνεια συλλογής (πλακών). c) Τον αριθμό των πλακών εάν η κάθε πλάκα είναι 6 επί 10 και υπάρχουν τρία () τμήματα στη διεύθυνση της ροής. Απάντηση Άσκησης 4(a): Υπολογισμός απόδοσης ESP: tn tn Ιπτάμενη τέφρα/ημέρα: 8000 0.05 0.7 80 d d Άρα η απαιτούμενη απόδοση συλλογής είναι: 7
tn tn 80 4, in, out d d 0.986 ή 98.6% tn, in 80 d Απαιτούμενη επιφάνεια συλλογής: Υπολογισμός της ογκομετρικής παροχής: tn 80 v d v v 4,000,000 C tn d 0.00007 Υπολογισμός της απαιτούμενης επιφάνειας συλλογής: wa 1 A ln(1 ) w 1 d 1 h 4,000,000 d 4 h 60 in A ln(1 0.986) A 964.4 4 in Αριθμός πλακών: A A A Ap ( N Ns) N Ns N Ns A H L p p N 964.4 N 8 6 10 πλάκες. 8
Άσκηση 5 Εκφώνηση: Ένα ESP αποτελείται από ένα τμήμα με πλάκες (με ύψος 4 ft, μήκος 0ft). Η απόσταση μεταξύ των πλακών είναι 11 in. Σε παροχή 400 acf, το ESP έχει απόδοση 88.%. Να συμπληρώσετε τον παρακάτω πίνακα: Απόδοση (%) Α x w x / A / w / x Απάντηση Άσκησης 5: Υπολογισμός συνολικής επιφάνειας συλλογής: A A ( N N ) H L ( N N ) 4 ft 0 ft 1 960 ft p s p s Υπολογισμός ταχύτητας πλαγιολίσθησης: wa 1 w ln(1 ) A w ft 400 in ln(1 0.88) w 9.5 960 ft in ft Υπολογισμός απόδοσης για Αx: ft 9.5 960 ft in wa ft 400 in 1 1 0.986 ή 98.6% Υπολογισμός απόδοσης για w x: 9
ft 9.5 960 ft in wa ft 400 in 1 1 0.986 ή 98.6% Υπολογισμός απόδοσης για /: ft 9.5 960 ft in wa ft 400 / in 1 1 0.986 ή 98.6% Υπολογισμός απόδοσης για Α/: ft 9.5 960 ft / in wa ft 400 in 1 1 0.6565 ή 65.65% Υπολογισμός απόδοσης για w /: ft 9.5 / 960 ft in wa ft 400 in 1 1 0.6565 ή 65.65% Υπολογισμός απόδοσης για x: ft 9.5 960 ft in wa ft 400 in 1 1 0.6565 ή 65.65% Άσκηση 6 Εκφώνηση: Ένα ηλεκτροστατικό φίλτρο πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για τον καθαρισμό 100,000 acf ρυπασμένου αέρα. Ο προτεινόμενος σχεδιασμός του ESP αποτελείται από τρία τμήματα διατεταγμένα σε σειρά. Η φόρτιση σε σωματίδια στην είσοδο έχει μετρηθεί ως.77 gr/acf (κόκκοι/ πραγματικό κυβικό πόδι), ενώ το υπάρχον νομοθετικό πλαίσιο καθορίζει ότι η φόρτιση στην έξοδο του ESP δεν θα πρέπει να ξεπερνά τα 0.05 gr/acf. Κάθε τμήμα 10
αποτελείται από 1 πλάκες οι οποίες έχουν 8 ft ύψος και 0 ft πλάτος. Να υπολογίσετε: a) Την απαιτούμενη απόδοση συλλογής του ESP ώστε η μονάδα να λειτουργεί σε συμμόρφωση με την κείμενη νομοθεσία. ( b) Την απόδοση συλλογής του προτεινόμενου ESP, αν η ταχύτητα πλαγιολίσθησης για κάθε τμήμα είναι 0.41 ft/s. c) Tον αριθμό των πανομοιότυπων τμημάτων που θα πρέπει να προστεθούν (σε σειρά), ώστε η προτεινόμενη μονάδα να συμμορφώνεται με την υπάρχουσα νομοθεσία. Υποθέστε ότι στα επιπλέον τμήματα η ταχύτητα πλαγιολίσθησης θα είναι 0.41 ft/s. Απάντηση Άσκησης 6(a): Υπολογίζεται η απαιτούμενη απόδοση του ESP: gr gr.77 0.05 ft ft.77 0.9867 ή 98.67% Απάντηση Άσκησης 6(b): Υπολογίζεται η επιφάνεια συλλογής του ενός τμήματος: A A ( N N ) H L ( N N ) 8 ft 0 ft (1 1) 50 ft p s p s Υπολογίζεται η απόδοση συλλογής ενός εκ των τμημάτων του ESP: ft 0.41 50 ft s wa ft 1 in 100,000 in 60 s 1 1 0.579 ή 57.9% Η συνολική κλασματική διείσδυση είναι: Pt Pt1 Pt Pt Pt 0.407 0.407 0.407 0.0744 Κατά συνέπεια, η συνολική απόδοση είναι: 11
1 Pt 1 0.0744 0.956 ή 9.56% Απάντηση Άσκησης 6(c): Υπολογίζεται η συνολική κλασματική διείσδυση με την προσθήκη 4 ου τμήματος: Pt 4 4 Pt 0.407 0.01 Υπολογίζεται η συνολική απόδοση με την προσθήκη 4 ου τμήματος: 1 Pt 1 0.01 0.9687 ή 96.87% Υπολογίζεται η συνολική κλασματική διείσδυση με την προσθήκη 5 ου τμήματος: Pt 5 5 Pt 0.407 0.01 Υπολογίζεται η συνολική απόδοση με την προσθήκη 5 ου τμήματος: 1 Pt 1 0.1 0.9868 ή 98.68% Κατά συνέπεια, θα χρειαστούν τουλάχιστον επιπλέον τμήματα για να επιτευχθεί η απαιτούμενη απόδοση συλλογής. 1