Введение
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА 4
1.1 Экологическая опасность свинцового производства 4
1.2 Способы определения воздухообмена 8
2. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВОЗДУХООБМЕНА СВИНЦОВОГО
ПРОИЗВОДСТВА В РАФИНИРОВОЧНОМ ЦЕХЕ 11
3. ПОСТРОЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ 20
3.1 Геометрия расчетной модели 20
3.2 Выбор способа численного моделирования расчетной модели 21
3.3 RANS-модели в COMSOL Multiphysics 27
3.4 Система уравнений расчетной модели 34
3.5 Построение расчетной сетки 36
4. ОЦЕНКА АДЕКВАТНОСТИ ЧИСЛЕННОЙ МОДЕЛИ 45
4.1 Модель циркуляции при естественной конвекции без подачи приточного
воздуха 48
4.2 Модель циркуляции при подаче приточного воздуха в рабочую зону в
объеме 21340 м3/ч на один котел 51
4.3 Модель циркуляции при подаче приточного воздуха сверху в объеме
19800 м3/ч на один котел 54
4.4 Проверка адекватности численного моделирования 57
5. ОПТИМИЗАЦИЯ СХЕМЫ ВОЗДУХООБМЕНА 59
5.1 Модель циркуляции при подаче приточного воздуха в рабочую зону в
объеме 6600 м3/ч на один котел 59
5.2 Модель циркуляции при подаче приточного воздуха сверху
воздухораспределителями в объеме 50000 м3/ч и в рабочую зону в объеме 6600 м3/ч на один котел 61
5.3 Модель циркуляции при подаче приточного воздуха сверху
воздухораспределителями в объеме 20000 м3/ч и в рабочую зону в объеме 4000 м3/ч на один котел 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
Природный фон содержания свинца в атмосфере Земли составляет 2-10-9.. .5-10-4 мкг/м3 и формируется за счет поступления свинца в виде пыли почвы, вулканического дыма, морских соленых аэрозолей и метеоритной пыли в количестве 210 тыс. т/год. Антропогенные источники поступления свинца привносит в атмосферу Земли около 380 тыс. т/год, в том числе в результате работы промышленных предприятий поступает 89 тыс. т/год свинца, с выхлопными газами - до 260 тыс. т/год, в результате сжигания каменного угля - около 30 тыс. т/год свинца. Таким образом, загрязнение атмосферы свинцом, обусловленное работой промышленных предприятий, составляет 24% от загрязнения антропогенными источниками, которое, в свою очередь, превышает естественное поступление свинца в атмосферу в 1,8 раза.
В крупных промышленных городах концентрации свинца поднимаются до 40 мкг/м3, что многократно превышает естественный фон. Радиус рассеяния вокруг металлургических предприятий достигает 30...40 км, причем в радиусе 1...2 км выделяется зона сильного повреждения ландшафта, здесь фон превышается в десятки и сотни раз. Содержание свинца в твердых выбросах металлургического комбината составляет 250...440 мг/кг. В районе завода, выплавляющего свинец, содержание его в атмосферном воздухе составляет 0,62...0,95 мкг/м3, что в 103...108 раз превышает естественный фон.
К вторичным эффектам процессов переноса свинцовых загрязнений из атмосферного воздуха можно отнести накопление его снежным покровом, почвой, водоемами, приносящие зачастую еще больший ущерб, чем первичное загрязнение атмосферы.
Ввиду изложенного, проблема снижения выбросов свинцового производства в атмосферу представляется актуальной.
В ходе данной работы были достигнуты следующие результаты.
1. Изучены основные проблемы свинцового производства, рассмотрены существующие способы борьбы с выбросами аэрозолей свинца, а также выбран наиболее эффективный из них.
2. Определены основные условия и параметры сохранения конвективной струи для её дальнейшего удаления и очищения.
3. Освоена работа в программе COMSOL Multiphysics® с помощью которой методом численного моделирования возможно смоделировать процессы гидродинамики в том числе свободную конвекцию.
4. В программе COMSOL Multiphysics® была построена модель цеха для моделирования процессов гидродинамики, на основе модели были рассмотрены три схемы распределения воздуха, которые оказались адекватными при качественном сравнении с результатами физического эксперимента на приборе ИАБ-451.
5. На основе адекватной модели была предложена собственная схема распределения воздуха в рафинировочном цехе, в которой учитываются все требования, для сохранения конвективной струи от котла. При этом воздухообмен цеха, определенный на 12 котлов, составил 288 тыс. м3/ч, что в 24 раза меньше, чем на ассимиляцию вредностей (7 066 тыс. м3/ч).
6. Полученная модель может быть доработана с помощью программы COMSOL Multiphysics® для получения более точных результатов движения воздуха в рафинировочном цехе, при использовании следующих методов:
- увеличение количества узлов сетки, что приведет к повышению точности и уменьшению погрешности расчета;
- добавление в расчетную модель уравнений массопереноса для определения концентрации аэрозолей свинца по всему объему расчетной модели;
