Дрововозова Т.И., Манжина С.А. и др. Практикум по экологическому. Практикум по экологическому нормированию и оценке воздействия на окружающую среду Новочеркасск 2011 Содержание

Скачать 0.83 Mb.

Название	Практикум по экологическому нормированию и оценке воздействия на окружающую среду Новочеркасск 2011 Содержание
Дата	15.03.2018
Размер	0.83 Mb.
Формат файла
Имя файла	Дрововозова Т.И., Манжина С.А. и др. Практикум по экологическому.docx
Тип	Практикум #31969
страница	4 из 22

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 22

1.2.1. Расчет массы выброса загрязняющих веществ

Масса выбрасываемых котельным агрегатом или другим видом теплогенератора токсичных веществ в общем случае рассчитывается по формуле:

, (1.5)

где М - количество загрязняющего вещества, г/с;

V - объем выбросных газов, м³/с;

q - концентрация загрязняющего вещества в газе, г/м³.

При сжигании топлива объем выбросных (дымовых) газов зависит от вида и качества топлива, а также от коэффициента избытка воздуха - a (приложение, табл. П. 1). Объем продуктов сгорания на единицу массы сжигаемого топлива рассчитывается по эмпирическим уравнениям, приведенным в табл.1.3, либо берется из технических характеристик используемого топлива в % (приложение, табл. П. 2).
Таблица 1.3 - Расчетные характеристики различных видов топлива

Вид топлива	Марка топлива	Объем продуктов сгорания при нормальных условиях, ¹V₀ м³/кг	Содержание			Низшая теплота сгорания Q^p_Н, кДж/кг
Вид топлива	Марка топлива		серы,%	зольность ²,%	азота N^p, %
1	2	3	4	5	6	7
Уголь:
Донецкий бассейн	Д	5,86+5,44(a-1)	4,6	10,0	1,0	19600
	Г	5,65+5,19(a-1)	3,3	23,0	1,0	22100
	Ж	5,16+4,77(a-1)	2,5	35,5	0,9	18000
	АШ	6,32+6,04(a-1)	1,7	27,0	0,6	22600
Кузнецкий бассейн	Д	6,58+6,02(a-1)	0,3	13,2	1,9	22300
	Г	7,42+6,88(a-1)	0,5	11,0	1,7	26100
	СС	6,73+6,26(a-1)	0,3	13,2	1,5	23900
	Т	7,22+6,83(a-1)	0,4	16,8	1,5	26200
Подмосковный бассейн	2Б	3,62+3,03(a-1)	2,7	25,2	0,6	10400
Экибастузский бассейн	СС	4,96+4,67(a-1)	0,8	32,6	0,8	15800
Торф	-	3,30+2,38(a-1)	0,1	6,3	1,1	8110
Мазут:
малосернистый	-	12,50+10,62(a-1)	0,5	0,02	-	39700
высокосернистый	-	12,10+10,46(a-1)	2,8	0,02	-	38800
Природный газ:
ставропольский	-	10,49+9,49(a-1)	-	-	2,6	37000
шебелинский	-	10,46+9,52(a-1)	-	-	1,5	37000
саратовский	-	10,73+9,52(a-1)	-	-	3,0	36100

¹V – летучие вещества, являются показателем качества, характеризующими пригодность топлива для энергетических или технологических целей, воспламеняемость топлива и быстроту его сгорания (чем выше в топливе выход летучих веществ, тем оно имеет меньшую температуру воспламенения);

²А – зола, является негорючим остатком минеральных примесей, получающимся после сгорания топлива, ее наличие понижает качество топлива, увеличивает расходы на транспортировку и удаление золы из топок.

Количество оксидов азота в дымовых газах находится в сложной зависимости от энергетических свойств топлива, температуры сгорания, времени пребывания продуктов сгорания в высокотемпературной зоне, коэффициента избытка воздуха. В первом приближении для котельных агрегатов его можно принять равным (в мг NO₂ на каждый м³ дымовых газов): 120 - 150 (каменный уголь), 160 - 220 (мазут), 200 - 250 (природный газ). Далее, исходя из объема продуктов сгорания и количества сжигаемого топлива, рассчитывается количество образовавшихся оксидов азота.

Пример 1. Рассчитать объем (в м³/с) дымовых газов и массу (выброс в г/с) NO₂, содержащегося в продуктах сгорания 2,3 т/час высокосернистого мазута, если коэффициент избытка воздуха равен 1,23.

Решение. Рассчитаем объем (в м³/с) дымовых газов при нормальных условиях, используя данные табл.3:

V= V₀·B = [12,10+10,46(-1)]·В = [12,10+10,46(1,23-1)]·

= 9,27 м³/с

Определим секундный выброс диоксида азота, принимая, что в каждом кубическом метре дымовых газов содержится 200 мг NO₂:

M (NO₂) =

= 1,85 г/с

Расчет количества оксидов серы в пересчете на SO₂ (т/год, т/ч, г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами при сжигании органического топлива в технологическом процессе в единицу времени выполняется по формуле:

, (1.6)

где В - расход топлива (т/год, т/ч, г/с);

- содержание серы в топливе (масс, %), приведенное в табл.1.3;

- доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле (табл. 1.4);

- доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц. Доля оксидов серы, улавливаемых в сухих золоуловителях (электрофильтрах, батарейных циклонах), принимается равной нулю, в мокрых золоуловителях (скрубберы) эта доля зависит от общей щелочности орошающей воды и приведенной сернистости топлива Sⁿ = 10³·S^r/Q^P_H. Для принятых на ТЭС удельных расходов воды на орошение золоуловителей 0,1-0,15 л/м³ эта зависимость показана на диаграмме (рис. 1.1).

Таблица 1.4 - Ориентировочные значения

при сжигании различных видов топлива

Вид топлива	Доля оксидов серы, связываемых летучей золой, η_SO2
Уголь Сланцы Мазут Газ Торф	0,1 0,50 0,02 0,00 0,15

Пример 2. Рассчитать теоретически возможную массу SO₂ (выброс в г/с), образующегося при полном сгорании 240 т/ч каменного угля Донецкого бассейна марки Г при отсутствии очистки.

Решение.

Переведем расход топлива из т/ч в г/с: 240 т/ч =

г/с

Используя формулу (1.6) и данные табл. 1.3 (

= 3,3%) и 1.4 (

=0,1), находим массу SO₂ (секундный выброс):

= 0,02·

·3,3·(1-0,1) = 3960 г/с.

Пример 3. Котельная сжигает 200 т/сут. Донецкого угля марки Д, коэффициент избытка воздуха (α) равен 1,25. Рассчитать количество SO₂ (в г/с), выделяющееся при работе котельной. Сравнить и оценить с экологической точки зрения целесообразность замены топлива на мазут высокосернистый с сохранением производственной мощности котельной (сравнение только по SO₂).

Решение.

1. Определим количество диоксида серы в пересчете на SO₂ (в г/с) в дымовых газах котельной

Пересчитаем расход топлива В из т/сут. в г/с: 200 т/сут. =

= 2314,8 г/с

S^r - содержание серы в топливе (масс,%), по табл. 1.3 для Донецкого угля марки Д = 4,6 %. Низшая теплота сгорания Q^p_НУ = 19600 кДж/кг.

η (SO₂) - доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива, по табл. 1.4

η (SO₂) при сжигании угля равна 0,1

M (SO₂) = 0,02 ∙ 2314,8 г/с ∙ 4,6 (1-0,1)= 191,66 г/с или 0,19 кг/с

2. Определим, учитывая теплотворную способность топлива, эквивалентный углю расход мазута и количество SO₂, образующегося при сжигании последнего. Зная, что низшая теплота сгорания мазута высокосернистого составляет Q^p_НМ = 38800 кДж/кг. Определим теплотворность мазута по отношению к указанному углю:

Q^p_НУ/ Q^p_НМ = 19600/38800 = 0,505

В_мазута= 2314,8 г/с·0,505 = 1168,97 г/с или 1,18 кг/с

М_мазут (SO₂) = 0,02 ∙ 1168,97 г/с ∙ 2,8 ∙ (1-0,02) = 64,15 г/с или 0,064 кг/с

3. Количество SO_2, образовавшегося при сгорании Донецкого угля марки Д, составило 0,19 кг/с, а при сгорании эквивалентного количества высокосернистого мазута - 0,064 кг/с, что почти в 3 раза меньше. Следовательно, с экологической точки зрения замена Донецкого угля марки Д на высокосернистый мазут целесообразна.

$c:\users\1\documents\111.gif$

Рис. 1.1. Зависимость степени улавливания оксидов серы в мокрых золоуловителях от приведенной сернистости топлива и щелочности орошаемой воды. Щелочность орошаемой воды: 1 – 10 мг-экв./л; 2 – 5 мг-экв./л; 3 – 0 мг-экв./л.

Пример 4. Определить количество диоксида серы, которые образуются в процессе работы предприятия черной металлургии, если в сталелитейной печи используют уголь Печорского бассейна марки Д (приложение, табл. П 2). Потребление топлива составляет 10000 г/с. Перед выбросом в атмосферу газы проходят очистку в мокром золоуловителе с щелочностью оросительной воды равной 5 мг-экв./л.

Решение. Для расчета используем формулу 1.6:

Из таблицы П 2 сернистость S^r _=0,38; η (SO₂) - доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива, по табл. 1.4, η (SO₂) при сжигании угля равна 0,1; низшая теплота сгорания Q^P_H= 26177 кДж/кг.

Для определения η^/_SO₂ находим Sⁿ = 10³·S^r/Q^P_H = 10³·0,38/26177 = 0,0145. По графику на рис. 1.1 определяем

. Подставляя все значения в формулу 1.6, получим:

_{Количество оксидов углерода} _{(г/с, т/год), выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива, вычисляется по формуле:}

_(1.7)

_где _С_СО _{– выход оксида углерода при сжигании топлива, кг/т, кг/тыс.м}³_;

q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, % (табл. П 1).

_{Выход оксида углерода определяется по формуле}

_(1.8)

_где _R _{– коэффициент, учитывающий долю потерь теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную содержанием СО в продуктах сгорания;} _R _{принимает равным: для твердого топлива – 1,0; для газа – 0,5; для мазута – 0,65;}

_q₃ _{– потери тепла от недожога, % (табл. П 1).}

_{Пример 5.} _{Определить количество оксида углерода (в г/с), которое образуется при сжигании 20 тонн за час каменного угля марки АС Донецкого бассейна (табл. П 2) в камерной топке.}

_{Решение.}

_{1. Определим выход оксида углерода по формуле 1.8:}

_{2. По формуле 1.7 определим массу оксида углерода:}

_{Суммарное количество твердых частиц} _{(летучей золы и несгоревшего топлива), выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами при отсутствии эксплуатационных данных о содержании горючих частиц в уносе, рассчитывается по формуле:}

, (1.9)

Количество летучей золы, выбрасываемой в атмосферу с дымовыми газами от теплогенератора при сжигании твердого и жидкого топлива, рассчитывается из соотношения:

_(1.10)

_{При отсутствии необходимости в более точных расчетах количества летучей золы можно воспользоваться более краткой формулой:}

_(1.11)

В формулах 1.9-1.11:

В - расход топлива (т/год, т/ч, г/с);

- зольность топлива, % (табл. 1.3, П 2);

Q^P_H – низшая теплота сгорания, кДж/кг (табл. 1.3, П 2);

q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, % (табл. П 1);

η₃ – доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителе, зависит от типа золоуловителя, марки топлива и мощности ТЭС. Для ТЭС мощностью 500 МВт и выше η₃ равна 0,99-0,995, при меньших мощностях η₃ = 0,93-0,97 (большие цифры относятся к многозольным топливам).

Q_УН – доля золы, уносимой из котла, зависит от конструкции топки: для топок с твердым шлакоуловителем составляет 0,95 и 0,70-0,75 для открытых и полуоткрытых топок с жидким шлакоудалением (табл. П 1).

- доля золы, уносимой дымовыми газами. Зависит от вида, марки топлива и от типа топки. Для угольных топок

колеблется в интервале 0,002 - 0,008. В случае мазутных топок

составляет 0,02.

Количество твердых частиц несгоревшего топлива М_НТ, т/год, г/с, образующихся в топке в результате механического недожога топлива (несгоревшее топливо) и выбрасываемых в атмосферу в виде коксовых остатков (при сжигании твердого топлива) или в виде сажи (при сжигании мазута), определяют по формуле:

М_НТ = М_ТВ – М_ЛЗ (1.12)

Пример 4. Рассчитать количество летучей золы (в г/с), выбрасываемой в атмосферу с дымовыми газами от котельной при сжигании 130 т/час высокосернистого мазута.

Решение.

Пересчитаем расход топлива из т/час в г/с: В = 130 т/час =

= 36,11·10³ г/с.

Для мазутных топок β = 0,02; по табл. 1.3 зольность топлива А^р = 0,02

Определим количество летучей золы (в г/с) в дымовых газах котельной по формуле 1.11:

= 36,11·10³ ·0,02·0,02 = 14,44 г/с.

Для веществ, обладающих суммацией вредного действия, аналогично рассчитывается суммарный выброс М_сум, (г/с), условно приведенный к выбросу одного из них:

, (1.13)

где

- мощности выброса каждого из n веществ;

ПДК₁ , ПДК₂ ,...,ПДК_n - максимальные разовые предельно допустимые концентрации этих веществ.

К вредным веществам, обладающим суммацией действия, относятся, как правило, близкие по химическому строению и характеру влияния на организм человека, например:

диоксид серы и аэрозоль серной кислоты;
диоксид серы и сероводород;
диоксид серы и диоксид азота;
диоксид серы и фенол;
диоксид серы и фтористый водород;
диоксид и триоксид серы, аммиак, оксиды азота;
диоксид серы, оксид углерода и диоксид азота.

Пример 5. Котельный агрегат работает на высокосернистом мазуте. Расход топлива составляет 10,5 т/час. Основными загрязняющими веществами, выбрасываемыми теплогенератором, являются диоксид серы и диоксид азота. Коэффициент избытка воздуха равен 1,23. Рассчитать суммарный выброс загрязняющих веществ в атмосферу. Определить долю каждого загрязняющего вещества в приведенных выбросах.

Решение. Диоксид серы и диоксид азота относятся к одному ЛПВ (табл. 1.1), следовательно, обладают суммацией вредного воздействия. Определим суммарный выброс этих веществ, условно приведенный к выбросу диоксида серы по формуле (1.13)

По табл. 1.1 ПДК(NO₂) = 0,2 мг/м³, ПДК (SO₂) = 0,5 мг/м³.

Определим секундный выброс SO₂ при сжигании 10,5 т/час высокосернистого мазута:

М (SO₂) = 0,02·

·2,8·(1-0,02) = 160,25 г/с.

(S^r = 2,8 %, η (SO₂) = 0,02 из табл. 1.3 и 1.4).

Определим секундный выброс NO₂, принимая, что в каждом м³ дымовых газов содержится 200 мг NO₂.

М (NO₂) = (12,10+10,46(1,23-1))·

·200·10^-3 = 8,47 г/с

= 160,25+8,47·

= 181,425 г/с.

Доля SO₂, содержащаяся в условно приведенных выбросах, составляет:

Доля NO₂:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 22