Определение количества поступающих в атмосферу токсичных веществ при работе котельной

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Расход топлива

2. Расчет максимально-разовых и годовых выбросов отопительной котельной (NO_X, SO_X, CO, твердых частиц, бенз(а)пирена)

2.1 Расчет выбросов твердых частиц

2.2 Расчет выбросов оксидов серы

2.3 Расчет выбросов оксидов азота

2.4 Расчет выбросов монооксида углерода

2.5 Расчет выбросов бенз(а)пирена

3. Мероприятия по снижению вредных выбросов, экологический эффект

4. Расчет высоты дымовой трубы

5. Нормативные предельно допустимые выбросы загрязнителей

6. Оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы при работе котельной

Заключение

Список использованных источников

Введение

Общеизвестно, что в настоящее время исключительно большое внимание во всем мире уделяется проблемам экологии. Существенную долю в загрязнение окружающей среды вносит энергетическая отрасль. Работа котельных и ТЭС оказывает негативное влияние на окружающую среду, которое проявляется в изъятии земель, потреблении ископаемого топлива и пресной воды, складировании золошлаковых отходов, в токсичных выбросах в атмосферу и водный бассейн и др. В мире сжигается более 10 млрд. т.у.т. органического топлива, что соответствует выбросу газов, несущих в атмосферу различные вредные вещества: золу, оксиды серы, азота и углерода, а также (в меньших количествах) органические соединения, называемые полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ).

В задачу расчета вредных выбросов котлов входит определение количества поступающих в атмосферу токсичных веществ. Для твердотопливных энергетических котлов средней и большой мощности, как правило, рассчитываются выбросы оксидов азота, оксидов серы, бенз(а)пирена и летучей золы. Для котлов, работающих на жидком топливе, - выбросы оксидов серы, азота, бен(а)пирена и мазутной золы (в пересчете на ванадий). Для газовых котлов - выбросы оксидов азота и бенз(а)пирена. Для котлов малой производительности вследствие значительного химического недожога дополнительно должны учитываться выбросы продуктов неполного сгорания, отнесенные на СО.

Целью мероприятий, проводимых для данной котельной является:

- снижение вредных выбросов;

- расчета экологического эффекта;

- снижение экономического ущерба от загрязнения атмосферы при работе котельной.

1. Расход топлива

Количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ при работе котельных и ТЭС зависит, в первую очередь, от сжигаемого топлива и его расхода.

Для того чтобы определить расход топлива, необходимо знать расчетные характеристики используемого топлива, а также характеристики котлоагрегата.

Расчетные характеристики угля: Минусинский Д.Р.:

-влажность W^p=14,0%

-зольность A^p=15,5%

-содержание серы S^р_к+ор=0,5%

-содержание углерода C^p=54,9%

-содержание водорода H^p=3,7%

-содержание азота N^p=1,4%

-содержание кислорода O^p=10,0%

-теплота сгорания топлива =20,56 МДж/кг.

-теоретический объем воздуха V_в=5,89 м³/кг

-теоретический объем дымовых газов V_г=6,45 м³/кг.

Характеристики котла типа Е-160 по [2]:

-паропроизводительность D=160 т/ч=44,44 кг/с

-температура пара t_п=250 ^оC

-температура питательной воды t_пв=104^оC

-температура уходящих газов t_уг=157^оC

-избыточное давление P=14 кгс/см²

-КПД котла _к=91,2 %

Место расположения котельной: г. Иркутск

Количество котлов:9 шт.

Тип горелок: прямоточные

Вид шлакоудаления: твердое

Тип золоуловителя: скрубберы

Степень улавливания золоуловителя:95%

Число часов использования

установленной теплопроизводительности:6000 ч/год

Секундный расход угля котельной можно рассчитать по формуле, кг/с:

где:n - число котлов, 9 шт.;

_к = 91,2 - КПД котла, %;

= 20,56 - теплота сгорания топлива, МДж/кг;

Q_ka - полезно отданное тепло, МВт.

где:D=44,44 - паропроизводительность котла, кг/с;

D_пр - расход воды на продувку, кг/с;

h_пп,h_пв, h_квт - энтальпии соответственно перегретого пара, питательной воды, котловой воды, МДж/кг.

Энтальпии определяются при соответствующих температурах t_п =250 ⁰С, t_пв =104⁰С и избыточном давлении Р_изб=14 кгс/см². по [4] :

h_п= 2927 кДж/кг,

h_пв= 435,76 кДж/кг,

h_кв= 826 кДж/кг.

Определяем расход продувочной воды по формуле, кг/с:

где p=2-3% - процент продувки, принимаем p=3%;

тогда получаем:

кг/с,

Q_ka=44,44·(2927 - 435,76) + 1,33·(826 - 435,76) = 111,23 МВт;

г/с.

Годовой расход топлива определяется по формуле, т/год:

гдеn_уст - число часов использования установленной производительности, n=6000 ч/год;

т/год.

2. Расчет максимально-разовых и годовых выбросов отопительной котельной (NO_X, SO_X, CO, твердых частиц, бенз(а)пирена)

Как уже отмечалось, при работе котельных и ТЭС с продуктами сгорания в атмосферу поступают различные вредные вещества: при сжигании твердого топлива - токсичные оксиды серы (SO₂ и SO₃), азота (NO, NO₂, N₂O, N₂O₅) и летучая зола; при сжигании мазута - оксиды серы, азота и соединения ванадия (в основном V₂O₅); при сжигании газа из токсичных веществ образуются только оксиды азота. При неполном сгорании топлива в дымовых газах в значительных количествах могут содержаться углеводороды (метан, бенз(а)пирен и др.), монооксид углерода СО и некоторые другие токсичные вещества. Сжигание любого топлива сопровождается также выбросами большого количества газов, оказывающих неблагоприятное воздействие на климат: углекислого газа, водяного пара.

2.1 Расчет выбросов твердых частиц

Суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива) М_ТВ, поступающих в атмосферу с дымовыми газами котлов (т/год, г/с), вычисляют по формуле:

,

где:В - расход натурального топлива за рассматриваемый период (т/год, г/с)

В_р = 53388 г/с, В^год=1153180,8 т/год;

А^Р = 15,5 - зольность топлива на рабочую массу, %;

а_УН = 0,95 - доля золы топлива в уносе;

q₄ = 1,0 - потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %;

Q^Р_Н = 20,56 - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

32680 - теплота сгорания углерода, кДж/кг;

= 95 - степень улавливания твердых частиц в золоуловителе, %.

г/с,

т/год.

Количество летучей золы, входящее в суммарное количество твердых частиц, уносимых в атмосферу, вычисляют по формуле:

,

г/с,

т/год.

Количество твердых частиц, образующихся в топке в результате механического недожога топлива и выбрасываемых в атмосферу в виде коксовых остатков при сжигании твердого топлива, определяют по формуле:

г/с,

т/год.

2.2 Расчет выбросов оксидов серы

Количество оксидов серы (SO₂ и SO₃) в пересчете на SO₂ за любой промежуток времени (т/год, г/с) определяется по формуле:

,

где:В - расход натурального топлива за рассматриваемый период (т/год, г/с);

S^p = 0,5 - содержание серы в топливе, %;

0,1 - доля оксидов серы, связываемых летучей золой в газоходах котла, при факельном сжигании различных видов топлива представлено в табл. 2.1 [1];

- приравняем к единице, так как доля оксидов азота, улавливаемых в азотоочистной установке, равна 0.

г/с;

т/год.

2.3 Расчет выбросов оксидов азота

Количество оксидов азота в пересчете на диоксид азота (т/год, г/с) рассчитывается по эмпирической формуле:

,

где:В_ут - расход топлива за рассматриваемый период, т.у.т./год,

т.у.т. /ч;

К_NO2 - коэффициент, характеризующий выход оксидов азота, кг/т условного топлива;

q₄ = 1,0 - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, представленные в таблице П.2.2, %;

- коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива;

- коэффициент, учитывающий конструкцию горелок;

- коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления (при жидком шлакоудалении);

- коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов на выход оксидов азота в зависимости от условий подачи их в топку (нет рециркуляции);

- коэффициент, характеризующий снижение выброса оксидов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок (при одноступенчатом сжигании);

r = 0 - степень рециркуляции дымовых газов;

k_п - коэффициент пересчета; при расчете валовых выбросов в г/с k_п=0,278; при расчете выбросов в т/год k_п=10-³.

Коэффициент вычисляется по эмпирическим формулам:

для водогрейных котлов производительностью свыше 75 т/ч

где D_ф=160 и D_н=160 - фактическая и номинальная паропроизводительность котла соответственно, т/ч.

Значения при сжигании твердого топлива вычисляют по формулам:

при 1,25

,

гдеN^Г=1,99 - содержание азота в топливе, % на горючую массу,

г. усл. топл./с,

т. усл. топл./ч,

т. усл. топл./год.

г/с,

т/год.

2.4 Расчет выбросов монооксида углерода

Концентрацию монооксида углерода в дымовых газах расчетным путем определить невозможно. Расчет выбросов СО следует выполнять по данным инструментальных замеров. В заранее оговоренных случаях допускается принимать значения выбросов СО согласно следующему расчету.

Количество монооксида углерода (т/год, г/с), выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами котла, рассчитывается по формуле:

,

где q₄ - потери теплоты от механического недожога топлива, %;

Ссо - выход монооксида углерода при сжигании топлива, (кг/т, кг/тыс. м³) определяется по формуле:

,

гдеq₃ - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива; для котлов с паропроизводительностью свыше 75 т/ч , q₃ 0.

- коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную содержанием в дымовых газах монооксида углерода;

2.5 Расчет выбросов бенз(а)пирена

Расчет выбросов бенз(а)пирена с дымовыми газами от энергетических котлов производят согласно методике в зависимости от вида сжигаемого топлива.

Концентрацию бенз(а)пирена в дымовых газах пылеугольных котлов С^ТВ_БП (мкг/м³), приведенную к =1,5, рассчитывают по формуле:

,

где:А' - коэффициент, определяемый по формуле:

;

- низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

= 0,7 - степень улавливания бенз(а)пирена в золоуловителях, %;

К^до_оч= 1,5 - коэффициент, учитывающий увеличение концентрации бенз(а)пирена в уходящих газах во время работы дробевых очисток поверхностей нагрева котла.

мкг/м³.

Максимальный разовый выброс бенз(а)пирена в атмосферу при сжигании всех видов топлива М ^Р_БП , г/с, рассчитывают по формуле:

,

гдеС_БП = 0,462 - концентрация бенз(а)пирена в дымовых газах, мкг/м³;

V_Г - объем дымовых газов котла при соответствующем значении м³/с;

м³/с,

где: - коэффициент избытка воздуха перед трубой;

- теоретический объём воздуха, м³/кг;

- теоретический объём дымовых газов, м³/кг.

г/с.

Валовой (годовой) выброс бенз(а)пирена, т/год, рассчитывается по формуле:

где: - объем дымовых газов от сжигания 1 кг или 1 м³ топлива, м³/кг, м³/м³ твердого топлива;

- среднегодовая концентрация бенз(а)пирена в уходящих газах, мкг/м³.

м³/кг,

т/год.

3. Мероприятия по снижению вредных выбросов, экологический эффект

1. Применение двухступенчатого сжигания:

е₂=0,58 - коэффициент, характеризующий снижение выброса оксидов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок (при двухступенчатом сжигании), определяется по рис. 2.3 [1].

г/с,

т/год.

Экологический эффект будет равен разности значений выбросов до и после применения природоохранных мероприятий:

198,2 ? 115 = 83,2 г/с,

4278,1 - 2481,3 = 1796,8 т/год,

Далее в расчетах берем значения выбросов загрязнителей, которые получили после применения природоохранных мероприятий.

4. Расчет высоты дымовой трубы

Выбор высоты дымовой трубы производится, исходя из требования обеспечения приземной концентрации каждого загрязняющего вещества ниже ПДК даже при неблагоприятных для рассеивания метеоусловиях.

Расчет минимально допустимой высоты дымовой трубы h, м, при наличии фоновой загазованности С_ф от других источников такой же вредности производится в несколько итераций.

Предварительное значение h определяется по каждому веществу, лимитирующему чистоту воздушного бассейна:

? по твердым частицам и оксиду углерода, м:

? по оксидам серы и азота с учетом их суммарного воздействия, м:

,

где:A - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания загрязнителей в атмосфере, , принимаем А=200;

М_i - максимально разовое количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу при работе данной котельной, г/с;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания взвешенных частиц в атмосфере, принимается: для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей со скоростью оседания наиболее крупных фракций 35 м/с F=1; для золы после золоуловителей при среднем эксплуатационном коэффициенте улавливания _зу ? 90 % F=2;

- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, принимается равным 1;

ПДК_i - предельно допустимая концентрация вредного вещества, определяется по приложению 7 [1], мг/м³;

V - объемный расход выбрасываемых дымовых газов, м³/с, определяется по формуле:

м³/с;

Т - разность температур выбрасываемых дымовых газов t_уг и атмосферного воздуха t_в , ⁰С;

,

гдеt_уг - принимаем температуру газов на выходе из дымовой трубы 107 ⁰С, т.к. она должна быть на 10 ⁰С ниже температуры уходящих газов котла;

t_уг = -20,6 ⁰С - температура наиболее холодного месяца города Иркутска;

⁰С.

С_фТв= 0,03 - концентрация в фоновом загрязнении, для твердых частиц, мг/м³.

С_фCO= 0,3 - концентрация в фоновом загрязнении, для оксида углерода, мг/м³.

С_фNO2 = 0,015 - концентрация в фоновом загрязнении, для оксида азота, мг/м³.

С_фSO2 = 0,01 - концентрация в фоновом загрязнении, для оксида серы, мг/м³.

м,

м.

За начальное значение высоты дымовой трубы принимается наибольшее из рассчитанных по формулам значений h=127,1 м. По таблице 3.3 [1] выбираем стандартную высоту дымовой трубы h=150 м. По найденному h по табл. 3.3 [1] выбираем значение диаметра устья D₀=7,8 м.

При этом диаметре D₀ определяем - скорость выхода газов по формуле:

м/с.

Затем по формулам определяются значения f и V_m и устанавливаются в первом приближении коэффициенты m и п:

коэффициент т определяется в зависимости от параметра f:

безразмерный коэффициент п определяется в зависимости от параметра V_m:

м/с

а при .

Определяем второе приближение h=h₂ по формуле:

,

м.

Ошибка не превышает 5%, поэтому необходимую высоту дымовой трубы примем равной h=150 м.

5. Нормативные предельно допустимые выбросы загрязнителей

Использование ПДК в качестве норматива, ограничивающего содержание загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, не позволяет определить, какие именно предприятия являются источниками поступления загрязнителей и какова доля каждого из них в достижении предельных концентраций. Кроме того, отсутствие постоянного учета выбросов вредных веществ не стимулирует предприятие к проведению атмосфера охранных мероприятий.

В связи с этим в 1984 году был введен еще один норматив - предельно допустимые выбросы (ПДВ).

ПДВ вредного вещества в атмосферу - это максимальный разовый (контрольный, г/с) или годовой (т/год) выброс, устанавливаемый для каждого источника выбросов и предприятия в целом, за соблюдением которого организуется контроль.

ПДВ для котельных и ТЭС определяется исходя из основного требования - при заданных геометрических характеристиках дымовой трубы, условиях выхода газов, особенностях местности, неблагоприятных метеоусловиях для рассеивания максимальные приземные концентрации каждого вредного вещества с учетом фонового загрязнения не должны превышать ПДК.

Значения ПДВ, г/с, для выброса загрязняющего вещества из дымовой трубы котельной или ТЭС рассчитываются по формуле:

,

Нормативы ПДВ определяются по отдельным источникам для каждого загрязняющего вещества, содержащегося в выбросах:

г/с,

г/с,

г/с,

г/с,

Количество выбросов загрязняющего вещества из дымовой трубы не превышает предельно допустимых норм.

6. Оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы при работе

Укрупнённая оценка величины предотвращения ущерба от выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух может проводиться как для одного крупного источника или группы оцениваемых источников, так и для регионов в целом.

Для определения величины предотвращённого ущерба используются усреднённые расчётные значения экономической оценки ущерба на единицу приведённой массы атмосферных загрязнений для основных экономических районов РФ.

где: - масса годового выброса загрязняющего вещества в атмосферный воздух, т/г;

? коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния атмосферного воздуха территории экономических районов России, определяется в соответствии с нормативами;

? коэффициент, учитывающий плотность населения, при размещении отходов на специализированных полигонах и промышленных площадках;

? коэффициент, учитывающий особенности территории;

? коэффициент индексации (учитывает инфляцию);

- нормативная плата за выброс загрязняющего вещества в атмосферу; приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Нормативная плата за выброс загрязняющего вещества.

Вещество	Н, руб/т
NO2	52
SO2	21
Бенз(а)пирен	2049801
CO	0,6
Зола (других углей)	103

До мероприятий по снижению вредных выбросов:

У^а_ПРГ=1,4·1,2·1·1,3·(8490,3·103+10378,6·21+4278,1·52+5,5·10-³ ·2049801) = 2896391,6 руб/год.

После мероприятий по снижению вредных выбросов:

У^а_ПРГ=1,4·1,2·1·1,3·(8490,3·103+10378,6·21+2481,3·52+5,5·10-³ ·2049801) = 2692332,6 руб/год.

Предотвращенный экономический ущерб с учетом индексации:

?У = У^а_{ПРГ 1} - У^а_{ПРГ 2},

?У = 2896391,6 - 2692332,6 = 204059 руб/год.

отопительный котельная топливо загрязнение

Заключение

В данной курсовой работе для заданной котельной (Е-160, 9 шт.), угля Минусинского месторождения и места расположения котельной (г. Иркутск) произвели расчет:

- расхода топлива (53388 г/с, 1153180,8 т/год);

- выбросов твердых частиц: (393,1 г/с, 8853,1 т/год);

- выбросов оксидов серы (480,5 г/с, 10378,6 т/год);

- выбросов оксидов азота с учетом мероприятий: применение двухступенчатого сжигания (115 г/с, 2481,3 т/год);

- выбросов монооксида углерода ()

- выбросов бенз(а)пирена (5,5·10^-3 т/год);

- дымовой трубы: высота h = 150 м, диаметр устья D₀ - 7,6 м;

- экономический ущерб от загрязнения атмосферы при работе котельной составил:

1) до мероприятий - 2896391,6 руб/год;

2) после мероприятий - 2692332,6 руб/год;

Количество выбрасываемых загрязнителей не превышает предельно допустимые выбросы.

Список использованных источников

1. Семенов С. А. Расчет и контроль загрязнения атмосферы при работе котельных и ТЭС: Учебное пособие, 3-е изд., перераб. И доп. - Братск: Изд-во БрГУ, 2008.- 156 с.

2. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности / Под ред. К.Ф.Роддатиса. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 488 с.

3. Котельные установки промышленных предприятий. Тепловой расчет промышленных котельных агрегатов: учебное пособие для курсового проектирования.- Г.В. Пак .- Братск: БрИИ 1996.

Размещено на Allbest.ru

...