Расчет показателей загрязнения атмосферы котельными предприятиями

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Рассчитать ПДВ для индивидуальных источников выбросов загрязняющих веществ. Определить максимальную концентрацию рассматриваемого вещества (Cmaх) и расстояние, на котором фиксируется максимальное значение концентрации (Хтах). Коэффициент А=160.

Примесь - СО

ПДК = 3 мг/м3

Сф = 2 мг/м3

Н = 40 М

Т выброса = 125 С0

F = 1, m = 1.18, n = 1

Q = 20% от ПДВ

Т воздуха = 8 С0

D трубы = 1.4 м

= 7 м/c

Решение.

Загрязнение воздушного бассейна связано с поступлением загрязняющих веществ от организованных и неорганизованных источников выбросов. Для обеспечения необходимой чистоты воздушного бассейна промышленные выбросы в атмосферу подлежат нормированию по каждому ингредиенту и для каждого источника выброса. Нормирование ведется путем установления предельно допустимых выбросов (ПДВ).

Предельно-допустимый выброс (ПДВ) - количество вредных веществ выбрасываемых в единицу времени, которое в сумме с выбросами от всех источников загрязнения не создает приземной концентрации примесей превышающей ее ПДК.

Если по объективным причинам предприятие не соблюдает нормативы ПДВ, то для него устанавливаются нормативы временно согласованных выбросов (ВСВ) и утверждается программа поэтапного снижения выбросов до уровня ПДВ.

Расчет ПДВ и ВСВ проводится для неблагоприятных метеоусловий.

Таким образом, ПДВ и ВСВ принимаются равными мощности выброса, если максимальная концентрация от источника удовлетворяет условию:

,

где Сmах i - максимальная концентрация примеси от источника выброса, мг/м3; Сфi - фоновая концентрация загрязняющего вещества, мг/м3.

При множественных источниках загрязнения или для неорганизованных источников устанавливается суммарный показатель ПДВ. Величина ПДВ определяется из условия:

,

где Ci - концентрация вещества в воздухе, мг/м3.

Расчет величины ПДВ (г/с) для одиночного источника (с круглым устьем) в соответствии с «Методикой расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86, для неблагоприятных метеоусловий, т.е. скорости ветра 0,5 м/с производится по формуле:

Где Сф - фоновая концентрация загрязняющего вещества.

Формула имеет такие коэффициенты, что Сф задается в мг/м3, а ответ получается в г/с;

Н - высота источника выброса, м;

А - коэффициент определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в воздухе, (например, для района Урала А = 160);

F -безразмерный коэффициент, учитывающий скорость седиментации вредных веществ в атмосфере. Для газообразных веществ F=1. Для мелкодисперсных аэрозолей (зола, пыль) при степени очистки 90% принимается равным F=2, при степени очистки 90-75% равен F=2,5, при степени очистки 75% F=3; n, m - безразмерные коэффициенты, определяемые условиями выхода газовоздушной смеси из источника. При круглом устье и конусной трубе близки к 1;

- коэффициент, учитывающий влияние местного рельефа. При перепаде высот менее 50 м

T - разность между температурами газового выброса и окружающего воздуха, °С; V1 - объем газовоздушной смеси, м3/с, определяемый по формуле:

На практике чаще необходимо решать другую задачу: как по единичному замеру состава газовоздушной смеси, выходящей из источника загрязнения, определить, какова будет максимальная концентрация вредных веществ в приземном слое воздуха и на каком расстоянии от источника загрязнения эта концентрация будет наблюдаться.

Максимальная концентрация вредного вещества (Cmax) в приземном слое воздуха при заданных выбросах определяется по формуле:

где Q - замеренное количество вредного вещества, выбрасываемого из источника, г/с.

Расстояние от источника загрязнения, на котором будет наблюдаться максимальная концентрация вредных веществ, определяется по формуле:

где d - безразмерный коэффициент, значение которого рассчитать по формуле:

где -- скорость выходя примеси из трубы, м/с.

Определим ПДВ для нашей трубы:

Расход газовой смеси:

10.77

Разность температур:

125 - 8 = 117

=> 91.5346

Вычислим максимальную концентрацию вредного вещества

Q = 20% * ПДВ = 20%* 91.5346 = 18.31

6.78239

Расстояние от источника загрязнения

1693.28

Примесь - V2O5

ПДК = 0.02 мг/м3

Сф = 0.005 мг/м3

Н = 45 М

Т выброса = 110 С0

F = 3, m = 1.12, n = 1.02

Q = 14% от ПДВ

Т воздуха = 7 С0 D трубы = 1.2 м

= 6.5 м/c

Определим ПДВ для нашей трубы:

Расход газовой смеси

Разность температур:

110 - 7 = 103

=>

Вычислим максимальную концентрацию вредного вещества

Q = 14% * ПДВ = 14%* 0.504853=0.07

Расстояние от источника загрязнения

2. Определение платы за загрязнение атмосферы котельными предприятий

Котлоагрегаты котельных работают на различных видах топлива, и выбросы загрязняющих веществ зависят как от количества и вида топлива, так и от вида теплоагрегата. Учитываемыми загрязняющими веществами, выделяющимися при сгорании топлива, являются: твердые частицы (зола), оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, пятиокись ванадия.

Валовый выброс твердых частиц (золы) в дымовых газах котельных определяется по формуле:

МТВ = qтЧmЧfЧ(1- Lт), (1)

где qт - зольность топлива, %;

m - количество израсходованного топлива за год, т;

f - безразмерный коэффициент, зависящий от типа топки и топлива; для котельных, работающих на мазуте, принять f = 0,01; на угле f = 0,0023;

Lт - эффективность золоуловителей; при использовании циклона для очистки отходящих газов котельной Lт = 0,8.

Валовый выброс оксида углерода рассчитывается по формуле

МСО = ССОЧmЧ(1- 0,01Чq1)Ч10-3, (2)

где q1 - потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, %; для мазута q1 = 0,5, для угля q1 = 5,5;

ССО - выход окиси углерода при сжигании топлива, кг/т:

ССО = q2ЧRЧQir, (3)

где q2 - потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания, %; для котельных предприятий железнодорожного транспорта принимается q2 = 0,5;

R - коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания: R = 1 для твердого топлива; R = 0,5 для газа; R = 0,65 для мазута;

Qir - низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг.

Валовый выброс оксидов азота, т/год, определяется по формуле

МNO2 = mЧ Qir ЧKNO2Ч(1-b)Ч10-3, (4)

где KNO2 - параметр, характеризующий количество окислов азота, образующихся на 1 ГДж тепла, кг/ГДж для различных видов топлива в зависимости от производительности котлоагрегата; для мазута KNO2 = 0,11; для угля KNO2 = 0,23;

b - коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксида азота в результате применения технических решений. Для котлов производительностью до 30 т/час b = 0.

Валовый выброс оксидов серы, т/год, определяется только для твердого и жидкого топлива по формуле

MSO2 = 0,02ЧmЧSrЧ(1-з'so2)Ч(1-з''so2), (5)

где Sr - содержание серы в топливе, %;

з'so2- доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива. Для углей Канско-Ачинского бассейна принимается равной 0,2, экибастузских - 0,02, прочих углей - 0,1; мазута - 0,2;

з''so2- доля оксидов серы, улавливаемая в золоуловителе. Для сухих золоуловителей принимается равной 0.

Расчет выбросов пятиокиси ванадия, поступающей в атмосферу с дымовыми газами при сжигании жидкого топлива, выполняется по формуле

MV2O5 = CV2O5ЧВ'Ч(1-зОС)Ч(1- зт)Ч10-3, (6)

где В'- количество израсходованного мазута за год, т;

СV2O5 - содержание пятиокиси ванадия в жидком топливе, г/т; (при отсутствии результатов анализа топлива для мазута с Sr > 0,4% определяют по формуле (7);

зОС - коэффициент оседания пятиокиси ванадия на поверхности нагрева котлов:

0,07 - для котлов с промежуточными паронагревателями, очистка поверхностей нагрева которых производится в остановленном состоянии;

0,05 - для котлов без промежуточных паронагревателей при тех же условиях очистки (принять при расчетах);

0 - для остальных случаев;

зт - доля твердых частиц в продуктах сгорания жидкого топлива, улавливаемых в устройствах для очистки газов мазутных котлов (оценивается по средним показателям работы улавливающих устройств за год). В практической работе принимается hт = 0,85.

Содержание пятиокиси ванадия в жидком топливе ориентировочно определяют по формуле:

СV2О5 = 95,4Ч Sr - 31,6. (7)

Для каждого источника загрязнения воздушной среды устанавливаются нормативы предельно-допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферу. ПДВ устанавливаются с учетом ПДК загрязняющих веществ, уровня их фоновых концентраций, гидрологических, гидрохимических, климатологических, геофизических характеристик территорий и природных объектов. Сущность внедрения ПДВ - ограничение разовых выбросов.

Предельно-допустимый выброс (ПДВ) - масса загрязняющих веществ, выброшенная в воздушный бассейн в единицу времени, которая не создает в приземном пространстве уровень загрязнения выше, чем ПДК.

Платежи предприятия за нормативный выброс загрязняющих веществ в атмосферу, тыс. руб./год, определяются зависимостью

при Мi < Мпдвi, (8)

где Пуд.нi - ставка платы за выброс 1 т i-го загрязняющего вещества в пределах ПДВ, руб.;

Мi - фактическая масса выброса i-го загрязняющего вещества, т/год;

МПДВi - масса предельно-допустимого выброса i-го загрязняющего вещества, т/год.

Ставка платы, руб./т, за нормативный выброс i-го загрязняющего вещества определяется по формуле

Пуд.н.i = Нбл.i Ч Кэ.атмЧКи, (9)

где Нбл.i - базовый норматив платы за выброс i-го загрязняющего вещества, руб./т;

Кэ.атм - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости атмосферы; для Восточно-Сибирского экономического района Кэ.атм = 1,4;

Ки - коэффициент индексации (утверждается по каждому году Минприроды России по согласованию с Минфином и Минэкономики России). В практической работе принимается Ки = 90.

При отсутствии нормативов ПДВ для источника выбросов в атмосферу плата за загрязнение считается сверхнормативной и взимается в пятикратном размере. В практической работе принимается, что масса выбросов котельной не превышает имеющихся значений ПДВ во всех вариантах заданий, поэтому эти нормативы не приводятся.

В практической работе требуется определить массы выбросов загрязняющих веществ в зависимости от вида и количества израсходованного топлива (Мi), годовой ущерб от загрязнения атмосферы каждым из загрязняющих веществ (Пi) и суммарные значения этих величин (М, П).

Табл. 1. Исходные данные

Вид топлива	Расход топлива, т/год
Уголь азейский	10000

Рассчитаем.

Валовый выброс твердых частиц (золы) в дымовых газах котельных

qт = 14.2%;

m = 10000 т;

f = 0,0023;

Lт = 0,8.

МТВ = 14.2Ч10000Ч0,0023Ч(1- 0,8) = 65.32,

Валовый выброс оксида углерода

q1 = 5,5%;

q2 = 0,5%;

R = 1;

Qir = 16.96 МДж/кг,

Мсо = 0,5*1*16.96*10000Ч(1- 0,01Ч5,5)Ч10-3 = 80.14;

Валовый выброс оксидов азота

KNO2 = 0,23;

b = 0.

МNO2 = 10000Ч 16.96 Ч0,23Ч(1-0)Ч10-3=39.01 (т/год)

Валовый выброс оксидов серы

Sr = 0.4 %;

з'so2 = 0,1;

з''so2 = 0.

MSO2 = 0,02Ч10000Ч0.4Ч(1-0,1)Ч(1-0) = 72 (т/год)

Выброс пятиокиси ванадия

В'=10000 т;

для мазута с Sr > 0,4% определяют по формуле:

зОС= 0,05,

зт = 0,85.

MV2O5 = (95.4*0.4 - 31.6)*Ч10000Ч(1-0,05)Ч(1-0,85)Ч10-3=9.35

Табл. 2. Индивидуальная таблица расчетов ущербов от загрязнения атмосферы

i	Ингредиенты загрязнения	Mi, т/год	Нбл.i, руб./т	Пi, тыс.руб./год
			мазут
1	Зола	65.32	103	26.21
2	Оксид углерода (CO)	80.14	0.6	0.19
3	Оксиды азота (NOх)	39.01	52	7.9
4	Оксиды серы (SOх)	72	21	14.58
5	Пятиокись ванадия (V2O5)	9.35	1025	37.33
	Итого			86.21

С целью снижения вредных выбросов в атмосферу, возникающих при сжигании топлива в топках котельных, а также в других технологических процессах следует применять технические средства очистки газов. Эти технические средства реализуют ограниченный набор различных принципов действия (эффектов осаждения): гравитационный, инерционный, поверхностное взаимодействие, сорбционный, химический, электроосаждение и ряд других. В рамках любого из них созданы разнообразные по конструктивному решению устройства, отвечающие требованиям конкретного производства, эффективности, технической эстетики и т.д. В практической работе рассмотрены схемы трех типов очистных устройств, каждое из которых реализует некоторый принцип осаждения.

Рис. 1. Циклон

Получил наибольшее распространение в промышленности и на предприятиях транспорта вследствие простоты конструкции. Осаждение твердых (пыль, зола, окалина) и жидких (капли) частиц основано на действии инерционных сил, проявляющихся при изменении скорости или направления потока. На рис. 1 изображена схема циклона для сухой очистки запыленного потока газа. Здесь инерционный принцип реализован путем закрутки потока 3 при тангенциальном, по касательной к внутренней поверхности цилиндрического (конического) корпуса 1, вводе 2. Относительно тяжелые твердые частицы, стремясь сохранить прямолинейное движение, выносятся к поверхности корпуса, за счет действия сил трения теряют свою скорость и стекают по стенкам вниз (гравитационное осаждение) в приемный бункер 4. Сконцентрированная в бункере пыль периодически удаляется через заслонку (затвор) в днище (поток 7). Конструкция заслонки должна обеспечивать приемлемую герметичность корпуса, так как из-за подсоса наружного воздуха возможен вынос пыли в поток очищенного газа 6 через выходную трубу 5. Вихрь запыленного потока, совершив опускное вращательно-поступательное движение, в нижней части корпуса вынужден изменить на 180° направление своего перемещения и по приосевому объему устремиться вверх к единственному выходу - трубе 6. В момент крутого поворота происходит дополнительное осаждение твердых частиц непосредственно в бункер.

Циклон относится к устройствам грубой (предварительной) очистки газового потока: он улавливает относительно крупные частицы (20 - 300 мкм) с КПД h = 0,6…0,85. Инерционный принцип может быть осуществлен и иным образом: искусственной закруткой потока газа (ротационный и вихревой циклоны и др.). Существует оптимальное по эффективности значение скорости потока в корпусе циклона (около 3,5 м/с). При больших расходах очищаемого газа оно выдерживается путем распараллеливания потока по совокупности одинаковых циклонов, конструктивно оформленных в одном корпусе (например, батарейный циклон ЦН-15х4).

Скруббер.

Рис. 2

вредный дымовой скруббер

Скрубберы (от англ. scrub - чистить) относятся к аппаратам мокрой очистки отходящих газов от всех видов примесей: твердых частиц и капель жидкости (размером свыше 1 мкм), а также газовых включений, например, окислов серы. Скрубберы работают на принципе осаждения примесей на поверхности жидкости (мелких капель или пленки воды). В разнообразных конструктивных решениях используют те или иные силы для сближения взаимодействующих сред: инерции, турбулентной диффузии, броуновского движения и др. Ниже рассматривается конструкция капельного скруббера с трубой Вентури.

Запыленный поток газа 1 вводится в конфузор трубы Вентури, где по законам газодинамики разгоняется до скорости 50 - 200 м/с в узком сечении. Сюда же, в горловину, подается поток воды 2, который благодаря распылу в форсунках и ударному воздействию высокоскоростного потока газа дробится на мельчайшие капельки с огромной суммарной поверхностью. Капли жидкости своей поверхностью взаимодействуют с примесями особенно эффективно в диффузорной части трубы Вентури, где происходит торможение потока газа. Из-за действия сил инерции более тяжелые капли дольше сохраняют свою скорость, обеспечивая тем самым скольжение в несущей среде и связанный с этим дополнительный эффект "промывания".

Последующая сепарация капель, обогащенных примесями, осуществля­ется при помощи полого циклона 4. Поток шлама 6 направляется на утилизацию, а промытый газ 5 - на выброс или дополнительную очистку. Эффективность улавливания (КПД) пленочного скруббера достигает 0,95 для пыли и капель и 0,8 для окислов серы.

Скруббер может быть выполнен и без трубы Вентури, т.е. в виде про­стого циклона с тангенциальным вводом загрязненного газа, если по внутренней поверхности организовать сток жидкости в пленке. КПД пленочного скруббера существенно зависит и от смоченной поверхности, развить которую можно, например, за счет размещения в объеме корпуса большого количества вертикальных стержней. Такова конструкция скруббера типа МП-ВТИ.

Электрофильтр.

Рис. 3

Электрическая очистка газов от взвешенных в них твердых (пыль, зола) и жидких (капли тумана) частиц основана на ударной ионизации газа при напряжении между электродами (пластинчатыми или трубчатыми) на уровне 50 - 90 кВ. Образующиеся при этом противоположно заряженные частицы газа (ионы) движутся в высоконапряженном электрическом поле зазора к соответствующим электродам. Твердые или аэрозольные фракции примесей, проносимые потоком газа между положительно и отрицательно заряженными электродами, адсорбируют своей поверхностью сталкивающиеся с ними ионы, приобретают электрический заряд и вместе с ним способность ускоренного перемещения в поперечном направлении. Под действием как электрических, так и газодинамических сил загрязнения оседают на большей части длины электродов (преимущественно на положительном, меньше - на отрицательном). В течение относительно небольшого промежутка времени осадок может заполнить все проходное сечение и тем самым парализовать работу устройства. Удаление сконцентрированных загрязнений осуществляется различными способами: встряхиванием при осаждении твердых частиц или стеканием жидкой фракции (облегчается путем разогрева от постороннего источника). Схема мокрого электрофильтра приведена на рис. 2.3. В осадительной камере (цилиндрической или в виде параллелепипеда) установлены электроды 3, в зазор которых подводится газ 1 через дырчатый щит (распределительную решетку) 2. Проскоку смолообразующих частиц препятствуют смолоулавливающие зонты 4, а задержанные фракции стекают в бункер и через гидравлический затвор выводятся из аппарата (поток 7). Вспомогательный разогрев для улучшения текучести обеспечивается потоком пара 6. Выходной поток 5 практически полностью (h = 0,97 - 0,99) избавлен от примесей, что определяет электрофильтр как последнюю ступень каскадной очистки газа. Например, на тепловой электростанции каскад очистки представлен как раз рассмотренными выше элементами.

Особая проблема связана с выведением из выбросов газовых включений типа SО2, NO2, H2S, СО и др.; здесь используют иные принципы улавливания: барботажный (пропускание загрязненного газа через слой жидкости), химический (например, каталитический) и др.

Вывод: В результате проделанных расчетов и анализа таблицы можно сделать вывод, что наибольший ущерб от загрязнения атмосферы выбросами дымовых газов котельными наносится при сжигании пятиокиси ванадия, т.к. плата за нормативный сброс этого ингредиента превышает плату за нормативный сброс любого другого ингредиента. Первоочередным мероприятием по снижению ущерба атмосфере от сжигании пятиокиси ванадия является циклон, затем для увеличения эффективности очистки необходимо использовать скруббер.

Литература

1. Экология: учеб/ Л.В. Передельский, В.Н. Коробкин, О.Е. Приходниченко.-М.: ТК Велби, Изд-во Проспект, 2007.- 512 с.

2. Экология. Учебник для вузов/В.И.Коробкин, Л.В.Передельский. - Изд. 12-е доп. И перераб. - Ростов-на -Дону.: Изд-во «Феникс», 2007.- 602с.

3. Экология. Человек - Экономика-биота-Среда: учебник для студентов вузов/ Т.А.Акимова, В.В. Хаскин. - 3-е изд., перераб . и доп.-М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2007. - 495 с.

4. Николайкин Н.И. Экология: Учеб. для вузов /Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.Г. Мелехова. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Дрофа, 2006.-49,624 с: ил.

5. Экология: Учебник. Изд. 2-е, перераб. И доп. /В.Н. Большаков, В.В. Качак, В.Г. Коберниченко и др.; Под ред. Г.В. Тягунова, Ю.Г. Ярошенко. -М: Логос, 2006.-99, 504 с: ил.

6. Дыганова Р.Я. Актуальные проблемы экологии: учеб. пособие/Р.Я. Дыганова. КазаныКГЭУ, 2005. - 260с.

7. Холина В.Н. основы экономики природопользования: Учебник для вузов. - СПб.: Питер, 2005.-672с.:им - (серия "Учебник для вузов)

8. Ерофеев Б.В. Экологическое право: Учебник.-2-е изд., доп.- М.:ФОРУМ:ИНФРА-М,2005.-320с.-(Профес.обр-ие)

9. Экология и экономика природопользования: учебник для студентов вузов, обучающихся по экономическим специальностям (под ред. Э.В. Гирусова.-4-е изд., перераб и доп.-М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2010.-607с- («Золотой фонд российских учебников»).

Размещено на Allbest.ru

...