Выбросы вредных веществ в атмосферу при сжигании топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

топливо сгорание выброс дымовой

В связи с ухудшающейся экологической обстановкой в промышленных регионах все больше внимания как за рубежом, так и у нас в стране уделяется вопросам защиты окружающей среды.

В последние годы меняется топливный баланс и повышается доля углей, качество которых с выработкой ухудшается, что ведет, как правило, к увеличению экологического ущерба наносимого окружающей среде.

Для ТЭС и котельных вредными выбросами считаются: твердые частицы (зола, канцерогены, сажа), оксиды серы, азота, углерода, ванадия, сероводород и др.

Для каждого промышленного предприятия в населенном пункте устанавливаются (с учетом обеспечения ПДК вредных веществ) нормативные значения предельно допустимых выбросов ПДК, входящие в техническую документацию электростанций, где наряду с ограничениями излагаются мероприятия по достижению ПДВ.

В последние годы разрабатывается государственная научно-техническая программа «Экологически чистая ТЭС» /1/. Это направление базируется на создании и внедрении новейших технологий, оборудования, режимов и методов сжигания, конструкций горелочных устройств, комплектов переработки и утилизации отходов и других мероприятий, позволяющих максимально снизить воздействие на окружающую среду.

Заключительной фазой процесса сжигания топлива является удаление продуктов сгорания с помощью дымовой трубы в атмосферу. И хотя увеличение ее высоты не влечет за собой снижение самих выбросов, но способствует улучшению их рассеивания в воздушной среде.

Расход натурального топлива, сжигаемого на энергообъекте ТЭЦ, ГРЭС и т.д.

где -расход условного топлива; ,-теплотворные способности условного (29330 кДж/кг) и расчетного топлив соответственно. При несоответствии элементарного состава расчетного топлива среднему значению по разрезу представленному например в табл. /4/, значение подсчитывается по эмпирической формуле Менделеева Д.И.

Соотношение между иопределяется из выражения:

где -высшая теплота сгорания газообразного или 1 кг жидкого и твердого топлива.

где -расход условного топлива на выработку электро и тепловой энергии; Э-часовая выработка электроэнергии



- время использования установленной мощности (час); -номинальная мощность станции (Квт);

-удельный расход топлива на выработку электроэнергии (кг/Квтч);

-удельный расход топлива на выработку тепла (кг/Гдж); -максимальная выработка теплоты (Гдж/час).

Для отдельно взятого котлоагрегата расход топлива определяется

где -низшая теплота сгорания 1 кг твердого, жидкого или 1м газообразного топлива;

-коэффициент полезного действия котлоагрегата брутто;

-полное количество полезно использованного тепла Мвт, в парогенераторе.

- Паропроизводительность (расход первичного пара) кг/с; -расход вторичного пара кг/с (расход через вторичный п/п) - при более чем одном промперегреве, тепловосприятия промперегревателей нужно суммировать; -расход насыщенного пара на сторону кг/с; -расход продувочной воды кг/с; -энтальпии перегретого пара у главной парозапорной задвижки, на выходе и входе из промпароперегревателя, насыщенного пара (определяемая по Р в барабане парогенератора),продувочной воды подсчитываемой по Р в барабане, а при прямоточных сепарационных парогенераторах по Р в сепараторе), питательной воды, Мдж/кг;

Расход продувки для котельных установок промпредприятий доходит до 5-10% от его паропроизводительности . Для котлов конденсационных электрических станций он не превышает 1-2% от .

Если продувка может не учитываться.

-тепловосприятие воды или воздуха, подогреваемых в парогенераторе и отдаваемых на сторону, Мвт.

Полный объем продуктов сгорания с учетом коэффициента избытка воздуха

Полный объем продуктов сгорания с учетом коэффициента избытка воздуха подсчитывается по формуле:

где -теоретическое количество воздуха необходимое для сгорания 1кг твердого и жидкого или 1м газообразного топлива, м/кг, м/м.

-теоретический объем продуктов сгорания м/кг, м/м-

и принимается аналогично или рассчитывается;

Объем трехатомных сухих газов в сумме с теоретическим объемом и азотами водяного пара:

-температурная поправка на увеличение объема дымовых газов при условиях отличных от нормальных.



где -температура уходящих газов, . При отсутствии данных замеров выбирается по табл. 6,7 /4/.

Расчет выбросов вредных веществ при сжигании топлива

Массовый выброс летучей золы, г/с

При отсутствии эксплутационных данных по содержанию в уносе горючих, расчет проводят по формуле

где В- расход натурального топлива, г/с; -доля золы топлива уносимая газами (для котельных агрегатов с камерными топками, ТШУ и производительностью Д>7 кг/с (25 т/ч) =0,95)

Для открытых и полуоткрытых топок с ЖШУ парогенераторов производительностью выше 21 кг/с (75 т/ч) принимается по табл.1 /4/.Для слоевых топок при сжигании бурых и каменных углей =0,20,25, при сжигании антрацита =0,3; -доля твердых частиц улавливаемых в золоуловителе. При отсутствии эксплутационных данных принимается по данным /3/., приведенным в табл.2.

-содержание горючих в уносе,; -потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива; . в табл. 1., для остальных случаев в табл.9 или в табл.xx /4/. Для мазутных котлов 0,02. Для котлов работающих на твердом топливе (при отсутствии эксплутационных данных по ) принимается нормативное значение .-низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Количество оксидов серы в пересчете на

где -содержание серы в исходном топливе на рабочую массу;; -доля оксидов серы, связываемых в газовом тракте котла за счет реакций протекающих в минеральной части топлив, зависит от вида топлива, зольности, свободной щелочи в летучей золе.

При факельном сжигании значение ( различных топлив) представлены в табл.3 .

-доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе. Она является функцией приведенной сернистости топлива. Для сухих золоуловителей (циклонах и электрофильтрах) =0.

В мокрых золоуловителях зависит от расхода охлаждающей воды и ее щелочности. При нейтральной реакции воды (7) =0,015.

При щелочности воды порядка 510 мг экв/кг =0,020,03

Количество окислов азота (в пересчете на ) выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котельных установок вычисляют по формуле:

где К- коэффициент характеризующий выход окислов азота. Для котлов паропризводительностью более 70 т/ч работающих на газе и мазуте ( при любых нагрузках), а также при высокотемпературном способе сжигания ( сжигание любого топлива с ЖШУ , а также угли 23050 кДж/кг с нагрузкой более 75 от номинальной К находится:

и- фактическая и номинальная паропроизводительность котла соответственно, т/ч. Для котлов паропроизводительностью менее 70 т/ч

Для водогрейных котлов:

-фактическая и номинальная тепловая производительность котла, Гдж/ч.

При высокотемпературном сжигании твердого топлива с нагрузкой котла ниже 75 от номинальной. =0,75Д

При низкотемпературном сжигании топлива НТС (сжигание всех углей с = 2305 кДж/кг в топках с ТШУ при расчеты проводятся номинальным значениям паро и теплопроизводительности котлов Д и Q.

-коэффициент, характеризующий эффективность рециркуляции газов в зависимости от условий подачи их в топку.

При номинальной нагрузке и степени рециркуляции r ?30, определяется по табл.4.

При нагрузках меньше номинальной умножается на безразмерный коэффициент определяемый на рис.1

Рис.1 Зависимость коэффициента f от соотношения .

-коэффициент, характеризующий снижение выбросов оксидов азота при ступенчатом сжигании (подача части воздуха помимо основных горелок). При этом должно сохранятся значение коэффициента общего избытка воздуха за котлом. -определяется из рис.2.

r -степень рециркуляции дымовых газов,; -коэффициент учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива (содержание ).

При сжигании твердого топлива:



Рис.2 Зависимость от доли воздуха подаваемого помимо основных горелок. 1-газ; 2-уголь

Пересчет рабочей массы на горючую производится с помощью соотношения:

При сжигании в котлах газа и мазута определяется по таблице 8.

-коэффициент, учитывающий конструкцию горелок.

для вихревых горелок =1

для прямоточных горелок =0,85

-коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления при ЖШУ =1,4, в остальных случаях =1.

Количество окиси углерода при сжигании органических топлив определяется из выражений

где и -параметры зависящие от вида топлива

при , при

-поправочный безразмерный коэффициент, учитывающий влияние конструкции котельного агрегата, режимы горения и других факторов.

При нормативных значениях коэффициента избытка воздуха на выходе из топки =1. Если фактическое значение , то

При ,

где -выход оксида углерода кг/т, кг/тыс.м)

-потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, .

При сжигании газа и мазута с 1,011,03 =0,15 при =1,05 =0.

R-коэффициент, учитывающий долю потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, (обусловленной содержанием в продуктах неполного сгорания оксида углерода СО), Для твердого топлива R=1 для газа R=0.5, для мазута R=0.65.

Количество выбросов окислов ванадия в пересчете определяется:

-содержание оксидов ванадия в жидком топливе в пересчете , г/т. При отсутствии данных результатов анализа топлива на содержание оксидов ванадия

при

-коэффициент оседания оксидов ванадия на поверхностях нагрева котлов. Для котлов с промперегреваниями очистка поверхностей нагрева которых производится в период останова =0,07;

Для котлов без промперегревателей при тех же условиях очистки =0,05; для остальных случаев =0.

-доля твердых частиц продуктов сгорания жидкого топлива улавливаемых в устройствах для очистки газов мазутных котлов (электрофильтры =90, сухие инерционные аппараты=80 и различные тканевсые фильтры =98-99; -оценивается для средних условий работы улавливающих устройств за год.

Высота дымовой трубы определяется:

где А- коэффициент зависящий от температурной стратификации атмосферы. Выбирается в зависимости от географического расположения источника выбросов (. /2/. Значения А приведенные в таблице 5.

-средняя разность температур между газами и атмосферным воздухом.

-средняя температура в 13 часов наиболее жаркого месяца для места расположения источников выбросов /6/.

М- массовый выброс токсичного компонента по которому ведется расчет. Выбирается из сравнения соотношения для ингредиентов

Для окислов азота и серы проводится суммация вредного воздействия на окружающую среду.

F-безразмерный коэффициент учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе для частиц золы F=2, для газообразных компонентов F=1. Z-количество одинаковых дымовых труб. -фоновая концентрация ингредиента. Устанавливается органами санинспекции района. m и n коэффициенты.

Поскольку коэффициенты m и n зависят от высоты трубы определение H проводится методом последовательных приближений или графоаналитическим методом.

Графо-аналитический метод

Необходимо задаться рядом значений высот трубы (например ) далее определяется коэффициент m

где

Д- диаметр устья трубы (м). Принимается по номограмме рис.3.-44 /2/ (для каждого значения )

-скорость газов на выходе из трубы (м/с).

Для каждого необходимо определить , а затем собственно .

Для определения коэффициента n предварительно находят по формуле



при n=3

при 0,3< n=3 -

при n=1

Далее определяется .

Найденные значения высот трубы откладываются на графике H= f () c одинаковым масштабом по осям координат. Точки соединяют плавной кривой, затем проводят биссектрису координатного угла. Точка пересечения кривой и биссектрисы дает искомую минимальную высоту дымовой трубы H.

Метод последовательных приближений

Определяем предварительную высоту дымовой трубы по формуле:

Далее по формулам определяются безразмерные коэффициенты , . После этого проводится первое уточнение высоты дымовой трубы и коэффициентов. Во втором уточнении расчет проводится по формуле:

Количество приближений обычно не превышает 3-4 раза.

Проверка правильности нахождения высоты трубы

Определяется из выражения

, где

максимальная приземная концентрация выбросов.

При опасных метеорологических условиях достигается на оси факела (по среднему, за рассматриваемый период времени, направлению ветра) на расстоянии /8/:

где d-безразмерная величина определяемая по формулам:

при

при

Расчет высоты дымовой трубы, массовые выбросы основных ингредиентов, а так же их рассеивание в атмосфере можно произвести на ЭВМ с использованием программ «Экология» TRUBA PAS и др.

Приложение

Таблица 1.

Расчетные характеристики открытых и полуоткрытых топок для парогенераторов производительностью выше 21кг/с

Тип топки	Сжигаемые угли
Открытые Полуоткрытые с пережимом	АШ и ПА Тощие угли Каменные угли Бурые угли АШ и ПА Тощие угли Каменные угли Бурые угли	1,2-1,25 - 1,2 1,2 1,2-1,25 - 1,2 1,2	0 0 0 0 0 0 0 0	3-4 1,5 0,5 0,5 3-4 1,0 0,5 0,5	0,85 0,8 0,8 0,7-0,8 0,85 0,8 0,7 0,6-0,7

Таблица 2.

Характеристики золоуловителей

Золоулавитель	Концентрация золы до очистки	Концентрация золы после очистки	Сопротивление Па	Объем очищенных газов, тыс.м	,
1.Циклон НИИОГаз 2.Батарейный циклон 3.Мокропрутковой золоулавитель 4. Электрофильтр горизонтальный УГ 5. Комбинированный золоуловитель ТЭС с блоками 500 МВт электрофильтры УГЗ ТЭС с блоками 800 МВт электрофильтры УГЗ Котлы производительностью 35 т/ч электрофильтр УГ 2-3-26 Тот же рукавные фильтры	- - - - - 13 9 55 1,2	- - - - - 0,07 0,11 1,3 0,01	450 500 800 150-200 600 - - -	- - - - - 1918 3132 39 110	80 80 92 97 98 99,46 98,8 97,6 99,2

Таблица 3.

Доля оксидов серы связываемой летучей золой в котле

ВИД ТОПЛИВА
Экибастузкий уголь Угли КУЗБАССА Березовский уголь а) для топок с ТШУ б) для топок с ЖШУ Остальные угли а) топки с ТШУ б) топки с ЖШУ Торф Горючие сланцы Антрацит и каменные угли Мазут ГАЗ	0,02 0,5 0,2 0,2 0,05 0,15 0,5-0,8 0,1 0,02 0,0

Таблица 4.

Способ сжигания
Высокотемпературное сжигание твердого топлива и ввод газов в рециркуляции: в первичную аэросмесь во вторичный воздух Сжигание газа и мазута и ввод газа рециркуляции: в под топки через шлицы под горелками по наружному каналу горелок в воздушное дутье	0,01 0,005 0,002 0,015 0,02 0,025

Таблица 5.

№ Район источника вредных выбросов	А
Средняя Азия, Казахстан, Нижнее Поволжье, Кавказ, Сибирь, Дальний Восток. Север, Северо-Запад Европейской территории России, среднее Поволжье, Урал, Украина. Центральная часть Европейской территории России.	200 160 120

Таблица 6./4/

Рекомендуемая температура уходящих газов С при сжигании твердых топлив

	Высокое давление, Мпа	Высокое давление, Мпа	Сверхкритическое давление
ТОПЛИВО	Р=8-12 Тпв=215 C	Р=14-18 Тпв=235 C	Р=24 Тпв=265 C
Сухое () Влажное () Сильновлажное ()	120-130 140-150 160-170	120-130 140-150 160-170	130-140 150-160 170-180

Таблица 7./4/

Рекомендуемая температура С уходящих газов при сжигании мазута и природного газа

Топливо	Температура С
Мазут: Высокосернистый Сернистый Малосернистый Газ	150-160 130-140 110-120 110-120

Таблица 8.

Коэффициент избытка воздуха	Вид топлива	Вид топлива
	Газ	Мазут
	0,9 0,8 0,7	1,0 0,9 0,75

Рис. 3 Унифицированный ряд типоразмеров дымовых труб:

а) металлические.

Высота труб, м	Диаметр на выходе do, м	Растяжки
	0,4	0,5	0,63	0,8	1,0	Количество, число ярусов	Радиус от центра трубы, м
21,4						3:1	1
21,6						3:1	1
23,3						3:1	1
31,8						6:2	1,6
32,0						6:2	1,6
33,8						3:1	1,6
44,2						6:2	2,2

б) кирпичные и железобетонные.

Высота труб, м	Диаметр на выходе dо, м	Исполнение
	0,75	0,90	1,05	1,2	1,5	1,8	2,1	2,4	3,0	3,6	4,2	4,8	6,0	7,2	8,4	9,6
20																	Цилиндрическое или коническое
25
30
35
40
45
50
60
70																	Коническое
80
90
100
120
150
200
250
300

Таблица 9.

Значения предельно допустимых концентраций для некоторых веществ

	ВЕЩЕСТВО	В атмосфере населенных мест	В рабочей зоне	Класс опасности
		макс. разовая	средне суточная
1	двуокись азота	0.085	0.04	5	2
2	аммиак	0.2	0.04	20	4
3	ацетон	0.35	0.35	200	4
4	бензин	5	1.5	100	4
5	нафталин	0.003	0.003	20	3
6	сернистый ангидрид	0.5	0.05	10	2
7	сероводород	0.008	0.008	10 +	4
8	окись углерода СО	3	1	20	4
9	хлор	0.1	0.03	0.1	1
10	хлорофос	0.04	0.02	0.5 +	2
11	Бенз(а)пирен	-	0.000001	-	1
12	пятиокись ванадия	-	0.002	-	1
13	сажа (копоть)	0.15	0.05	-	3
14	Пыль нетоксичная	0.5	0.15	-	2
15	угольная зола ТЭС (КАУ)			-	2

Размещено на Allbest.ru

...