Исследование методов снижения оксидов азота при работе водогрейных котлов

0,114305

808,4776

1,043

0,02

0,22861

1616,955

2,086

0,03

0,342914

2425,433

3,129

0,039

0,445789

3153,063

4,067

Теплопроизводительность 32,97 Гкал/ч

0,01

0,140007

573,1886

0,739

0,02

0,280014

1146,377

1,479

0,03

0,420021

1719,566

2,218

0,04

0,560028

2292,754

2,958

0,05

0,700035

2865,943

3,697

0,055

0,770038

3152,537

4,067

Теплопроизводительность 48,98 Гкал/ч

0,01

0,117482

707,4795

0,913

0,02

0,234965

1414,959

1,825

0,03

0,352447

2122,439

2,738

0,04

0,46993

2829,918

3,651

0,044

0,516923

3112,91

4,016

Теплопроизводительность 28,1 Гкал/ч

0,01

0,147671

516,2575

0,666

0,02

0,295342

1032,515

1,332

0,03

0,443013

1548,772

1,998

0,04

0,590684

2065,03

2,664

0,05

0,738355

2581,287

3,330

0,06

0,886025

3097,545

3,996

0,061

0,900793

3149,171

4,062

Дальнейший расчет ведется для весового отношения, подаваемого пара к воздуху, равного 0,01 и нагрузки котла 62,6 Гкал/ч.

При впрыске пара увеличивается теоретический объем водяных паров, первоначальный теоретический объем водяных паров [4]: V_H2O^о=2,1259 м³/м³ - из п. 2.2.

Теоретический объем водяных паров при впрыске дополнительного объема пара: , м³/м³;

Для нагрузки котла 62,6 Гкал/ч и весового отношения 0,01:

=2,1259+0,11122=2,23712 м³/м³.

Объем дымовых газов при подаче пара в топку:

V_{г вп} =V_RO2+V_N2^o+(б-1)V_в^о++0,0161(б-1)V_в^о, м³/м³

V_{г вп}=0,985+7,3995+(1,19-1)М9,34626+2,23712 +0,0161(1,19-1)М9,34626=12,426 м³/м³.

Энтальпия теоретического объема воздуха:

Н_в^о= V_в^ос_вt, кДж/м³ - [11, c. 23],

где с_в - теплоемкость воздуха при постоянном давлении, кДж/(м³М ^оС);

с_в=1,3029 кДж/(м³М ^оС) - [11, табл. 2.2];

t - расчетная температура, ^оС, t=138 ^оС - из таблицы 2.1.

Н_в^о= 9,34626М1,3029М138=1680,4594 кДж/м³.

Энтальпия теоретических объемов дымовых газов [11]:

Н_г^о=(V_RO2с_RO2+ с_Н2О+ V_N2^oс_N2)Мt, кДж/м³,

где с_RO2, с_Н2О, с_N2 - теплоемкости трехатомных газов, водяных паров, азота при постоянном давлении, кДж/(м³М ^оС) - [11, табл. 2.2];

с_RO2= 1,73 кДж/(м³М ^оС);

с_Н2О= 1,4995 кДж/(м³М ^оС);

с_N2= 1,3019 кДж/(м³М ^оС);

V_RO2, V_N2^o - из п. 2.2;

Н_г^о=(0,985М1,73+2,23712М1,4995+7,3995М1,3019)М138=2027,5 кДж/м³.

Энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха б>1:

Н_г= Н_г^о+(б-1)МН_в^о, кДж/м³ - [11, c. 23].

Энтальпия холодного воздуха:

Н_хв^о=с_вt_хвV_в^о=1,32t_хвV_в^о, кДж/м³ - [11, c.26];

где t_хв - температура холодного воздуха, ^оС; t_хв=20 ^оС.

Н_хв^о=1,32М20М9,34626= 246,741 кДж/м³;

Н_г=2027,499 +(1,19-1)М1680,459=2346,786 кДж/м³.

Коэффициент полезного действия котла, % определяется из обратного баланса котла [11]:

з_к=100-(q₂+q₃+q₄+q₅+q₆),

где q₂ - потеря теплоты с уходящими газами, определяемая по формуле [11]:

q₂=,

где Н_ух - энтальпия уходящих газов, кДж/м³; Н_ух= Н_г.= 2346,786 кДж/м³;

q₄ - потери от механической неполноты сгорания; q₄=0 %;

Q^р_р - располагаемая теплота сжигаемого топлива, кДж/м³; для природного газа Q^р_р=Q^р_н=7978 ккал/м³=33427,82 кДж/м³ - из п. 2.1;

б_ух - коэффициент избытка воздуха на выходе газов из газохода, б_ух= б.=1,19;

q₂==6,142082 %;

q₃ - потери теплоты с химическим недожогом, %, q₃=0,5 %;

q₅ - потери теплоты от наружного охлаждения через внешние поверхности котла, %, q₅=0,2 %.

q₆ - потери с физической теплотой удаляемых шлаков, %, q₆=0 %.

з_к=100-(6,142082+0,5+0,2)= 93,158 %.

Расчеты для разных весовых отношений и других нагрузок произведены в EXEL и приведены в таблице 2.10.

Таблица 2.10.

gвп	, м3/м3	Vг вп, м3/м3	Нго, кДж/м3	Нг, кДж/м3	q2, %	зк, %
Теплопроизводительность 62,6 Гкал/ч
0	2,1259	12,31478	2004,484	2323,771	6,073232	93,22677
0,01	2,23712	12,426	2027,499	2346,786	6,142082	93,15792
0,02	2,348341	12,53722	2050,514	2369,801	6,210932	93,08907
0,03	2,459561	12,64844	2073,529	2392,816	6,279781	93,02022
0,036	2,526294	12,71517	2087,338	2406,625	6,321091	92,97891
Теплопроизводительность 72,9 Гкал/ч
0	2,1259	12,19132	2167,278	2488,625	6,575992	92,72401
0,01	2,235905	12,30133	2191,902	2513,249	6,649655	92,65034
0,02	2,345911	12,41133	2216,526	2537,873	6,723318	92,57668
0,03	2,455916	12,52134	2241,15	2562,497	6,796981	92,50302
0,032	2,477918	12,54334	2246,074	2567,422	6,811714	92,48829
Теплопроизводительность 57,43 Гкал/ч
0	2,1259	12,62817	1900,753	2256,377	5,847263	93,45274
0,01	2,240205	12,74248	1923,181	2278,805	5,914357	93,38564
0,02	2,35451	12,85678	1945,609	2301,233	5,981451	93,31855
0,03	2,468814	12,97109	1968,036	2323,661	6,048544	93,25146
0,039	2,571689	13,07396	1988,222	2343,846	6,108929	93,19107
Теплопроизводительность 32,97 Гкал/ч
0	2,1259	15,23977	1518,975	2154,647	5,33995	93,96005
0,01	2,265907	15,37978	1540,898	2176,571	5,405534	93,89447
0,02	2,405914	15,51979	1562,821	2198,494	5,471118	93,82888
0,03	2,545921	15,65979	1584,744	2220,417	5,536701	93,7633
0,04	2,685928	15,7998	1606,667	2242,34	5,602285	93,69771
0,05	2,825935	15,93981	1628,591	2264,263	5,667869	93,63213
0,055	2,895938	16,00981	1639,552	2275,225	5,700661	93,59934
Теплопроизводительность 48,98 Гкал/ч
0	2,1259	12,95106	1754,566	2133,097	5,453371	93,84663
0,01	2,243382	13,06854	1775,823	2154,353	5,516959	93,78304
0,02	2,360865	13,18603	1797,079	2175,609	5,580548	93,71945
0,03	2,478347	13,30351	1818,335	2196,865	5,644136	93,65586
0,04	2,59583	13,42099	1839,591	2218,122	5,707725	93,59228
0,044	2,642823	13,46798	1848,094	2226,624	5,73316	93,56684
Теплопроизводительность 28,1 Гкал/ч
0	2,1259	16,01851	1431,526	2129,385	5,203852	94,09615
0,01	2,273571	16,16618	1453,306	2151,165	5,269007	94,03099
0,02	2,421242	16,31385	1475,086	2172,945	5,334163	93,96584
0,03	2,568913	16,46152	1496,866	2194,725	5,399318	93,90068
0,04	2,716584	16,60919	1518,646	2216,505	5,464473	93,83553
0,05	2,864255	16,75686	1540,426	2238,285	5,529629	93,77037
0,06	3,011925	16,90453	1562,206	2260,065	5,594784	93,70522
0,061	3,026693	16,9193	1564,384	2262,243	5,601299	93,6987

Снижение КПД, %:

?_КПД=;

где з - КПД котлоагрегата без применения впрыска пара, %; з=93,227 % - из таблицы 2.1;

з_{вп -} КПД котлоагрегата при применении впрыска пара, %; з_вп=93,15792 % при весовом отношении g=0,01 - из таблицы 2.10.

?_КПД==0,074 %.

При применении впрыска пара КПД котельного агрегата снижается на 0,074 - 0,320 % при весовом отношении подаваемого пара к воздуху 0,01 - 0,036.

Для других нагрузок снижение КПД:

72,9 Гкал/ч - 0,079-0,254 %;

57,43 Гкал/ч - 0,072-0,280 %;

32,97 Гкал/ч - 0,070-0,384 %;

48,98 Гкал/ч - 0,068-0,299 %;

28,1 Гкал/ч - 0,069-0,422 %.

С уменьшением КПД котельного агрегата увеличивается расход топлива. Расход топлива, подаваемого в топку, определяется по формуле [12]:

, м³/ч;

где Q_ка - полное количество тепла, полезно отданное в топке, кДж/ч;

Q^р_р - располагаемая теплота сжигаемого топлива, кДж/м³;

з_ка - КПД котельного агрегата, %.

;

При нагрузке 62,6 Гкал/ч и весовом отношении 0,01:

В=7825 м³/ч - из таблицы 2.1;

з_ка = 93,227 % - из таблицы 2.1;

з_{ка вп}=93,15792 %.

Расход топлива при подаче пара в топку:

В_вп==7830,802 м³/ч.

Дополнительный расход топлива: В_доп=В_вп-В=7830,802-7825=5,8 м³/ч.

Расчет расхода топлива для разных нагрузок и весовых отношений произведен в EXEL и приведен в таблице 2.11.

Таблица 2.11.

gвп	Ввп, м3/ч
Теплопроизводительность 62,6 Гкал/ч. Первоначальный расход топлива - 7825 м3/ч
0,01	7830,802
0,02	7836,594
0,03	7842,395
0,036	7887,499
gвп	Ввп, м3/м3
Теплопроизводительность 72,9 Гкал/ч. Первоначальный расход топлива 8985 м3/ч
0,01	8992,143
0,02	8999,298
0,03	9006,464
0,032	9007,899
Теплопроизводительность 57,43 Гкал/ч. Первоначальный расход топлива 7073 м3/ч
0,01	7078,102
0,02	7083,191
0,03	7088,287
0,039	7092,88
Теплопроизводительность 32,97 Гкал/ч. Первоначальный расход топлива 4094 м3/ч
0,01	4096,857
0,02	4099,721
0,03	4102,589
0,04	4105,46
0,05	4108,336
0,055	4109,775
Теплопроизводительность 48,98 Гкал/ч. Первоначальный расход топлива 6022 м3/ч
0,01	6026,107
0,02	6030,196
0,03	6034,29
0,04	6038,389
0,044	6040,031
Теплопроизводительность 28,1 Гкал/ч. Первоначальный расход топлива 3496 м3/ч
0,01	3498,417
0,02	3500,843
0,03	3503,272
0,04	3505,704
0,05	3508,14
0,06	3510,579
0,061	3510,824

Увеличение потерь с уходящими газами, %:

?_q=;

где q₂ - потери с уходящими газами без применения впрыска пара, %, q₂=6,073 %;

q_2вп - потери с уходящими газами с применением впрыска пара, %, q_2вп=6,142082 из таблицы 2.10;

?_q==1,121 %.

При применении впрыска пара потери с уходящими газами увеличиваются на 1,121 - 3,921 % при весовом отношении 0,01-0,036.

Для других нагрузок увеличение потерь с уходящими газами:

72,9 Гкал/ч - 1,108-3,461 %;

57,43 Гкал/ч - 1,134-4,283 %;

32,97 Гкал/ч - 1,213-6,328 %;

48,98 Гкал/ч - 1,153-4,880 %;

28,1 Гкал/ч - 1,237-7,096 %.

2.4.2 Снижение образования оксидов азота при применении впрыска пара

Снижение выбросов оксидов азота определяется по формуле:

NO_x^вп=NO_x(1-К_впМg_вп), г/с - [11, c.215];

где NO_x^вп - образование оксидов азота при применении впрыска пара, г/с;

NO_x - образование оксидов азота без применения впрыска пара, г/с;

К_вп - коэффициент эффективности метода;

g_вп - весовое отношение подаваемой воды к воздуху.

NO_x=5,253 г/с - из таблицы 2.1 для нагрузки котла 62,6 Гкал/ч;

К_вп=5 - [11, c. 214, рис. 5-23];

g_вп=0,01;

NO_x^вп=5,253М(1-5М0,01)=4,99035 г/с.

Снижение выбросов оксидов азота, %:

?_NOx=, %;

?_NOx==5 %.

Расчеты для разных весовых отношений и других нагрузок произведены в EXEL и приведены в таблице 2.12.

Таблица 2.12.

gвп	NOxвп, г/с
Теплопроизводительность 62,6 Гкал/ч.
0,01	4,99035
0,02	4,7277
0,03	4,46505
0,036	4,30746
Теплопроизводительность 72,9 Гкал/ч.
0,01	5,41405
0,02	5,1291
0,03	4,84415
0,032	4,78716
Теплопроизводительность 57,43 Гкал/ч.
0,01	4,7766
0,02	4,5252
0,03	4,2738
0,039	4,04754
Теплопроизводительность 32,97 Гкал/ч.
0,01	1,6112
0,02	1,5264
0,03	1,4416
0,04	1,3568
0,05	1,272
0,055	1,2296
Теплопроизводительность 48,98 Гкал/ч.
0,01	3,3478
0,02	3,1716
0,03	2,9954
0,04	2,8192
0,044	2,74872
gвп	NOxвп, г/с
Теплопроизводительность 28,1 Гкал/ч.
0,01	2,04155
0,02	1,9341
0,03	1,82665
0,04	1,7192
0,05	1,61175
0,06	1,5043
0,061	1,493555

Максимальное снижение образования оксидов азота при применении впрыска пара - на 18 % для нагрузки котла 62,6 Гкал/ч.

Для других нагрузок максимальное снижение выхода оксидов азота:

72,9 Гкал/ч - на 16 %;

57,43 Гкал/ч - на 19,5 %;

32,97 Гкал/ч - на 27,5 %;

48,98 Гкал/ч - на 22 %;

28,1 Гкал/ч - на 30 %.

2.4.3 Расчет диаметра паропровода для подачи пара на впрыск

Диаметр паропровода рассчитывается по формуле [14]:

d=, м;

где Q_вп - расход среды, м³/с;

W - скорость среды, м/с.

Паропровод рассчитывается на пропуск максимального расхода пара. Q_вп=Q_{вп max}=3162,878 м³/ч=0,8786 м³/с - из таблицы 2.9.

Скорость среды W=50-70 м/с - [14].

W=50 м/с.

d==0,14961 м =149,6 мм.

Стандартный диаметр: d=150 мм.

Длина паропровода - длина от существующего трубопровода пара до до котельного агрегата. Длина паропровода для подачи пара на впрыск в топку приблизительно равна 10 м.

2.5 Двухстадийное горение

2.5.1 Организация двухстадийного горения

Двухстадийное горение осуществляется применением усовершенствованной горелки. Горелка двухстадийного горения выполнена на базе горелочных устройств РГМГ-30, которыми оснащены котлы КВГМ. Усовершенствованная горелка отвечает следующим требованиям [4]:

1. Обеспечивает устойчивую работу и надежную работу в широком диапазоне изменения режимных параметров котла.

2. Обеспечивает полноту сжигания топлива.

3. Аэродинамическое сопротивление усовершенствованной горелки не должно быть большим, чем у РГМГ-30.

4. Возможность перехода на сжигание жидкого топлива.

5. Необходимость минимизации затрат на реконструкцию.

С учетом перечисленных требований было найдено решение, в соответствии с которым центральная часть горелки используется для подачи части дутьевого воздуха (вторичный) прямоточной струей непосредственно в топку. При этом необходимо предотвратить контакт вторичного воздуха с первичным до того момента, когда последний перемешается с газом, выходящим из сопел, и начинается горение газообразного топлива. Для этого в центральную часть горелки РГМГ-30 устанавливается осевая труба диаметром 268-270 мм. Входное сечение осевой трубы совпадает с входным сечением внутренней обечайки лопаточного завихрителя, а выходной срез трубы расположен к топке котла ближе (по ходу воздуха), чем сопловые отверстия газовой камеры [4].

Работает горелка следующим образом. Часть воздуха (первичный) из воздуховода через аксиальные завихрители подается в периферийную часть горелки, другая же его часть (вторичный) поступает по центральной воздушной трубе. Природный газ из периферийных сопловых отверстий газовой камеры выходит в канал горелки и смешивается с первичным закрученным потоком воздуха. Топливо-воздушная смесь воспламеняется, после чего на выходе из амбразуры к ней подмешивается вторичный воздух. Происходит доокисление продуктов неполного сгорания, образовавшихся на первой стадии горения. Топливо сгорает полностью. Благодаря такой организации двухстадийного сжигания весь процесс горения происходит в топочном объеме, в условиях интенсивной теплоотдачи от факела к экранным поверхностям камеры сгорания [6].

Эксплуатация котла с усовершенствованными горелками не изменяется. Технико-экономические показатели работы котельного агрегата с горелками двустадийного горения на базе РГМГ-30 остаются такими же. как и при эксплуатации котла с обычными горелками [3].

2.5.2 Снижение выхода оксида азота

Двухстадийное сжигание топлива является одним из наиболее перспективных методов снижения образования оксида азота. Сущность метода заключается в том, что в первичную зону горения подается воздуха меньше, чем необходимо теоретически (б=0,70-0,95), в результате чего происходит снижение максимальной температуры в зоне факела, снижение содержания кислорода в ядре факела, уменьшение скорости образования оксидов азота и увеличение длины и светимости факела.

Из-за разбавления продуктами сгорания последующее горение протекает при более низкой температуре, вследствие чего во вторичной зоне горения оксиды азота практически не образуются [4].

Снижение выхода оксидов азота определяется по формуле:

NO_x^дв=NO_x, г/с - [4, c.210];

где NO_x^дв - оксиды азота, образовавшиеся при применении двухстадийного горения, г/с;

NO_x - оксиды азота, образовавшиеся при обычном режиме горения топлива, г/с; m3;

- отношение вторичного воздуха, подаваемого на горение, к первичному воздуху;

В усовершенствованных горелках на базе РГМГ-30 соотношение вторичного и первичного воздуха находится в диапазоне 0,2-0,4 [4].

=0,3.

Для нагрузки котла 62,6 Гкал/ч NO_x=5,253 г/с - из таблицы 2.1.

NO_x^дв=NO_x()^m =5,253М()³=2,39099 г/с.

Снижение выхода оксидов азота, %:

?_NOx=, %;

?_NOx==54,48 %;

Расчет снижения выбросов оксидов азота для других нагрузок произведен в EXEL и приведен в таблице 2.13.

Таблица 2.13.

Нагрузка котла, Гкал/ч	NOx, г/с	NOxдв, г/с	?NOx, %
62,6	5,253	2,390988	54,48
72,9	5,699	2,593992	54,48
57,43	5,028	2,288575	54,48
32,97	1,696	0,771962	54,48
48,98	3,524	1,604005	54,48
28,1	2,149	0,978152	54,48

2.6 Химические методы снижения выхода оксидов азота

К очистке дымовых газов применяют восстановительные методы. Аммиак является единственным доступным восстановителем избирательного действия, способным восстановить примеси оксида азота до азота (или малотоксичной закиси азота) при наличии кислорода [4]:

6NО+4NH₃+>5N₂+6H₂O;

6NО₂+8NH₃+>7N₂+12H₂O;

8NО+2NH₃+>5N₂О+3H₂O.

Конструктивно аммиачно-каталитическая очистка осуществляется следующим образом. В поток дымовых газов вводится коллектор - перфорированная труба, через отверстия которой выходит аммиак. На расстоянии 0,5-1,5 м от нее расположена кассета с катализатором [4].

Степень восстановления аммиаком обычно составляет 71-95 %. При очистке с продуктами сгорания выбрасывается избыточный аммиак, что несколько повышает токсичность продуктов сгорания и является недостатком метода.

Стоимость очистки газов путем восстановления аммиаком превышает стоимость рециркуляции и двухступенчатого сжигания в 10-30 раз [8].

Вторым направлением по очистке дымовых газов от оксидов азота является прямое вдувание аммиака в топочную камеру, дающее наибольший эффект в области температур 950-1000 ^оС. Этот процесс позволяет избавиться от катализатора [4].

Исследования, проведенные при непосредственном вводе аммиака в топочную камеру в области температур 850-1200 ^оС, показали, что степень восстановления NO зависит от ряда факторов, основные из которых: а) температура; б) соотношение NH3/NO; в) концентрация NO; г) время реакции [6].

Расход 25 %-го раствора аммиака на очистку от 90 % NO_x - 1386 т/ч [4].

Недостатками установок по очистке дымовых газов от оксидов азота является существенная коррозия оборудования, при очистке с продуктами сгорания выбрасывается избыточный аммиак, необходимость размещения больших емкостей для хранения аммиака, высокая стоимость очистки.

Затраты на очистку газов от оксидов азота, как минимум, на 1-2 порядка превышают стоимость методов снижения их образования. Поэтому их следует применять после использования всех имеющихся методов подавления, если требуется более существенное снижение концентрации NO_x, чем можно обеспечить методами подавления. Из известных методов очистки дымовых газов от NO_x наиболее отработан аммиачно-каталитический метод [4].

3. Экономическая часть

3.1 Технико-экономическое обоснование

В настоящее время с ростом и бурным развитием промышленности большое внимание уделяется ее экологической безопасности, а именно проблеме очистке и утилизации отходов [1].

Анализ экологической ситуации на данный момент показывает, что важнейшими проблемами на планете являются смог и выбросы, способствующие образованию кислотных дождей. Последние обусловлены содержанием в атмосфере SO₂, NO_x, СО и некоторых углеводородов, проявляющих высокую химическую активность. Глобальную экологическую проблему представляет собой парниковый эффект, являющийся причиной общего потепления на планете. Газы, обусловливающие парниковый эффект, такие, как СО₂, СН₄, NО_х, стабильны; они диффундируют и накапливаются в атмосфере. Важнейшей является задача по нормализации качества атмосферного воздуха [9].

Одной из основных проблем экологии в настоящее время является загрязнение атмосферного воздуха оксидами азота, NO_X является ингредиентом газовых выбросов ТЭС, ТЭЦ, котельных, азотнокислотных производств, а также входит в состав отработавших газов двигателей внутреннего сгорания. Наибольшие загрязнения атмосферного воздуха поступают от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе [3].

Проблема снижения выбросов оксидов азота водогрейными котлами отопительных котельных является весьма острой. Положение усугубляется тем, что отопительные котельные, как правило, размещаются внутри жилых микрорайонов, а их дымовые трубы имеют высоту, соизмеримую с высотой современных жилых домов [3].

Основным источником появления оксида азота (NO) и диоксида азота (NO₂) в атмосферном воздухе является сжигание топлива. Для современных городов диоксид азота часто играет доминирующую роль по сравнению с другими загрязнителями. Валовый выброс оксидов азота в атмосферный воздух в различных регионах и городах составляет 6-8 % общего выброса всех вредных веществ. При определении допустимых концентраций оксидов азота следует учитывать не только их влияние на организм человека и растительный мир, но на уменьшение видимости и фотохимические реакции в атмосфере [4].

Плата за загрязнение в настоящее время вычисляется исходя из стоимости продукции и дохода предприятия; очевидно, платы за загрязнения никак не связаны с социальной или экономической стоимостью вызванной загрязнением заболеваемости или преждевременной смертности [1].

Существует много различных методов подавления образования оксидов азота, каждый из которых по своему эффективен и имеет свои достоинства и недостатки, требующих различных капитальных и эксплуатационных затрат. В работе рассмотрено несколько способов снижения выбросов оксидов азота водогрейными котлами КВГМ-100, а именно: рециркуляция дымовых газов, впрыск пара в топку и двухстадийное горение. Рассматривались три водогрейных котла КВГМ-100 Северо-Западной котельной.

3.2 Капитальные затраты

3.2.1 Рециркуляция дымовых газов

Для реализации этого способа требуется установка дутьевых вентиляторов и прокладка газопровода для каждого из котлов. В качестве дутьевых вентиляторов были подобраны вентиляторы ВДН-12,5, диаметр газопровода - 800 мм. Капитальные затраты на реализацию этого метода приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1.

Наименование затрат	Кол-во	Стоимость единицы наименования	Общая ст-ть, руб
Вентилятор ВДН-12,5	3 шт.	91190 руб./шт	273570
Трубы Ш 800	60 м	1296 руб./м	77760
Отводы 90о	15 шт.	2317 руб./шт	34755
Отводы 45о	12 шт.	1425 руб./шт	17100
Прокладка труб	75 м	1980 руб./м	148500
Врезка трубопровода	3 ед.	1000 руб./ед.	3000
Итого:	184895

3.2.2 Впрыск пара

Для уменьшения образования оксидов азота впрыском пара в топку необходимо проложить паропровод Ш 150 мм. Капитальные затраты на реализацию этого метода для трех водогрейных котлов КВГМ-100 приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2.

Наименование затрат	Кол-во	Стоимость единицы наименования	Общая стоимость, руб
Трубопровод ф 150	30 м	1412 руб./м	42360
Отводы	36 шт.	1674,1 руб./шт	20089,2
Врезка трубопровода	3 ед.	1000 руб./ед.	3000
Прокладка паропровода	3 ед.	4680 руб./ед.	14040
Узлы прохода	3 шт.	1620 руб./шт	4860
Запорная арматура	3 ед.	9472 руб./ед.	28416
Итого:	112765,2

3.2.3 Двухстадийное горение

Этот способ снижения выхода оксидов азота заключается в установке горелок двухстадийного горения. Усовершенствованные горелки двухстадийного сжигания топлива выполняются на базе горелок РГМГ-30, которыми оснащены водогрейные котлы.

Капитальные затраты на реализацию духстадийного горения топлива приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3.

Наименование затрат	Кол-во	Стоимость единицы наименования	Общая ст-ть, руб
Реконструкция горелок РГМГ-30	3 шт.	40000 руб./шт	120000
Итого:	120000

3.3 Эксплуатационные затраты

3.3.1 Рециркуляция дымовых газов

Применение этого способа приводит к дополнительным затратам на электроэнергию на привод дутьевых вентиляторов, количество потребляемой электроэнергии зависит от количества газов, подаваемых на рециркуляцию, степень рециркуляции меняется от 1% до 30 %, количество потребляемой электроэнергии в зависимости от расхода газа на рециркуляцию приведено в табл. 2.7. Стоимость электроэнергии 1,65 руб./кВтМч. Затраты в зависимости от потребляемой электроэнергии для одного котла КВГМ-100 приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4.

Снижение образования оксидов азота, %	Степень рециркуляции, %	Потребляемая мощность, кВт	Затраты, руб. в год
1	1	1	14454
3,6	5	9	130086
5,1	10	19	274626
6,2	15	29	419166
7,2	20	39	563706
8	25	49	708246
8,8	30	59	852786

При использовании подачи рециркуляционных газов для снижения выбросов оксидов азота уменьшается КПД котельного агрегата. Это приводит к увеличению расхода топлива. Увеличение расхода газа приведено в табл. 2.5. Стоимость природного газа - 1800 руб. за 1 тыс. м³ топлива. Дополнительные затраты на топливо в зависимости от количества подаваемого рециркуляционного газа приведены в таблице 3.5.

Таблица 3.5.

Снижение образования оксидов азота, %	Степень рециркуляции, %	Дополнительный расход топлива, тыс. м3	Затраты, руб. в год
1	1	10,51055	92072,43
3,6	5	52,71009	461740,4
5,1	10	105,8162	926949,7
6,2	15	159,3227	1395667
7,2	20	213,2343	1867933
8	25	267,5555	2343786
8,8	30	322,2911	2823270

3.3.2 Впрыск пара

При использовании впрыска пара в топку для снижения выхода оксидов азота снижается КПД котельного агрегата. Это приводит к увеличению расхода топлива как и при применении рециркуляции. Увеличение расхода топлива при впрыске пара в топку приведено в табл. 2.11. Стоимость природного газа - 1800 руб. за 1 тыс. м³ топлива. Дополнительные затраты на топливо в зависимости от количества пара подаваемого на впрыск в топочную камеру приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6.

Снижение образования оксидов азота, %	Расход пара на впрыск, т/ч	Дополнительный расход топлива, тыс. м3	Затраты, руб. в год
1	1,1	10,40973	91189,22
3,6	2,3	20,83486	182513,3
5,4	3,4	31,27541	273972,6
7,2	4,5	41,73144	365567,4
9	5,6	52,20297	457298
10,8	6,7	62,69003	549164,7
12,6	7,9	73,19266	641167,7
14,4	9,0	83,7109	733307,5
16,2	10,1	94,24478	825584,3
18	11,2	104,7943	917998,4

3.3.3 Двухстадийное горение

Эксплуатационные затраты при применении этого способа снижения выхода оксидов азота отсутствуют, требуется лишь реконструкция горелки РГМГ-30.

3.4 Экономический ущерб

На Северо-Западной котельной установлено три водогрейных котла КВГМ-100. По данным на 2004 год выброс оксидов азота в атмосферу этими котлами предприятия составил 133,9 т/год.

Экономический ущерб рассчитывается по формуле:

, руб./год - [17], (3.1)

где Z_атм- годовая величина экономического ущерба, руб./год;

г_i - денежная оценка единицы выбросов, руб./усл.т;

у - коэффициент относительной опасности загрязнения воздуха над территориями различного типа;

f - поправка, учитывающая характер рассеивания примеси в атмосфере;

А_i - коэффициент приведения примеси вида I к монозагрязнителю, усл.т/т;

m_u - объем выброса i-го вида примеси загрязнителя, т.

г_i=20 руб./усл.т - в ценах 2000 г. [17];

у=4 - [17, Приложение 1];

f=1 [19];

А_i=41,1 усл.т/т - [17, Приложение 2];

m_u=133,9 т/год (по данным предприятия).

, руб./год.

3.4.1 Рециркуляция

Выброс оксидов азота снижается от 1 % до 8,8 %, т.е. до 132,561 - 122,117 т/год при изменении степени рециркуляции от 1 % до 30 %.

По формуле (3.1) экономический ущерб:

, руб./год;

, руб./год.

Экономический ущерб при увеличении степени рециркуляции с 1 % до 30 % снижается с 435,6 тыс. руб./год до 401,5 тыс. руб./год.

3.4.2 Впрыск пара

Выброс оксидов азота снижается с 1 % до 18 %, т.е. до 132,561 - 109,798 т/год при изменении подачи пара от 1 т/ч до 4 т/ч.

По формуле (3.1) экономический ущерб:

, руб./год;

, руб./год.

Экономический ущерб при увеличении подачи пара снижается с 435,6 тыс. руб./год до 361,0 тыс. руб./год.

3.4.3 Двухстадийное горение

При применении этого способа выбросы оксидов азота снижаются в 2 раза, а соответственно снижается и экономический ущерб в 2 раза.

Экономический ущерб:

, руб./год.

Выводы

Для снижения образования оксидов азота можно применять различные способы, требующие каких-либо капитальных и эксплуатационных вложений. Капитальные и эксплуатационные затраты на снижение образования оксидов азота котлом КВГМ-100 на 1 % представлены на рис. 3.

Рис. 3 Капитальные и эксплуатационные затраты на снижение образования оксидов азота на 1 %.

Наиболее выгодным с экономической точки зрения является двухстадийное сжигание топлива как способ уменьшения выброса оксидов азота водогрейными котлами КВГМ-100. Для этого способа требуются небольшие капитальные затраты, ежегодные эксплуатационные затраты на реализацию этого способа отсутствуют. Экономический ущерб при использовании двухстадийного горения наименьший, этот способ позволяет уменьшить экономический ущерб в два раза. При этом другие технико-экономические показатели работы котлов КВГМ-100 остаются неизменными, работа котла с усовершенствованными горелками двухстадийного горения не изменяется, требуется только реконструкция горелок РГМГ-30, не требующая больших капитальных вложений, не требуется место для установки оборудования, не требуется прокладка трубопроводов в отличие от рециркуляции дымовых газов и впрыска пара в топочную камеру. Также этот способ является наиболее эффективным при снижении выхода оксидов азота.

Впрыск пара в топку также не требует больших капитальных вложений, но при этом при реализации этого способа требуются ежегодные капитальные вложения.

Наибольших капитальных и эксплуатационных затраты требует рециркуляция дымовых газов, необходима прокладка газопровода большого диаметра, требуется установка дутьевых вентиляторов на каждый котел, появляются дополнительные эксплуатационные затраты на электроэнергию на привод вентиляторов. При этом экономический ущерб снижается незначительно.

оксид азот дымовой котел

4. Безопасность производственной деятельности при работе в котельной

4.1 Характеристика предприятия

Северо-Западная котельная обеспечивает теплом и горячей водой жилую застройку и промпредприятия этого района. Предназначена для нагрева воды до температуры 150 ⁰С, для отопления и горячего водоснабжения 1, 2, 3, 4, 5а, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 15, 19 микрорайонов, Студ. Городка, областной больницы, базы Универсального комплекса.

Котельная представляет собой отдельно стоящее модульное здание из жесткого несущего металлического каркаса, облицованного трехслойными теплоизолированными панелями типа “сэндвич”. Здание оборудовано окнами, дверьми, проемами для проводки коммуникаций, дефлекторами для естественной вентиляции. Здание котельной (водогрейная часть) - железобетонные панели, общая площадь: 2933,0 м², этажность -5, площадь остекления - 117, 32 м². Здание паровой котельной - железобетонные панели, общая площадь: 418,5 м², этажность - 3, площадь остекления - 16,74 м². К зданию блочной котельной примыкают газоходы, дымовая и металлическая труба, поддерживаемая растяжками.

В своем составе котельная имеет: 3 водогрейных котла КВГМ-100, 3 водогрейных котла ПТВМ-30, 2 паровых котла ДКВР-10/13 и различное вспомогательное оборудование для функционирования котельной по назначению - нагрева и подачи воды в теплосеть.

Котлы КВГМ-100 и ПТВМ-30 - теплофикационные водогрейные, газомазутные. Котлы ДКВР-10/13 предназначены для технологических нужд в схеме водоподготовки.

Необходимые режимы температуры и освещения в здании котельной при ее обслуживании обеспечиваются системами водяного и воздушного отопления, естественным и электрическим освещением.

Установленная теплопроизводительность котельной составляет 390 Гкал/час.

Тягодутьевое оборудование:

1. Вентиляторы: ВДН-17, ВД-12, ВДН-10

2. Дымососы: Д-10; Д-13,5х2; Д-22х2.

Насосное оборудование:

1. Сетевые насосы.

2. Подпиточные насосы.

Сетевые насосы (основной и резервный) создают циркуляцию воды через водогрейный котел и теплосеть. Подпиточные насосы (основной и резервный) поддерживают необходимое давление на входе сетевых насосов и восполняют утечки воды из теплосети. Исходная вода для подпитки поступает из водопроводной сети или наружного резервуара.

Удаление дымовых газов из котла производится дымососом и естественной тягой через металлическую дымовую трубу.

Согласно «Инвентаризации источников выбросов вредных веществ в атмосферу» Северо-Западной котельной на промплощадке имеется 9 источников выброса, из них 7 - организованные, 2 - неорганизованные.

Основными источниками выделения загрязняющих веществ в атмосферу являются паровые и водогрейные котлы, работающие на природном газе. В атмосферу выделяются следующие вредные вещества: диоксид азота, оксид азота, оксид углерода. Основными источниками шума в котельной является технологическое оборудование (котлы, дымососы, насосы и др.).

Эксплуатация котельной в различных режимах осуществляется системами ручного и автоматического управления, контроля параметров работы и ее агрегатов.

4.2 Анализ условий труда, определение опасных и вредных производственных факторов в помещении

Анализ условий труда и технологических процессов позволил определить опасные и вредные производственные факторы, перечень и параметры которых приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1.

Подобные документы

• Решение проблемы выбросов оксидов азота на тепловых электростанциях Италии

  Процесс трехступенчатого сжигания ни крупном огневом стенде. Изменение технологии топочного процесса. Сжигание мазута на полупромышленной топке. Конструкция полупромышленного котла. Сравнение методов трехступенчатого и двухступенчатого сжигания.
  
  реферат [181,4 K], добавлен 18.02.2011
  

• Расчет котла КВ-М-10-150

  Расчёт объёма и энтальпий воздуха и продуктов сгорания топлива. Составление теплового баланса. Геометрические размеры топки. Температура дымовых газов за фестоном. Конвективные поверхности нагрева водогрейных котлов. Сопротивление воздушного тракта.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 17.04.2019
  

• Эксплуатация тепловых сетей

  Вывод тепловых сетей и водогрейных котельных на период летнего простоя. Пуск водогрейных котлов и тепловых сетей на зимний режим работы. Режимы оборудования ТЭЦ. Работа тепловых установок с промышленным и теплофикационным отбором пара и конденсацией.
  
  презентация [1,6 M], добавлен 23.07.2015
  

• Расчет котлоагрегата

  Краткое описание теории горения топлива. Подготовка твердого топлива для камерного сжигания. Создание технологической схемы. Материальный и тепловой баланс котлоагрегата. Продукты сгорания твердого топлива. Очистка дымовых газов от оксидов серы.
  
  курсовая работа [8,9 M], добавлен 16.04.2014
  

• Усовершенствование системы газоочистки энергоблоков 150 МВт Приднепровской ТЭС

  Обзор методов очистки дымовых газов тепловых электростанций. Проведение реконструкции установки очистки дымовых газов котлоагрегата ТП-90 энергоблока 150 МВт в КТЦ-1 Приднепровской ТЭС. Расчет скруббера Вентури для очистки дымовых газов котла ТП-90.
  
  дипломная работа [580,6 K], добавлен 19.02.2015
  

• Проверочный расчет котельного агрегата типа БГМ-35

  Расчет горения топлива. Тепловой баланс котла. Расчет теплообмена в топке. Расчет теплообмена в воздухоподогревателе. Определение температур уходящих газов. Расход пара, воздуха и дымовых газов. Оценка показателей экономичности и надежности котла.
  
  курсовая работа [4,7 M], добавлен 10.01.2013
  

• Принцип образования пара в паровых котлах

  Характеристика котлов по способу организации движения рабочего тела: паровые с естественной циркуляцией; прямоточные. Схема контура естественной циркуляции. Структура потока пароводяной смеси в трубах. Сепарация как метод очистки пара от примесей.
  
  реферат [221,7 K], добавлен 16.05.2010
  

• Производство горячей воды и пара

  Классификация паровых и водогрейных котлов. Достоинства и недостатки различных конструктивных решений. Особенности двухбарабанных и жаротрубных паровых агрегатов. Схема газотурбинной установки с котлом-утилизатором и с утилизационным теплообменником.
  
  презентация [187,9 K], добавлен 07.08.2013
  

• Разработка технико-экономического обоснования строительства атомной электростанции в Казахстане

  Описание технологического цикла с использованием механизмов отсоса газов из котлов котельной. Системы теплоснабжения и виды тепловой нагрузки. Расчет и выбор электродвигателей для вспомогательных механизмов. Особенности обслуживания водогрейных котлов.
  
  дипломная работа [352,1 K], добавлен 14.07.2015
  

• Разработка рациональных методов сжигания газа

  Основы теории диффузионного и кинетического горения. Анализ инновационных разработок в области горения. Расчет температуры горения газов. Пределы воспламенения и давления при взрыве газов. Проблемы устойчивости горения газов и методы их решения.
  
  курсовая работа [794,4 K], добавлен 08.12.2014
  

• Проект тепловой части ГРЭС мощностью 160 МВт (Омская область)

  Выбор типа и количества турбин и котлов. Составление и описание принципиальной тепловой схемы электростанции. Определение часового расхода топлива энергетических и водогрейных котлов. Определение выбросов ТЭЦ в атмосферу, расчет и выбор дымовой трубы.
  
  дипломная работа [505,3 K], добавлен 15.01.2015
  

• Топливо. Тепловой баланс котельного агрегата

  Виды топлива, его состав и теплотехнические характеристики. Расчет объема воздуха при горении твердого, жидкого и газообразного топлива. Определение коэффициента избытка воздуха по составу дымовых газов. Материальный и тепловой баланс котельного агрегата.
  
  учебное пособие [775,6 K], добавлен 11.11.2012
  

• Котельные установки

  Общие сведения и понятия о котельных установках, их классификация. Основные элементы паровых и водогрейных котлов. Виды и свойства топлива, сжигаемого в отопительных котельных. Водоподготовка и водно-химический режим. Размещение и компоновка котельных.
  
  контрольная работа [572,2 K], добавлен 16.11.2010
  

• Расчет тепловых процессов топки котла

  Типы топок паровых котлов, расчетные характеристики механических топок с цепной решеткой. Расчет необходимого объема воздуха и объема продуктов сгорания топлива, составление теплового баланса котла. Определение температуры газов в зоне горения топлива.
  
  методичка [926,6 K], добавлен 16.11.2011
  

• Проектирование тепловой схемы ТЭЦ для промышленного предприятия и жилого района

  Расчетная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение. Определение расхода пара внешними потребителями. Определение мощности турбины, расхода пара на турбину, выбор типа и числа турбин. Расход пара на подогреватель высокого давления. Выбор паровых котлов.
  
  курсовая работа [1,3 M], добавлен 26.01.2016
  

• Расчет технико-экономических показателей ТЭЦ

  Расчет электрической и тепловой нагрузки потребителей района. Выбор водогрейных котлов низкого и высокого давления. Калькуляция себестоимости энергии. Капитальные вложения в ТЭЦ. Расчет расхода электроэнергии на собственные нужды по отпуску тепла.
  
  курсовая работа [562,6 K], добавлен 17.02.2013
  

• Анализ цикла Ренкина

  Расчет разности температур продуктов сгорания топлива в паровом котле и рабочего тела. Уменьшение потерь энергии в конденсаторе за счет уменьшения разности температур конденсирующегося пара и охлаждающей воды путем снижения давления в конденсаторе.
  
  контрольная работа [169,6 K], добавлен 03.03.2011
  

• Исследование влияния изменения параметров и структуры ПТС ПТУ с турбиной типа ПТ-145–130 на показатели тепловой экономичности

  Принципиальная тепловая схема энергетического блока. Определение давлений пара в отборах турбины. Составление сводной таблицы параметров пара и воды. Расчет схем отпуска теплоты. Показатели тепловой экономичности блока при работе в базовом режиме.
  
  курсовая работа [1,9 M], добавлен 26.12.2010
  

• Методы контроля толщины многослойных покрытий на основе тугоплавких оксидов

  Перспективы методов контроля оптической толщины покрытий различного функционального назначения. Контроль толщины оптических покрытий на основе тугоплавких оксидов формируемых методом электронно-лучевого синтеза. Расчёт интерференционных покрытий.
  
  дипломная работа [2,7 M], добавлен 18.03.2015
  

• Электрические явления в атмосфере

  Электродинамические явления в моделях климата: электрические заряды и электростатическое поле, механизмы их генерации и перераспределения в конвективном облаке. Возникновение грозовых разрядов как источника оксидов азота в атмосфере и пожароопасности.
  
  курсовая работа [915,5 K], добавлен 07.08.2013
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам

Помещения, рабочие места	Опасные и вредные производственные факторы	Параметры опасных и вредных производственных факторов	Обоснование норм	Средства защиты
		Факт.	Нормат.
Помещение котельной с котлами КВГМ-100, ПТВМ-30, ДКВР-10/13	Микроклимат (для категории работ П б):			СанПиН 2.2.4.548-96	Нормализации параметров микроклимата не требуется
	Теплый период:
	- температура воздуха (оС):	20	19-21
	- относительная влажность (%):	50	60-40
	- подвижность воздуха (м/с):	0,2	0,2
	Холодный период:
	- температура воздуха (оС):	19	17-19
	- относительная влажность (%):	50	60-40
	- подвижность воздуха (м/с):	0,2	0,2
	Загрязнения воздуха рабочей зоны помещения котельной:			ГОСТ 12.1.005-88	При работе приточно-вытяжной вентиляции фактическая концентрация загрязнителей воздуха не превышает ПДК.