Расчет и контроль загрязнения атмосферы при работе котельных и ТЭЦ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Братский государственный университет»

Факультет энергетики и автоматики

Кафедра «Промышленной теплоэнергетики» 
 

Контрольная работа

 по  дисциплине

“Охрана окружающей среды” 
 
 
 
 
 
 
 

Контрольная работа.

Расчет  и контроль загрязнения атмосферы

 при  работе котельных и ТЭЦ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

ст. гр. ЭОП-05:                                                               Виниченко А.П. 
 

Руководитель:

ст. преподаватель  каф. ПТЭ                                          Тартыкова Е.В.  
 
 
 
 

Братск 2008

 

ЗАДАНИЕ 

1. Определить  максимально разовые (г/сек) и годовые (т/год) выбросы котельной, расположенной в городе Красноярске и работающей на 8 котлах марки Е 35-40.
2. Определить высоту дымовой трубы, выбрать тип конструкции и рассчитать аэродинамические характеристики.
3. Определить предельно допустимые выбросы (г/сек) для всех загрязнителей.
4. Определить экономический (экологический) ущерб от загрязнения атмосферы. Предложить мероприятия по снижению выбросов и предотвращения экологического и экономического ущерба.

 

Параметры котельной  установки Е 35-40:

   t_п.п. = 440 ⁰C

   t_{пит.воды} = 145 ⁰C

   t_{уход.газов} = 146-184  ⁰C

     
 

 Таблица 1

Характеристика  топлива: Березовский

 уголь, Б2Р.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. РАСЧЕТ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ КОТЕЛЬНОЙ В АТМОСФЕРУ. 

1.1  Затраченная теплота котельного агрегата:

 где Д – паропроизводительность котельной установки, г/с

       Д_пр – расход пара на продувку, г/с,

       h_пп – энтальпия перегретого пара, кДж/кг ,

       h_пв – энтальпия питательной воды, кДж/кг, ,

       h_кв – энтальпия котловой воды, кДж/кг, ,

1.2 Расход пара  на продувку:

1.3 Расчетный  расход топлива на каждый котел:

_{Расход  топлива за отопительный период (5904 часа) на каждый  котел составит:} 

 

_{Расход  топлива на все 8 котлов:}

 

Расход условного  топлива на 1 котел:

1.2.Расчет выбросов твердых частиц.

1.2.1 Суммарное количество твердых частиц, поступающих в атмосферу:

,

где В – расход топлива за рассматриваемый период, г/с;

      А^Р – зольность топлива на рабочую массу, %,

      а_ун – доля золы топлива в уносе,

      Q_н^р – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг,

      32680 – теплота сгорания углерода, кДж/кг,

   

 

  - степень улавливания твердых частиц в золоуловителе (скруббер:0,95-0,96).

1.2.2 Количество летучей золы, входящее в суммарное количество твердых частиц, уносимых в атмосферу:

1.2.3 Количество твердых частиц, образующихся в топке в результате механического недожога топлива:

1.3.  Расчет выбросов оксидов серы.

где S^Р  - содержание серы в топливе, %,

      - доля оксидов серы, связываемых летучей золой в газоходах котла,

      - доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе вместе с твердыми частицами.

1.4.Расчет выбросов оксида азота. 

1.4.1 Коэффициент, характеризующий выход оксидов азота:

где D_ф и D_н – фактическая и номинальная паропроизводительность котла соответственно, т/ч(D_ф= D_н)

1.4.2 Коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива:

1.4.3 Количество выбросов азота в пересчете на диоксид азота:

где В – расход условного топлива за рассматриваемый  период,                          т.усл.топл./год, т.усл.топл./час;

      q₄ – потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %,

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

      - коэффициент, учитывающий конструкцию горелок ( для вихревых горелок =1),

   

 

  - коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления( при твердом шлакоудалении =1),

       - коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов на выход оксидов азота в зависимости от условий подачи их в топку,

        - коэффициент, характеризующий снижение выброса оксидов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок при условии сохранения общего избытка за котлом,

        r – степень рециркуляции дымовых газов, %,

       - доля оксидов азота, улавливаемых в азотоочистной установке,

       , - длительность работы азотоочистной установки и котла, ч/год,

       К_n – коэффициент пересчета. 

1.5.Расчет выбросов монооксида углерода.

1.5.1 Выход монооксида углерода при сжигании топлива:

где q₃ – потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %,

       - коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную содержанием в

дымовых газах монооксида углерода: для твердого топлива =1

1.5.2 Количество монооксида углерода, выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами котла:

 

1.6. Расчет выбросов бенз(а)пирена.

1.6.1 Степень улавливания бенз(а)пирена в золоуловителях:

_{Принимаем nул=75%}

1.6.2 Концентрация бенз(а)пирена в дымовых газах пылеугольных котлов, приведенная к :

 

 

где  А=1,62 exp(-4,1a''_пп )=1,62 exp(-4,1∙1,40)=0,0118

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

Количество бенз(а)пирена, выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами котла:

Объем дымовых газов:

Таблица 2

Сводная таблица выбросов котельной, работающей на 8 котлах. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

2. РАСЧЕТ РАССЕИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФРЕ.

РАСЧЕТ  ХАРАКТЕРИСТИК ДЫМОВОЙ ТРУБЫ. 

 2.1 Разность температур уходящих газов и атмосферы:

где - средняя температура самого холодного месяца в г. Красноярске.

2.2 Объем дымовых газов от сжигания 1 кг топлива:

где , - соответственно теоретический объем продуктов сгорания и теоретически необходимый объем воздуха на горение при нормальных условиях, м³/кг.

2.3 Объем дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу:

2.4 Предварительная высота трубы:

       - по твердым частицам и монооксиду углерода:

       - по оксидам серы и азота  с учетом их суммарного воздействия:

,

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального рассеивания вредностей в атмосфере, С^2/3 мг-К^1/3/г; М - максимально-разовое количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, 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 3-5 см/с F=l; для золы после золоуловителей при среднем эксплуатационном коэффициенте улавливания п, > 90% F=2; при 75% <т)< 90% F=2.5; при < 75% и при отсутствии очистки F=3; V_r - объемный расход выбрасываемых дымовых газов, м³/с; Т- разность температур выбрасываемых дымовых газов и окружающего атмосферного воздуха t_B. °С; - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, принимается равным 1, если в радиусе 50 высот трубы от источника перепад отметок местности не превышает 50 м на 1км; ПДК – максимальные разовые концентрации загрязнителя. 

 

_{Принимаем предварительную  высоту трубы h= 40 м, D0 =3,0 м}

_{2.5 Скорость выхода газов из устья трубы:}

 

     _{Так как скорость выхода газов из устья  трубы не соответствует  экономически оптимальной, следовательно, увеличиваем  диаметр устья до D0=4,2 м и высоту трубы до h=100 м.Тогда}

     _{Скорость  газов соответствует  экономически оптимальным  значениям (таблица 3.2 [1] ) .}

 

_{3. РАСЧЕТ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ ВЫБРОСОВ}

_{3.1 Значение ПДВ для выброса загрязняющего вещества из дымовой трубы   котельной или ТЭЦ:}

_, 

где m,n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы; h - высота дымовой трубы;

2.2 Коэффициент m определяется в зависимости от параметра f:

   

 

3.3 Безразмерный коэффициент n определяется в зависимости от параметра V_m:

 

   _{Сравнивая предельно допустимые выбросы с расчетными видим, что расчетные выбросы не превышают предельнодопустимые.}

 

    _{4. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ (ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ) УЩЕРБ}

_{4.1 Определяем экономический (экологический) ущерб:}

где  - коэффициент, учитывающий экологические факторы (состояние, атмосферы, воздуха и почвы), для выбросов в атмосферу Западной Сибири =1,2, - учитывающий плотность населения, для городов ; - коэффициент, учитывающий особенности территорий : для особо охраняемых  природных  территорий, районов Крайнего  Севера   и приравненных к ним местностей, байкальских природных территорий и зон экологического   бедствия  =2 ; m _I масса   годового   выброса   i-го загрязняющего вещества в атмосферный воздух, т/год;    N - количество учитываемых групп загрязняющих  веществ.   H - нормативная плата за выброс i-го загрязняющего вещества в атмосферу, руб/тонна.

      

 

4.2 Для снижения количества выбросов и эколого-экономического ущерба рассмотрим следующие мероприятия:  двухступенчатое сжигание топлива (уменьшение выбросов оксида азота) и применение технологии мокрой известняковой очистки уходящих газов от оксидов серы и твердых частиц.

Коэффициент ε₂=0,58 при δ =25%  

4.2.1 Количество оксидов азота:

коэффициент ε₂=0,58 при δ =25%  

     По  безопасности, потреблению энергии, возможной степени очистки мокрая известняковая технология для данной электростанции является предпочтительной. Степень улавливания SO₂ практически достигает 80 % , также задерживается до 50 % твердых частиц.

В расчетах примем степень улавливания твердых частиц, частиц золы 40 % и оксидов серы – 70 % . 

4.2.2.Количество оксидов серы:

 
 
 
 
 

_{Количество  твердых частиц:}

_{Количество  золы Мз и твердых частиц Мк соответственно тоже уменьшится на 40 %.}

     _{Данные  по выбросам котельной  приведены в таблице 3.} 

Таблица 3

Сводная таблица выбросов котельной, работающей на 8 котлах. 

 

4.3.Расчет  экологического ущерба после  снижения количества выбросов. 

 

     Т.о. за счет снижения количества выбросов в атмосферу мы получаем экономию в размере 138871,41 рублей в год. (В данной работе мы не рассматриваем капитальные и эксплуатационные затраты на применение мокрой известняковой сероочистки и затраты на организацию двухступенчатого сжигания)  

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Семенов С. А. Расчет и контроль загрязнения атмосферы при работе котельных и ТЭС: Учебное пособие. – Братск: Издательство БрГТУ, 2000.
2. Внуков А. К. Защита атмосферы от выбросов энергообъектов: Справочник.- М.: Энергоатомиздат, 1992.

3. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки  промышленных предприятий: Учебник  для вузов.-М.: Энергоатомиздат, 1988.