Расчет выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлах

УО «ПОЛОЦКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ 
 

КАФЕДРА ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ 
 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 
 

по курсу  «Инженерная экология» 

Вариант 21 
 
 
 
 

ВЫПОЛНИЛ     ______________         А.Б. Пахоренко

        (подпись)      

студента     6   курса                группы 06-ТВз-1 

ПРОВЕРИЛ          ______________         В.А. Зафатаев

        (подпись)      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Новополоцк  2011 г. 

ЗАДАЧА  № 1

Расчет выбросов загрязняющих веществ

при сжигании топлива  в котлах 

При сжигании твердого, жидкого и газообразного  топлива выделяются зола (пыль), оксиды углерода, серы, азота, ванадия. Количество загрязняющих веществ в дымовых газах зависит от вида и состава топлива, конструкции топочных устройств и способа сжигания. Расчеты выделения вредных веществ при горении топлива производят по удельным показателям или балансовым методом. Данные методики позволяют установить количество вредных выделений, определить необходимость установки очистных устройств и их эффективность очистки. В контрольной работе расчеты производятся по удельным показателям.

Необходимо  рассчитать  количество загрязняющих веществ  (твердых веществ, оксида серы, оксида углерода, оксида азота, оксида ванадия) при сжигании твердого топлива,  мазута или газа в печах и вагранках.

1.1. Твердые частицы

Расчет  выбросов твердых частиц летучей  золы и недогоревшего топлива (т/год, г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегата в единицу времени при сжигании твердого топлива и мазута выполняется по формуле 

,    (1.1) 

где  – расход топлива, т/год, г/с, (из задания);

 – зольность топлива, % принимается по таблице 1.1;

 – коэффициент, характеризующий содержание горючего и золы в уносе, принимается по таблице 1.2;

 – доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях (в  зависимости от их типа), принимается 0,75 – 0,90.

П_тв=55*28,1*0,0023*(1-0,8)=0,7193 г/с 

1.2. Оксиды серы

Расчет  выбросов оксидов серы в пересчете  на SO₂ (т/год, т/ч, г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегатов в единицу времени выполняется по формуле 

,   (1.2) 

где  – расход твердого и жидкого топлива (т/год, т/ч, г/с);

 – содержание серы в топливе, %, принимается по таблице 1.1;

 – доля оксидов серы, связываемых  летучей золой топлива. Для  сланцев – 0,8; торфа – 0,15; углей – 0,1; мазута – 0,02;

 – доля оксидов серы, улавливаемых  в золоуловителе. Для сухих золоуловителей принимается равной нулю, для мокрых – в зависимости от щелочности орошающей воды (определяется по рис. 1.1).

Рисунок 1.1. Степень  улавливания оксидов серы в мокрых золоуловителях при щелочности орошаемой воды:

1 – менее 10 мг/(моль·л);

2 – менее  5 мг/(моль·л);

3 – менее  2 мг/(моль·л);

- приведенная сернистость топлива 

Величина приведенной  сернистости определяется по формуле: 

,    (1.3)

где  − содержание серы в топливе, %, принимается по таблице 1.1;

        − низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг, принимается по таблице

1.3. Оксид углерода

Расчет  выбросов оксида углерода в единицу  времени (т/год, г/с) выполняется по формуле 

,   (1.4) 

,     (1.5) 

где  – выход оксида углерода при сжигании топлива, (кг/т, кг/тыс.м³);

 – расход твердого и  жидкого топлива (т/год, т/ч,  г/с);

 – потери теплоты вследствие  химической и механической неполноты сгорания топлива, %, принимаются по таблице 1.3;

 – коэффициент, учитывающий  долю потери теплоты вследствие  химической неполноты сгорания  топлива, обусловленной наличием  в продуктах сгорания оксида углерода. Для твердого топлива – 1, для газа – 0,5; для мазута –0,65;

 – низшая теплота сгорания  топлива, (МДж/кг, МДж/м³).

1.4. Оксиды азота

Количество  оксидов азота (в пересчете на NO₂), выбрасываемых в единицу времени (т/год, г/с), рассчитывается по формуле 

,    (1.5) 

где  – расход твердого и жидкого топлива (т/год, т/ч, г/с);

 – низшая теплота сгорания  топлива, (МДж/кг, МДж/м³);

 – параметр, характеризующий  количество оксидов азота, образующихся на 1 ГДж теплоты (кг/ГДж), принимается по рис. 1.2;

 – коэффициент, зависящий  от степени снижения выбросов оксида азота в результате применения технических решений.

Рисунок 1.2. Зависимость 

1 – природный  газ;  2 – антрацит; 3 – бурый уголь;  4 – каменный уголь. 

Расчет выбросов загрязняющих веществ

от  машиностроительных предприятий 

2.1. Литейные цеха

Необходимо  рассчитать выделение вредных веществ (пыли, сернистого ангидрида, оксида углерода и т.д.) при выплавке чугуна и стали.

В качестве плавильных агрегатов используются в основном вагранки открытого и  закрытого типа, дуговые и индукционные печи. Расчет выброса загрязняющего вещества производится по формуле

,    (1.6)

где  — удельное выделение вещества на единицу продукции, кг/т, принимается по табл. 1.4 и 1.5;

D — раcчетная производительность агрегата, т/ч, (из задания);

 — поправочный коэффициент  для учета условий плавки, принимается по табл. 1.6;

 — эффективность средств  по снижению выбросов в долях  единицы (принимается 0,6 − 0,85).

Таблица 1.4

Удельное  выделение загрязняющих веществ q, кг/т, при плавке чугуна 

Таблица 1.5

Удельное  выделение загрязняющих веществ q, кг/т,

из  электродуговых печей при выплавке стали 

Таблица 1.6

Значения  поправочного коэффициента β 

Выделение  вредных веществ при выплавке чугуна

Пыль 

Оксид углерода

Сернистый ангидрид

Оксиды азота 

Углеводороды

Выделение  вредных  веществ при выплавке стали

Пыль 

Оксид углерода

Оксиды азота   
 
 
 

2.2. Участки нанесения лакокрасочного покрытия

В качестве исходных данных для расчета выделения загрязняющих веществ при различных способах нанесения лакокрасочного покрытия принимают: фактический или плановый расход окрасочного материала, долю содержания в нем растворителя, долю компонентов лакокрасочного материала выделяющихся из него в процессе окраски и сушки. Тип распыления принять по последней цифре варианта по таблице 1.7.

Масса веществ, выделяющихся при нанесении лакокрасочного материала на поверхность, кг, определяется по формулам

− в виде аэрозоля краски

     

                                                           (1.9)

где  — масса краски, используемая для покрытия, кг, (из задания);

 — доля краски, потерянной в виде аэрозоля, %, принимается по табл. 1.7;

– в  виде паров растворителя

,    (1.10) 

где  – масса краски, используемая для покрытия, кг, (из задания);

 – доля летучей части (растворителя) в лакокрасочном материале, %, принимается 0,1 – 0,4;

 – доля растворителя, %, выделившегося при нанесении лакокрасочного покрытия.

Масса веществ, кг, выделившихся в процессе сушки окрашенных изделий, определяется исходя из условия, что в этом процессе формирования покрытия происходит практически полный переход легколетучей части лакокрасочного материала (растворителя) в парообразное состояние. 

,    (1.11) 

где  − масса краски, используемая для покрытия, кг, (из задания);

 – доля летучей части (растворителя) в лакокрасочном материале, %, принимается 0,1 – 0,4;

 − доля растворителя, выделившегося при сушке лакокрасочного покрытия, %, принимается по табл. 1.7.

При нахождении массы паров, поступающих в местные  отсосы, необходимо учитывать тот факт, что определенная их часть (2 − 3 % при отсосе, работающем в паспортном режиме) через неплотности укрытий, транспортирующие трубопроводы и проемы, поступает в производственные помещения и удаляется через фонарные проемы или системами общеобменной вентиляции. 
 
 
 
 
 
 
 

РАЗДЕЛ 2. РАСЧЕТ СКРУББЕРА ВЕНТУРИ

Работа  скрубберов Вентури основана на дроблении  воды турбулентным газовым потоком, захвате каплями воды частиц пыли, последующей их коагуляции и осаждении в каплеуловителе инерционного типа.

Простейший  скруббер Вентури (рис. 2.1) включает в себя трубу Вентури (рис. 2.1, б) и прямоточный циклон. Труба Вентури состоит из конфузора служащего для увеличения скорости газа, в котором размещают оросительное устройство, горловины, где происходит осаждение частиц пыли на каплях воды и диффузора, в котором протекают процессы коагуляции, а также за счет снижения скорости восстанавливается часть давления, затраченного на создание высокой скорости газа в горловине. В каплеуловителе, благодаря тангенциальному вводу газа, создается вращение газового потока, вследствие чего смоченные и укрупненные частицы пыли отбрасываются на стенки и непрерывно удаляются из каплеуловителя в виде шлама.

Скрубберы Вентури могут работать с высокой  эффективностью 96 − 98 % на пыли со средним размером частиц 1 − 2 мкм и улавливать высокодисперсные частицы пыли (вплоть до субмикронных размеров) в широком диапазоне начальной концентрации пыли в газе − от 0,05 до 100 г/м³.

Необходимо  рассчитать скруббер Вентури для очистки отходящих газов при технологическом процессе, определить его размеры, эффективность и гидравлическое сопротивление при следующих условиях:

а)          б)

Рисунок 2.1. Скруббер Вентури: а) схема аппарата: 1 –конфузор; 2 - горловина;               3 – диффузор; 4 – трубопровод для подачи воды; 5 – каплеуловитель; б) труба Вентури 

3.1. Необходимая эффективность работы аппарата

,     (2.1)

где  – концентрация пыли в газе на входе и на выходе, г/м³.

3.2. Число единиц переноса

    (2.2)

где   − необходимая эффективность работы аппарата.

3.3. Удельная энергия , затрачиваемая на пылеулавливание, определяется из выражения

,        (2.3)

откуда   

     (2.4)

где  и - принимаются по таблице 2.1 в зависимости от вида пыли или тумана, образующегося при технологическом процессе.

1757

3.4. Общее  гидравлическое сопротивление скруббера  Вентури, Па 

,    (2.5) 

где  – удельный расход  воды на орошение, принимается в пределах 0,0005 – 0,0012 м³/м³;

 – давление воды, кПа.

Па 

3.5. Плотность газа на входе в трубу Вентури при рабочих условиях, кг/м³ 

,         (2.6) 

где  – соответственно плотность, давление и температура газа при нормальных условиях, (из задания).

3.6. Объемный расход газа, поступающего в трубу Вентури при рабочих условиях, м³/с

,    (2.7)

где  – расход газа, м³/ч, принимается по заданию.

3.7. Расход орошающей воды, кг/с

,     (2.8)

где  – то же, что в формуле (2.5);

        − плотность воды, =1000 кг/м³.

3.8. Температура газов на выходе из скруббера Вентури, ^оС

   (2.9)

где  – то же, что в формуле (2.5);

– температура газа при нормальных условиях, принимается по заданию.

3.9. Плотность  газов на выходе из скруббера  Вентури, кг/м³

,   (2.10)

где  – сопротивление трубы Вентури, кПа, (задается произвольно, но оно должно быть меньше гидравлического сопротивления скруббера Вентури, полученного в п. 3.4);

        – разряжение перед газоочисткой, кПа, (из задания).

3.10. Объемный расход газа на выходе  из трубы Вентури, м³/с

    (2.11)

3.11. Диаметр циклона-каплеуловителя, м

,    (3.12) 

где – скорость газа в циклоне-каплеуловителе ( = 2,5 м/с).

Полученную  величину округляют до ближайшего стандартного размера.

3.12. Высота циклона-каплеуловителя, м

     

    (2.13)

3.13. Гидравлическое сопротивление циклона-каплеуловителя, кПа

,    (2.14)

где  – коэффициент сопротивления циклона-каплеуловителя, принимается для прямоточного циклона в размере 30 – 33.