Экологическая экспертиза. 6

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	3
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА	4
2  РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ВЫБРОСОВ  ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ  ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА	11
2.1Расчет выбросов твердых частиц	11
2.2 Расчет выбросов оксида серы	11
2.3 Расчет содержания оксида углерода  в дымовых газах	11
3.4Расчет выброса двуокиси азота.	12
3 АНАЛИЗ  ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В  АТМОСФЕРУ	14
3.1Выявление  веществ, обладающих суммацией вредного  действия, и определение для них приведенных концентраций и массового выброса	14
3.2 Нахождение доминирующего вещества	15
3.3  Расчет нормативно допустимых  выбросов	18
4 АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПРОЕКТИРУЕМОГО  ОБЪЕКТА НА СОСТОЯНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ  СРЕДЫ	22
4.1 Определение коэффициента опасности  предприятия	22
4.2 Выбор и расчет санитарно-защитной  зоны	22
4.3 Расчет концентрации  доминирующего вредного вещества  в заданной точке местности	24
5  РАСЧЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО УЩЕРБА  ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОС- ФЕРНОГО ВОЗДУХА ВЫБРОСАМИ ПРОЕКТИРУЕМОГО ОБЪЕКТА	27
5.1 Определение возможного ущерба  народному хозяйству, расчет количества налогов и штрафов	27
5.2 Определение фактического ущерба  народному хозяйству	29
6 РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА  ОТ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ	31
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	33
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА	34

 

 

 

 

ВЕДЕНИЕ

Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира.

И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические проблемы современности – «парниковый эффект», нарушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы.

Охрана атмосферного воздуха – ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды.

Котельные оказывают существенное влияние на состояние воздушного бассейна в районе их расположения.

Потребляя немалое количество топлива и воздуха, котельная установка выбрасывает в атмосферу через дымовую трубу продукты сгорания, содержащие окись углерода СО, сернистый ангидрид SО2, окислы азота NО и др.

Основное количество углерода выбрасывается в виде углекислого газа СО2 и не относится к числу токсичных компонентов, но в глобальном масштабе может оказать некоторое влияние на состояние атмосферы и даже климат планеты.

Окись углерода является токсичным компонентом, но при рационально построенном процессе горения в топке котла содержание СО в уходящих дымовых газах незначительно.

Главными компонентами, определяющими загрязнение атмосферы в районе расположения котельных, являются сернистый ангидрид SО2 и окислы азота NО и NО2.

В топочной камере образуется в основном окись азота NО.

Однако при ее движении в атмосфере происходит частичное доокисление, вследствие чего расчет ведут на наиболее токсичную двуокись азота.

Другим важным компонентом, загрязняющим атмосферу в районе расположения котельных, работающих на твердых топливах, является летучая зола, но уловленная в золоуловителе.

К чрезвычайно опасным веществам относятся пятиокись ванадия V2О5 и бенз(а)пирен C20ОН12.

Первое соединение образуется в небольших количествах при сжигании мазута.

Бенз(а)пирен может появиться в дымовых газах при сжигании любого топлива с недостатком кислорода в отдельных зонах горения.

Отсутствие элементарного экологического мышления особенно ощутимо сказывается в настоящее время. 

Если на западе существуют программы через реализацию которых в детях с детства закладываются основы экологического мышления, то в России пока не наблюдается существенного прогресса в этой области.

Пока в России не появится поколение с полноценно сформированным экологическим сознанием, не буде заметно существенного прогресса в осмысление и предупреждении экологических последствий деятельности человека.

Основной задачей человечества в современный период является полное осознание важности экологических проблем, и кардинальное их решение в короткие сроки.

Необходимо развивать новые методы получения энергии основанные не на деструктуризации веществ а на других процессах.

Человечество как единое целое должно взяться за решение этих проблем, ведь если ничего не делать Земля скоро прекратит свое существование как планета пригодная для обитания живых организмов.

 

 

 

 

1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

При сжигании органического топлива различают 4 режима горения:

- нейтральное (стехиометрическое или полное  сгорание топлива при коэффициенте  избытка воздуха α=1);

- окислительное (полное сгорание при небольшом  избытке воздуха α>1);

- восстановительное (неполное сгорание при недостатке  воздуха α<1);

- смешанное (окислительно-восстановительное, характерное  для горе-ния твердого топлива при неравномерном взаимодействии поверхностей его частиц с воздухом, когда α>1).

Перечисленные факторы влияют на выброс всех вредных веществ, содержащихся в дымовых газах – золы, оксидов азота, углерода, серы, оксидов ванадия (в основном выделяется пентаоксид ванадия V2О5).

Диоксид углерода и пары воды – основные по массе отходы производства – поступают в атмосферу, включаются в природные циклы и поглощаются растительностью в процессе синтеза органических соединений и регенерации кислорода.

В этом качестве эти отходы нельзя признать вредными. Однако масштабы использования органического топлива и соответственно выброса диоксида углерода по некоторым оценкам превышают регенерационные возможности растительного мира.

В результате в атмосфере наблюдается возрастание удельного веса диоксида углерода (углекислого газа) СО2.

Влияние СО2 выражается не только в токсическом действии на живые организмы, но и в способности поглощать инфракрасные лучи.

При нагревании земной поверхности солнечными лучами часть тепла в виде инфракрасного излучения отдается обратно в мировое пространство.

Это возвращаемое тепло частично перехватывается газами, поглощающими инфракрасное излучение, которые в результате нагреваются.

Если это явление происходит в тропосфере, то с ростом температуры могут происходить климатические изменения (“парниковый эффект”).

По мнению многих ученых, это может привести к ряду катастрофических последствий глобального масштаба, в том числе к таянию ледников, повышению уровня мирового океана и затоплению огромных и наиболее обжитых прибрежных территорий океанов, перераспределению осадков, речного стока и др.

Одна из основных проблем состоит в том, чтобы определить масштабы и временные рамки климатических изменений в результате накопления тепла за счет CO2.

До сих пор еще остается неясным, в какой степени климатические изменения связаны с поглощением инфракрасного излучения в атмосфере.

Все усилия по определению возможного воздействия на климат при увеличении содержания CO2 в атмосфере связаны с выяснением дальнейших изменений, которые будут наблюдаться при достижении концентрации диоксида углерода 0,06 % (об.) (в настоящее время в земной атмосфере содержание СО2 составляет 0,03-0,034 % (об.)). Трудно предсказать, когда будет достигнуто это значение. Если считать, что выбросы CO2 и в дальнейшем будут постоянно возрастать, то эта концентрация будет достигнута около 2050 г.

Если расходование углерода сохранится на современном уровне, то установление концентрации CO2 в атмосфере на уровне 0,06 % (об.) можно ожидать только к 2200 г.

Если же удастся постоянно сокращать потребление природного топлива, то это состояние наступит около 3000 г.

При предсказании возможных изменений климата в результате удвоения содержания CO2 используют модельные расчеты; они чрезвычайно сложны и дают неоднозначные результаты.

Нет уверенности в надежности ряда данных, которые используются при конструировании модели.

К ним, в частности, относится вопрос о количестве CO2, уходящем из атмосферы и растворяющемся в Мировом океане.

При удвоении содержания CO2 в тропосфере изменение климата с повышением температуры становится вполне вероятным, если не происходит никаких компенсирующих процессов, как, например, усиленное поглощение и рассеяние излучения в стратосфере из-за загрязнений в виде пыли и аэрозолей.

Проблема обогащения атмосферы диоксидом углерода не должна рассматриваться изолированно, так как в кругообороте CO2 участвуют и синергические, и антагонистические факторы.

К синергическим факторам относится влияние таких газов, как диоксид серы SO2, оксид азота (I) N20, фторхлоруглеводороды (фреоны), метан СН4 и озон О3.

Водяные пары должны быть исключены из этого рассмотрения, так как, несмотря на локальные различия в распределении над поверхностью планеты, их общая доля в атмосфере практически остается постоянной и не вносит заметного вклада в нагревание земной поверхности.

Другие газы, поглощающие ИК-излучение, вносят приблизительно 50 % по сравнению с общим количеством тепла, накапливаемого за счет диоксида углерода. При оценке так называемого парникового эффекта, вызванного деятельностью человека, необходимо учитывать влияние и этого фактора.

Действие пыли и аэрозолей противоположно действию газов, накапливающих тепло, так как первые уменьшают количество солнечного света, падающего на поверхность Земли.

Недавно учеными было установлено, что углекислый газ, выбрасываемый в больших количествах ТЭС, интенсивно разрушает и озоновую оболочку Земли.

Зола, оксиды серы, азота и многие другие компоненты дымовых газов являются вредными веществами, превышение концентрации которых над санитарными нормами в воздушном бассейне недопустимо.

Количество твердых веществ, выбрасываемых в атмосферу, определяется зольностью топлива, полнотой сгорания горючей массы, глубиной золоочистки.

При горении сера, присутствующая в органическом топливе, превращается в диоксид серы, количество которого определяется сернистостью используемого топлива.

Проблема загрязнения атмосферы сернистым ангидридом приобретает еще большую остроту в связи с трансграничным переносом примесей.

Потоки сернистого ангидрида, измеряемые миллионами тонн в год, пересекают государственные границы, особенно на территории Европы и Северной Америки.

В наиболее неблагоприятном положении оказались страны, расположенные на Востоке и Северо-Востоке Европы, в связи с преобладанием западных потоков воздушных масс в этом регионе.

Страдают леса и озера Скандинавских стран (Норвегия, Швеция). Так на территорию Советского Союза ежегодно попадает 5-10 млн.т, а уходит на Запад 1,5÷2 млн.т.

Оксиды азота образуются при горении за счет окисления азота воздуха только при высоких температурах и за счет азота в топливе, находящегося в сложных органических соединениях, входящих в состав угля и в молекулярном состоянии.

В оксид азота (II) NO переходит 10-30 % топливного азота.

На выходе из дымовой трубы диоксид азота (NO2) составляет 10÷15%, остальные 85÷90% составляет в основном NO.

Далее при движении дымового факела в атмосфере количество диоксида азота увеличивается до 60÷70 %.

Диоксид азота токсичнее, чем оксид.

Если выбросы от автотранспорта производятся на уровне земли, то выбросы энергетических предприятий осуществляются на высоте более 100-300 м.

Это способствует не только дальнему переносу примесей, но и попаданию их в верхние слои атмосферы, в частности в озонный слой, расположенный на высоте 18÷26 км.

В результате сложных реакций в диапазоне температур 700÷800оС при недостаточном количестве кислорода, подаваемого в зону горения, в дымовых газах образуется полициклический углеводород бенз(а)пирен С20Н16, обладающий канцерогенными свойствами.

Агрегатное состояние бенз(а)пирена в дымовых газах – аэрозольное.

Канцерогенными веществами являются химические вещества, воздействие которых на человека вызывает рак и другие опухоли.

При неполном сгорании жидкого топлива в дымовых газах образуются крупнодисперсные, липучие частицы сажи, состоящие преимущественно из углерода.

Сажа способна адсорбировать бенз(а)пирен, в результате чего ее частицы приобретают канцерогенные свойства.

К вредным воздействиям котельной следует отнести и выбросы теплоты, приводящие к тепловому загрязнению окружающей среды.

Энергетический баланс котельной складывается таким образом, что потребителю отдается только 30÷35% энергии, полученной при сжигании топлива.

Примерно 10% теплоты уходит в атмосферу с дымовыми газами, а более 50% отводится в процессе охлаждения конденсаторов турбин либо водой, забираемой из рек или водоемов, либо в градирнях.

Происходящее при этом тепловое загрязнение водоемов при недостаточности защитных мер способно нарушить условия обитания водной флоры и фауны, привести к развитию в водоемах нежелательных биологических процессов (разрастанию сине-зеленых водорослей и т.п.).

Тепловые выбросы воздействуют на окружающую среду, меняя микроклимат в районе ее размещения, а при больших концентрациях мощности могут привести к изменению циркуляции воздушных масс, их температуры и влажности.

Таким образом, участие котельной в загрязнении окружающей среды продуктами сгорания, твердыми отходами и низкопотенциальным теплом значительно.

В городе Советская Гавань находится отопительная котельная на твердом топливе, в которой сжигается уголь  в количестве В=1815т/год.

Котельная имеет трубу высотой H=35м.

В атмосферу при этом выделяются: зола, оксид углерода, двуокись азота, оксид серы.

Цель курсовой работы – экологическая экспертиза данных котельной, т.е. выявление количества выделяемых вредностей и предотвращение нанесения ущерба окружающей среде.

 

 

 

 

2 РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА

2.1Расчет выбросов твердых частиц

Количество золы и несгоревшего топлива (т/год ,г/с),выбрасываемого в атмосферу с дымовыми газами от котлоагрегатов при сжигании твердого топлива

Mт=BAp∙ƒ∙(1-η)

где AР – зольность топлива, %;

η =0,7 – степень очистки газов в золоулавителях

ƒ=0,0026

 

2.2 Расчет выбросов оксида серы

Расчет выбросов в атмосферу окислов серы в пересчёте на SO2 (т/год, г/с) при сжигании твердого и жидкого топлива

где Sp – содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η′so2 – доля окислов серы, связываемых летучей золой топлива (прини-мается при сжигании углей равной 0,1);

η″so2 – доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителях, принимается равной нулю для сухих золоуловителей

 

2.3 Расчет содержания оксида углерода в дымовых газах

Расчет образования оксида углерода в еденицу времени (г/с, т/год)

где Ссо – выход оксида углерода при сжигании топлива

Cco=q3∙R∙Qн

где q3 – потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива.%;

       R=1 – коэффициент, учитывающий долю потерь теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленной наличием в продуктах сгорания оксида углерода;

q4 – потери теплоты вследствие неполноты сжигания топлива

 

 

 

3.4Расчет выброса двуокиси азота.

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

MNO2=0,001∙B∙Qн∙K NO2∙(1-β)

где B – расход натурального топлива за рассматриваемый период времени (г/с,тыс.м3/год, л/с т/год);

Qн – низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг, МДж/м3;

KNO2 – параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1ГДж теплоты, кг/ГДж;

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

Значения   KNO2 определяются по графикам [1,рис 6.2] для различных видов топлива в зависимости от номинальной нагрузки теплогенератора, принимаем

KNO2=0,21

Теплопроизводительность топливоиспользующего оборудования (кВт) опредедяется по формуле

где B – расход топлива, кг/ч, м3/ч;

Qн – теплота сгорания топлива, кДж/кг, кДж/м3

 

 

 

3 АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ

3.1Выявление веществ, обладающих суммацией вредного действия, и определение для них приведенных концентраций и массового выброса

При санитарной оценке воздушной среды регулируются предельно допустимые концентрации (ПДК).

При этом требуется выполнение соотношения

ПДК³С

где С – концентрация вещества в воздухе, мг/м3.

К вредным веществам однонаправленного действия, следует относить вещества, близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека.

Суммацией вредного воздействия обладают двуокись азота (NO2) и сернистый ангидрид (SO2).

Обьём удаляемых дымовых газов

где α – коэффициент, зависящий от класса опасности (α=1,5);

Тд – температура дымовых газов, К

 кг/ч

Концентрации веществ в дымовых газах определяем следующим образом

   

    

   

   

Приведенная концентрация (Сп) к веществу с концентрацией С1 и ПДК1 рассчитывается по формуле

При одновременном выбросе в атмосферу из одного источника нескольких вредных веществ, обладающих суммацией действия, расчеты выполняют после приведения всех вредных к  валовому выбросу Мп одного из них М1

Безразмерный коэффициент

 

 

3.2 Нахождение доминирующего вещества

Для проектируемой котельной согласно данным по выбросу вредных веществ в атмосферу, приведенных в графах 1-8 таблицы 1, рассчитаем максимальное значение параметра П (характеризующего степень воздействия проектируемого объекта на загрязнение атмосферного воздуха).

Определение указанного параметра для каждого вещества из выбросов и каждого источника производят путем расчета требуемого потребления воздуха Lп, м3/с и параметра R по формулам

где  М – количество данного вещества, выбрасываемого источником, г/с;

ПДКм.р. – разовая предельно допустимая концентрация вещества для населенных мест, мг/м3;

Д – диаметр устья источника выброса, м

==0,94м

где Н=35 – высота источника над уровнем земли, м;

Св – концентрация вещества на выбросе из устья источника, мг/м3.

Значение параметра П, м3/с, для каждого вещества определяем по формуле

где m – количество источников объекта, выбрасывающих одинаковое вещество.

Для группы веществ, обладающих суммацией вредного воздействия, параметр П находится как их сумма.

Из всех полученных значений выбирается максимальное и принимается за определяющий параметр П для данного объекта.

- твердые частицы

- оксид серы

- оксид углерода

- двуокись азота

Результаты расчетов приведены в таблице 3.1.

Из расчетов делаем вывод, что доминирующее вредное вещество, обладающее максимальным параметром П из всех веществ, который харак-теризует степень воздействия проектируемого объекта на окружающую среду – оксид серы SO2.

П=6698∙103 м3/с

 

 

Таблица 3.1. Определение доминирующего вещества

№	H, м	Д, м	H+Д	Lд, м3/с	Вещество	ПДКм.р. мг/м3	М, г/с	Lп, м3/с	Св, г/м3	R	П∙103 м3/с
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	35	0,94	0,026	3,32	Тв.частицы	0,5	5,06	10,1∙103	1,52	264,5	2680
2					SO2	0,5	14,6	29,2∙103	4,39	229,4	6698
3					CO	5	2,78	560	0,84	4,37	2,43
4					NO2	0,085	0,9	10,59∙103	0,27	82,99	878,7

 

 

3.3  Расчет нормативно допустимых выбросов

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующей неблагоприятным метеорологическим условиям.

В том числе и опасной скорости ветра.

В зависимости от высоты H устья источника выброса вредного вещества над земной поверхностью они относятся к одному из четырёх классов: высокие H>50м; средней высоты  H=10÷50м; низкие H=2÷10м; наземные  H<2м.

Опасная скорость ветра – это скорость определяемая на уровне 10 м. от земной поверхности, при которой для заданного состояния атмосферы концентрация вредных примесей на уровне дыхания  людей (высота – 2 м) достигает максимальной величины.

Максимальное значение приземных концентраций и входящие в них коэффициенты определяют в зависимости от параметров f, υм, υ’м, fе.

Из формулы для скорости выхода газовых выбросов из устья  трубы

выражаем диаметр устья трубы

 

 

Вычисляем вспомогательный параметр – f

где ω0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника, м/с;

Δt – разность между температурой выброса и окружающим воздухом

Так как f<100 и Δt=139>0, то расчет ведём по формулам для нагретых газов.

Находим параметр υм и опасную скорость ветра ω

где L – количество выброса в атмосферу, м3/с

 

Так как

0,5< υм≤2

то

ω= υм =1,54м/с

Определяем коэффициенты F, n, m и вычисляем максимальную приземную концентрацию вредности.

 где F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорсть оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газов F=1)

  m и  n – коэффициенты , учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника.

Коэффициент m определяют в зависимости от f

- при f<100

Коэффициент n при f<100 определяют в зависимости от υм

- при   0,5≤υм<2 его определяют по формуле

Так как υм=1,54м/с, то условие выполняется

Значение НДВ для одиночного источника в случае, когда f<100  определяют по формуле