Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Визначення концентрації забруднень механічного цеху

Курсова робота

з дисципліни: «Моделювання та прогнозування стану навколишнього середовища.»

на тему:

«Визначення концентрації забруднень механічного цеху»

Виконала: студентка гр.3271

Богдан А.В

Перевірив викладач:

Магась Н. І.

Миколаїв 2010

Зміст роботи

ВСТУП

Загальна характеристика забруднень атмосфери.

РОЗДІЛ 1

Загальна характеристика виробництва.

1.1. Загальна характеристика котлоагрегатів.

1.2. Види палив, що використовуються в котельнях.

1.3. Описання технологічних процесів.

РОЗДІЛ 2

Характеристика якісного та кількісного складу викидів виробництва .

2.1. Теплоелектроцентралі.

2.2. Вплив ТЕЦ на навколишнє природне середовище.

РОЗДІЛ 3

3.1. Метеорологічні характеристики, що впливають на розсіювання домішок в атмосфері.

3.2. Коефіцієнти та параметри, що впливають на розсіювання домішок в атмосфері для міста Миколаєва.

РОЗД ІЛ 4

Розрахунок максимальної приземної концентрації забруднюючих речовин.

ВИСНОВОК

ЛІТЕРАТУРА

ДОДАТОК

Вступ

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАБРУДНЕНЬ АТМОСФЕРИ

Атмосфера завжди містить певну кількість домішок, що поступають від природних і антропогенних джерел. До числа домішок, що виділяються природними джерелами, відносять: пил (рослинного, вулканічного, космічного походження, виникаюча при ерозії ґрунту, частинки морської солі); туман, дими і гази від лісових і степових пожеж; гази вулканічного походження; різні продукти рослинного, тваринного і мікробіологічного походження та ін.

Природні джерела забруднень бувають або розподіленими, наприклад випадання космічного пилу, або короткочасними стихійними, наприклад лісові і степові пожежі, виверження вулканів і т. п. Рівень забруднення атмосфери природними джерелами є фоновим і мало змінюється з часом.

Стійкіші зони з підвищеними концентраціями забруднень виникають в місцях активної життєдіяльності людини. Антропогенні забруднення відрізняються різноманіттям видів і чисельністю джерел. Якщо на початку ХХ ст. у промисловості застосовувалося 19 хімічних елементів, то у середині століття промислове виробництво стало використовувати близько 50 елементів, а в 70 – х роках – практично всі елементи таблиці Менделєєва. Це істотно позначилося на складі промислових викидів і привело до якісно нового забруднення атмосфери, зокрема, аерозолями важких і рідкісних металів, синтетичними з'єднаннями, що не існуючими і не утворюються в природі, радіоактивними, канцерогенними, бактеріологічними і іншими речовинами.

Особливо гострою проблема забруднення атмосфери стала в другій половині ХХ ст., тобто в період науково – технічної революції, що характеризується надзвичайно високими темпами зростання промислового виробництва, вироблення і споживання електроенергії, випуску і використовування у великій кількості транспортних засобів.

Основне забруднення атмосфери створюють ряд галузей промисловості, автотранспорт і теплоенергетика. Їх участь в забрудненні атмосфери розподіляється таким чином, %: чорна і кольорова металургія, нафтовидобуток і нафтохімія, підприємства будматеріалів, хімічна промисловість – 30; автотранспорт – 40; теплоенергетика – 30.

Найпоширенішими токсичними речовинами, що забруднюють атмосферу, є: оксид вуглецю, діоксин сірки, оксиди азоту, вуглеводні та пил.

Зразковий відносний склад шкідливих речовин в атмосфері великих промислових міст, %: СО – 45, SОx – 18, CnHm – 15, пил – 12, NOx – 10.

Окрім СО, SОx, NOx, CnHm і пил в атмосферу викидається інші токсичні речовини. Так, наприклад, вентиляційні викиди заводів електронної промисловості містять пари плавикової, сірчаної, хромової та інших мінеральних кислот, органічні розчинники і т. п. В даний час налічується більше 500 шкідливих речовин, що забруднюють атмосферу, їх кількість все збільшується.

Розділ 1

Загальна характеристика котлоагрегатів.

Котельна установка – пристрій, призначений для виробництва теплоти у вигляді пари або гарячої води заданих параметрів для енергетичних, технологічних або опалювальних цілей. Котельна установка складається з котлоагрегату і допоміжного обладнання.

Котельний агрегат (котлоагрегат) включає топкові пристрої, теплообмінні поверхні для використання теплоти димових газів, каркас, обмурівку, сходи, арматуру та інше.

Допоміжне обладнання – димососи, вентилятори, живильні насоси, водопідготовка, паливо підготовка, системи паливоподачі, золо- і шлаковидалення.

Котельні установки в залежності від характеристик поділяють на:

за розміщенням:

окремо розміщені;

кришкові;
вбудовані в споруду другого призначення;
блоково-модульного виконання;
рамні на піддонах;

за типом використовуваного палива:

газові;
рідкопаливні ( дизельне паливо, відпрацьоване масло, мазут);
твердопаливні (працюють на твердому паливі. В якості твердого палива використовується буре та кам'яне вугілля, дрова, кокс, торф, солома, лушпайки сонячника, брикети та гранули (палети) — пресовані відходи деревени. Часто котельні, що працюють на
твердому паливі, встановлюють виробничі фірми, що займаються деревообробкою, у яких є в великих кількостях дерев'яні відходи, які можна використовувати в якості палива. Приготування палива у цьому випадку пов'язано з подрібненням що подаються на спалювання відходів, а так само їх підсушування до потрібного вологовмісту);
комбіновані ( в таких котельнях присутні два види палива і відповідно два комплекси подачі палива. Найчастіше котли забезпечуються комбінованими пальниками, що працюють на природному газі і на дизельному паливі. При цьому одне вид палива визначається як основний, а інший як резервний або аварійний.);

за типом встановлених котлів:

парові (з виробництвом водяної пари);
водогрійні (відпуск гарячої води);
комбіновані (відпуск і пари і гарячої води);

за призначенням теплового навантаження:

опалювальні (опалювання, вентиляція, гаряче водопостачання);
виробничі (пара і гаряча вода для технологічних споживачів);
змішані (забезпечення опалювальної і виробничої функцій);

за категоріями надійності відпуску тепла:

першої категорії — котельні являються єдиним джерелом тепла споживачів першої категорії (не допускаючих перерв в подачі розрахункової кількості теплоти);
другої категорії — котельні призначені для споживачів тих, що

допускають зниження відпустки тепла на період ремонту, але не більше 54 годин;

третьої категорії — всі інші споживачі;

На теплових та атомних електростанціях і теплоелектроцентралях котельні установки є паровими, оскільки електроенергія виробляється в парових турбінах. Для технологічних потреб промислових підприємств також основним теплоносієм є водяна пара. Гаряча вода як теплоносій використовується переважно в теплофікаційних системах (опалення, гаряче водопостачання, вентиляція).

В даному курсі переважна увага буде приділена основному елементу котельної установки – котлоагрегату.

Парогенератори (парові котлоагрегати) по тиску пари, що відпускається, поділяють на : високого тиску (140…240 бар); середнього тиску (40…140 бар); низького тиску (до 40 бар).

Для виробництва пари використовують конденсат із паро використовуваних установок, хімічно очищену воду або дистилят.

Рисунок 1. Схема котлоагрегата НТКШ з використанням ППС

Позначення:

1 — ППС;

2 — пиловід;

3 — бункер вугільного пилу;

4 — бункер твердого палива;

5 — пластівчастий живильник;

6 — економайзер;

7 — циклон;

8 — димотяг;

9 — дуттьовий вентилятор;

10 — дуттьовий вентилятор ППС;

11 — золовидаляючий пристрій;12 — повітророзподільна решітка;

13 — агрегат НТКШ;

14 — вимірювальний перетворювач тиску;

15 — вимірювальний перетворювач розрідження;

16 — контур теплоносія.

1.2. Види палив, що використовуються в котельнях.

Міні-котельні на твердому паливі.

Північні країни дуже мало використовують природний газ через велику малозаселену територію – трубопровід прокладати і обслуговувати невигідно. Їхні будинки дуже добре теплоізольовані, а для їх обігріву вони використовують три види палива: електрику, спеціальну солярку і дерево – дрова/брикети/тирсу/щепу. Перші два нам не підходять через високу ціну. Дерево росте само. Для щепи використовуються гілляки, переважно 5-річні насадження верби. Можна використовувати ресурси лісу, лісосмуг, парків – при прорідженні у нас це спалюється на місці або гниє. Їхнє обладнання працює за принципом: засипав бункер паливом, увімкнув котел, задав температурний режим – далі працює воно само. Виробники схожого обладнання в Україні: «Ясень», «Ройек» - Чехія, експортується і «Київавтоматика».

Використання біопалива в котельнях.

Існує багато котельних систем різних розмірів, що працюють на біомасі від маленьких домашніх пічок із ручним завантаженням - аж до повністю автоматизованих систем з автоматичним розпалюванням продуктивністю до 100 МВт. Існують два види обладнання для систем централізованого теплопостачання, що працюють на деревині, потужністю 400 кВт: домашні пічки і котли та промислові печі для спалювання деревини. У приватних будинках найбільш зручними і розповсюдженими є пелетні котли

(на гранульованому біопаливі) потужністю 15-50 кВт. Ці системи легкі в експлуатації і потребують мінімального догляду, їх також легко комбінувати із сонячними панелями та баками-акумуляторами. Станції середнього розміру (200 кВт-10 МВт), що спалюють тріски та дрова, є найбільш розповсюдженими та економічними системами для місцевих систем опалення, офісів, готелів та інших будівель. Великі станції потужністю понад 10 МВт здебільшого спалюють солому, відходи деревини та сільського господарства. Такі системи часто комбінують з ТЕЦ і використовують для опалювання великих районів або для теплопостачання виробничих процесів.

1.3. Описання технологічних процесів.

Сучасна котлова установка являє собою складне технічне спорудження. Вона складається з котлового агрегату і допоміжного котлового устаткування, розміщеного в приміщенні котельні чи поза нею яке призначено для виробництва пари з необхідними параметрами для готування гарячої води, чи того й іншого одночасно.

До складу котлового агрегату входять: паровий (водогрійний) котел, топка, паро нагрівач, водяний економайзер, повітропідігрівник, обмуровування, каркас зі сходами і площадками, а так само арматура і гарнітура.

До допоміжного устаткування відносяться: тягодутьові і живильні пристрої, устаткування водопідготовки, паливоподачі, а також контрольно -вимірювальні прилади і системи автоматизації.

Технологічний процес одержання пари здійснюється в наступній послідовності. Паливо за допомогою газомазутних пристроїв вводиться в топку, де воно і згоряє. Повітря, необхідне для згоряння палива, подається в топку дутьовим вентилятором при штучній тязі чи відсмоктується через колосникові ґрати — при природній тязі.

Для поліпшення процесу згоряння палива і підвищення економічності роботи котлоагрегата повітря перед подачею в топку попередньо підігрівається димовими газами в повітропідігрівнику.

Димові гази, віддавши частину свого тепла радіаційним поверхням нагрівання, розміщеним у топковій камері, надходять у конвективну поверхню нагрівання, прохолоджуються і димотягом видаляються через димар в атмосферу.

Сира водопровідна вода проходить через катіонітові фільтри, зм'якшується і далі надходить у деаераційну колонку, де з неї видаляють агресивні гази (02 і СО2) і стікає в бак деаерованної води. З бака живильної води вона живильним насосом подається в паровий котел.

Пройшовши по поверхнях нагрівання, вода випаровується і під робочим тиском пари збирається у верхньому барабані. З котла пар подається в загалькотловий паровий колектор і відтіля подається споживачам.

По призначенню котлові установки розділяються на опалювальні, виробничо-опалювальні й енергетичні.

Розділ 2.

2.1 Теплоелектроцентралі.

Теплоелектроцентра́ль (ТЕЦ) — електростанція, що використовує пару, котру отримують в парогенераторі для вироблення електроенергії і теплофікації споживачів.

Частина пари для споживачів відбирається після того як частина енергії пари буде використано для приведення у рух парової турбіни і параметри її зменшаться. Інша частина пари використовується в турбіні і поступає в конденсатор. Відібрана гаряча вода і пара поступає до споживачів системою трубопроводів.

Загальний вигляд.

Теплові електростанції - одне з найбільших джерел забруднення атмосфери, бо, крім головних продуктів згоряння, вуглецю й водню, що не є токсичними, в атмосферу викидаються оксиди сірки: сірчистий SO2 і сірчаний SO3 ангідрид, оксиди азоту: оксид NO та діоксид NO2, деякі фтористі сполуки, чадний газ CO та його супутник бензопірен C20H12, вуглеводні: метан CH4 та етилен C2H4, п'ятиокис ванадію V2O5, солі натрію та інші. Більшість цих продуктів токсичні і навіть у незначних концентраціях шкідливо впливають на людину, тваринний і рослинний світ. Поряд з цим шкідливий вплив ТЕЦ виявляється у шлейфах пилу й диму, які скорочують ультрафіолетову радіацію і видимість, засоленості і замазученості води.

Однак у потужних ТЕЦ є і переваги. З їх введенням в дію ліквідуються джерела шкідливих викидів, розташовані безпосередньо в місцях мешкання людей. А саме, сотні дрібних неекономічних котелень з димовими трубами малої висоти, що не мають потрібних технічних засобів, вимірювальних приладів контролю та автоматики для контролю і зниження кількості шкідливих викидів в атмосферу.

Кількість і характеристика шкідливих викидів ТЕЦ в атмосферу залежить від використовуваного палива.

При спалюванні твердого палива викидаються:

оксиди сірки SOх: SO2, SO3 (до 5 %);
оксиди азоту NOх: NO, NO2 (2-5 % від загального вмісту NOх);
продукти неповного згоряння: CO, C20H12, CH4, C2H4, зола з частинками недогорілого палива;
оксиди ванадію: V2O5;
незначна кількість фтористих сполук.

При спалюванні мазуту викидаються:

оксиди сірки SOх: SO2, SO3 (до 5 %) ;
оксиди азоту NOх: NO, NO2 (2-5 % від загального вмісту NOх);
продукти неповного згоряння: CO, C20H12, CH4, C2H4, сажа;
оксиди ванадію: V2O5;
речовини, що видаляються із зовнішніх поверхонь нагрівання при очищеннях.

При спалюванні природного газу викидаються:

оксиди азоту NOх: NO, NO2;
продукти неповного згоряння: CO, C20H12.

Кількість SO2, що утворюється при спалюванні мазуту, вдвічі більша, ніж при спалюванні твердого палива.

Основним паливом ТЕЦ є природний газ, а резервним – мазут. Співвідношення між іх долями в річному обсязі використання палива на ТЕЦ відображено на графіку нижче.

Рис.1 Співвідношення між долями природного газу і мазуту в річному обсязі.

Наступні два графіки відображають динаміку зміни кількості шкідливих речовин, що викидаються ТЕЦ в атмосферу.

Рис.2 Динаміка зміни кількості окислів сірки.

Рис.3 Динаміка зміни кількості окислів азоту.

РОЗДІЛ 3

3.1. Метеорологічні характеристики, що впливають на розсіювання домішок в атмосфері

Метеорологічні умови впливають на перенос і розсіювання домішок в атмосфері. Найбільший вплив робить режим вітру й температури (температурна стратифікація), опади, тумани, сонячна радіація. Вітер може впливати на процес розсіювання домішок залежно від типу джерела й характеристики викидів. Якщо вихідні гази перегріті щодо навколишнього повітря, то вони мають початкову висоту підйому. У зв'язку із цим поблизу джерела створюється поле вертикальних швидкостей, що сприяють підйому смолоскипа й віднесенню домішок нагору. Цей підйом обумовлює зменшення концентрацій домішок на землі. Ця концентрація убуває й при дуже сильних вітрах, однак це відбувається за рахунок швидкого переносу домішок у горизонтальному направленні. У результаті найбільші концентрації домішок у приземному шарі формуються при деякій швидкості, що називають "небезпечна".

Якщо температура навколишнього повітря знижується з висотою, нагріті струмені повітря піднімаються нагору (конвекція), а замість них опускаються холодні. Такі умови називаються конвективними.

Якщо вертикальний градієнт температури буде негативним (температура зростає з висотою), то вертикально, що піднімається потік, стає холодніше навколишніх мас і його рух загасає. Такі умови називаються інверсійними.

Якщо підвищення температури починається безпосередньо від поверхні землі, інверсію називають приземною, якщо ж з деякої висоти над поверхнею землі - піднятою. Інверсії затрудняють вертикальний повітрообмін і розсіювання домішок в атмосфері.

Для стану атмосфери в містах найбільшу небезпеку представляє приземна інверсія в сполученні зі слабкими вітрами, тобто ситуація "застою повітря".

Тумани на зміст забруднюючих речовин в атмосфері впливають у такий спосіб. Краплі тумана поглинають домішки, причому не тільки що поблизу підстилающої поверхні, але й з вище лежачих, найбільш забруднених шарів повітря. Внаслідок цього концентрація домішок сильно зростає в шарі тумана й зменшується над ним. Розчинення сірчистого газу в краплях тумана приводить до утворення сірчаної кислоти.

Опади очищають повітря від домішок. Після тривалих інтенсивних опадів високі концентрації домішок в атмосфері практично не спостерігаються.

Сонячна радіація обумовлює фотохімічні реакції в атмосфері з утворенням різних вторинних продуктів, що володіють часто більше токсичними властивостями, чим речовини, що надходять від джерел викидів. Таким чином, відбувається окислювання сірчистого газу з утворенням сульфатних аерозолів.

3.2. Коефіцієнти та параметри, що впливають на розсіювання домішок в атмосфері для міста Миколаєва:

1. Середня температура самого жаркого (+23,1 С ) та самого холодного місяців (-2,3 С);

2. Коефіцієнт рельєфу місцевості - ;

3. Коефіцієнт стратифікації атмосфери міста Миколаєва знаходиться південніше Пн широти, тому А= 200;

4. Повторюваність напрямку вітру та повторюваність штилів для м.Миколаєва [%]

Північ - 15%

Пн-Сх - 21

Схід – 11

Пд-Сх – 8

Південь -12

Пд-Зх – 12

Захід – 7

Пн-Зх – 14

Штиль – 8

Протягом року в Миколаєві переважає вітер Пн-Сх напрямку у літні місяці та у вересні багато вітрів Пн-Зх та Зх напрямку.

Середньорічна швидкість вітру - = 11 м/с.

Найменша швидкість вітру спостерігається у літні та ранні осінні місяці.

РОЗДІЛ 4

Завдання:

Визначити максимальну приземну концентрацію забруднення речовин та встановити їх значення по мірі віддалення від підприємства, якщо відомо, що речовини викидаються з джерела:

H=40м;

D=1,2м;

Параметри газоповітряної суміші:

t°=100°C;

W_о=8м;

З джерела викидаються речовини: М

зола – 4 г/c;

СО – 1,9 г/c;

NO₂ – 2,0 г/c;

Розрахунок розсіювання у приземному шарі атмосфери забруднюючих речовин, що містяться у викидах промислового підприємства проводимо за методикою ОНД-86. Вона призначена для вирішення практичних завдань пов'язаних з прогнозом забруднення атмосферного повітря на основі розв'язання рівняння турбулентної дифузії. Згідно з методикою значення максимальної приземної концентрації речовин можна визначити за формулою, що викидаються з точкового джерела:

де А – коефіцієнт , який залежить від температурної стратифікації атмосфери. Значення цього коефіцієнта відповідає несприятливим метеорологічним умовам, при яких концентрація шкідливих речовин в атмосферному повітрі максимальна і приймається:

А=160 – для території України північніше 50° пн.ш.;

А=180 – для джерел у зоні від 50° до 52° пн.ш.;

А=200 – південніше 50° пн.ш.;

Для Миколаївської області ми приймаємо А=200.

де М – маса шкідливих речовин, що викидаються в атмосферу за одиницю часу, г/c;

З джерела викидаються речовини:

зола – 4 г/c;

СО – 1,9 г/c;

NO₂ – 2,0 г/c;

де F – безрозмірний коефіцієнт, який враховує швидкість осідання шкідливих речовин в атмосферному повітрі.

Значення цього коефіцієнта приймається:

для газоподібних речовин і дрібнодисперсних аерозолів , швидкість осідання яких практично дорівнює нулю, F=1;
для решти аерозолів при ефективності очищення викидів не менше 90% F=2;
від 75-90% F=2,5;
якщо менше 75% або при відсутності очищення F=3.

Отже, в нашому випадку ми приймаємо F=1.

де m і n - це коефіцієнти, які враховують умови виходу газоподібної суміші з джерела викиду.

де - безрозмірний коефіцієнт, що враховує вплив місцевості рельєфу на розсіювання домішок. У випадку рівної місцевості або якщо місцевість має перепадами висоти не більше 50м на 1км, цей коефіцієнт набуває значення 1.

Для нашої місцевості беремо значення

H – висота джерела викиду над рівнем Землі.

Коефіцієнт К визначається за формулою:

T – різниця між температурою газоповітряної суміші і температурою навколишнього середовища.

При визначенні приймається температура атмосферного повітря, що дорівнює середній максимальній температурі самого жаркого місяця року.

∆Т = Тг - Та

Tхол = -2,3°C, T жарк.= 23,1°С;

∆Т = Тг – Та

∆Т = 25º - 23,1º = 1,9ºС

D – діаметр отвору джерела викиду;

W° - середня швидкість виходу газоповітряної суміші, м/c;

V₁ – об’ємний вихід газоподібної суміші, м;

Значення m і n визначаються в залежності від параметрі f, υm, υm’, fe, визначаються за формулою:

Значення коефіцієнта m в залежності від f 100;

При f100 коефіцієнт n визначається залежно від за формулами:

n =1 при >2;

n =0,532*-2,13*+3,13 при 0,5 2;

Тоді n = 0.1848

m = 0.1494

Визначаємо значення максимальної приземної концентрації речовин, що викидаються з точкового джерела:

Відстань від джерела викиду, на якій приземна концентрація досягає максимального значення можна визначити за формулою:

Де безрозмірний коефіцієнт d при f100 розраховують за формулами

1) при ;

2) при

3) при

при f>100 або T0 (умова холодного викиду) значення d знаходять за формулами:

d = 0,5 при ;
d =11,4 при
d =16 при

Визначення концентрації забруднень механічного цеху 📙 Курсовая → 🆔 50956