Постоянно усиливающееся загрязнение атмосферы связано с интенсивным развитием промышленности и энергетических производств, сопровождающимся все возрастающими объемами расходования невосполнимых

Введение

Постоянно усиливающееся загрязнение атмосферы связано с интенсивным развитием промышленности и энергетических производств, сопровождающимся все возрастающими объемами расходования невосполнимых природных ресурсов. В настоящее время во многих промышленно развитых странах и особенно в индустриальных центрах уровни загрязняющих выбросов превышают величины, к которым могут адаптироваться организм человека и биосфера в целом. Это привело к уничтожению обширных лесных массивов, снижению производительности сельского хозяйства, создало угрозу здоровью целых народов. Известны случаи экологических катастроф с человеческими жертвами, явившихся стечением чрезвычайно неблагоприятных обстоятельств. При этом можно говорить о последствиях разрушения окружающей среды, которые выходят за пределы не только промышленных регионов, но даже стран. При дальнейшем развитии этих процессов можно ожидать, что в скорее они приобретут глобальное значение.
Одной из важнейших проблем при охране окружающей среды является защита воздушного бассейна от чрезмерных загрязнений. Следовательно, развитие новых технологических процессов должно быть сбалансировано с разработкой технологии и аппаратуры, предотвращающих выбросы в атмосферу либо ограничивающих их до допустимых уровней. Лишь в этом случае дальнейшее экономическое развитие промышленных регионов не будет лимитировано факторами, воздействующими на сохранность окружающей среды.

Быстрое развитие технологии защиты атмосферы в последнее десятилетие обусловлено не только увеличением загрязнения атмосферы, но и изменением исходных критериев ее защиты, диктуемых переоценкой подходов к использованию топливных и сырьевых материалов, а также расширяющимся международным содружеством, примером которого может служить Общеевропейская Конвенция по вопросам дистанционного загрязнения атмосферы.

1.Исходные данные

Рассматриваемая котельная располагается в г. Борисоглебск, водогрейные котлы работают на газе.

В соответствии с нагрузкой в 4 МВт подбираем необходимое количество котлов, равное 2 марки КВА-2-95.Теплопроизводительность одного котла равна 2,32 МВт, КПД=92,6%. Расход топлива равен 548м³ /ч, t на выходе=95°С,

t на входе= 70°С, рабочее давление = 0,7 МПа. Масса одного котла 8,5т

Таблица1

Исходные данные для расчета

Компонент топлива	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	N2	CO2
Процентное содержание компонента	92,8	3,9	1,1	0,4	0,3	1,5	0,1

Низшая теплота сгорания топлива Q^с_н=37,31 МДж/кг(8910) ккал/кг.

2.Определение расхода топлива

Для определения количества загрязняющих веществ, содержащихся в продуктах сгорания, необходимо знать расход сжигаемого топлива, который определяется по известным технологическим характеристикам котла и сжигаемого топлива: типу и теплопроизводительности котла, его КПД брутто, теплотворной способности топлива. Расход топлива рассчитывается по формуле

(1)

Где Q_к- фактическая теплопроизводительность котла;

Q_р^р- распологаемая теплота топлива, равная теплотворной способности топлива с учетом теплоты, вносимой в топку извне;

Q_р^р = Q_н^с=37,31 ккал/кг;

h_ка^бр- КПД котла, равный 92,6%=0,93

Расчетный расход топлива В_р определяется с учетом потерь теплоты от механического недожога:

, (2)

В_р=В; В_р=0,13 кг/ч

Удельный объем продуктов сгорания V_Г=V⁰_Г+1,0161*(α_ср-1)V⁰_B,

Где V⁰_Г, V⁰_В – теоретические объемы сухих продуктов сгорания и воздуха соответственно;

α_ср – средний коэффициент избытка воздуха в соответствующем газоходе:

V_Г=11,16+1,0161*(1,3-1)*9,96=14,2нм³/кг

3.Определение газовых выбросов котельной

3.1. Расчёт выбросов оксидов азота при сжигании мазута

Суммарная масса оксидов азота NO_x, г/с, т/год, выбрасываемых в единицу времени в атмосферу с дымовыми газами, в пересчёте на NO₂ рассчитывается

по формуле:

M_NOX= B_p*Q^p_p*K^r_NO2* β_к *β_T*β_α*(1-β_r) *(1-β_δ)*K_П,

M_NOX=0,13•37,31•0,05•1,6•1•1,154•(1-0,8) •(1-0,0044) •1=0,003 (г/с), (т/год) (12)

где K ^r_NO2– определяется для водогрейных котлов на газообразном топливе:

(14)

βт=1+0,002•(t _гв -30)=1+0,002•(38-30)=1,016

β_α=0,577•

β_r=0,16•

β_б =0,022•б=0,022•0,2=0,0044

3.2 Расчёт выбросов оксидов углерода

Расчёт массы выбросов оксида углерода М_со в единицу времени выполняется по формуле

М_со=10^-3×В_р×С_со×(1-q₄/100)×k_n (21)

где С_со –выход оксидов углерода при сжигании топлива, г/кг.

С_со=q₃×R×Q_н^р=0,2×0,5×37,31=3,731 кг/т (22)

q₃=0,5- потери теплоты в следствие химической неполноты сгорания топлива, %

q₄ –потери теплоты вследствие механической не полноты сгорания топлива, %

R- коэффициент, учитывающие долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную наличием оксида углерода в продуктах неполного сгорания принимается для твёрдого топлива R=1

М_со=0,001×0,13×3,731(1-0/100)×1=473,09=0,4×10^-3 г/с

4.Расчет концентраций бенз(а)пирена в уходящих газах котлов

4.1 Расчет концентрации бенз(а)пирена при сжигании природного газа в водогрейных котлах малой мощности

Концентрация бенз(а)пирена, мг/м³, в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны водогрейных котлов малой мощности определяется по формуле:

для α_т > 1,25 и q_ᶹ =250-500 кВт/м³

С_БП =10^-6•R•(0,31•q_ᶹ -5)•К_Д •К_Р•К_СТ •exp[-3,5•(α_т-1)]

К_Д =(Д_н/Д_ф)^1,2=(4,64/4) ^1,2=1,07

С_БП =10^-6•702,2•exp(-4,375)=8,42•10^-6мг/м³

5.Расчёт рассеивания выбросов

5.1.Расчёт загрязнения атмосферы выбросами одиночного источника

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества С_м,кг/м³, при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метереологических условиях на расстоянии х_м м, от источника и определяется по формуле

(45)

где A-коэффициент, зависящий от температуры стратификации атмосферы;

М- масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F- безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

m,n-коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

H-высота источника выброса над уровнем земли (для наземных источников при расчёте принимается H=30м;

h- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; в случае ровной местности h=1;

DТ- разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в ,°С;

DТ=Т_Г-Т_В=180-38=142,°С;

V₁- расход газовоздушной смеси,м³/с, определяется по формуле

(46)

где D – диаметр устья источника выброса, м

=0,48;

L_д.т.=W_o×F; отсюда следует:

F= W_o/L=1

L_д.т.=V_р×В_р=14,19*0,13=1,84 м³/ч

w_o- средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Значение коэффициента A, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным:A=140

При определении значения Т, °С следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха Т_в, °С, равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца по СНиП 23-01-99, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г=от 140 до 200, °С,- по действующим для данного производства технологическим нормативам.

Значение безразмерного коэффициента F принимаем F=1- для мелкодисперстных аэрозолей при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов от 75-90%

Значения коэффициентов m,n определяются в зависимости от параметров f,u_м, u_м^¢,f_e:

(47)

(48)

(49)

(50)

Коэффициент m определяется в зависимости от f по формуле

m=1/(0,67+0,1f^1/2+0.34f^1/3) при f<100 (51а)

m=1,03

Коэффициент n при f<100 определяется в зависимости от 0,5£u_м<2 по формуле

n=0,532u²_м-2,13u_м +3,13=1,23, т.к. u_м ≤ 2 (52б)

Расстояние x_м,м,от источника выбросов, на котором приземная концентрация С, мг/м³, при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения С_м, определяются по формуле

X_м=[(5-F)/4]dH (55)

где безразмерный коэффициент d при f<100 находится по формуле при 0,5£u_м<2 d=4,95×u_м (1+0,28f_е^1/3) (56б)

d=4,95×1,33(1+0,28×6,4^1/3)=7 (56б)

X_м=[(5-1)/4]7×30=210

Значение опасной скорости u_m,м/с, на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ С_м,в случае f<100 определяется по формуле при u_м>2

u_m= 5,4 (58абв)

Определяем максимальное значение приземной концентрации оксидов азота:

Определяем максимальное значение приземной концентрации бенз(а)пирена:

Определяем максимальное значение приземной концентрации оксидов углерода:

5.2 Выбор высоты дымовой трубы

Выбор высоты дымовой трубы производится при выполнении следующих условий:

- для природного газа: C_NOx/C_{NOx, ПДК}+ С_БП/С_{БП, ПДК}≤1; (76)

0,02<1

6. Расчет концентрации загрязняющих веществ по оси факела

При опасной скорости ветра u_м приземная концентрация вредных веществ С, мг/м³, в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях х, м, от источника выброса определяется по формуле

С=s₁C_м (77)

Таблица 2

Расчет концентраций загрязняющих веществ по оси факела

Х,м	х/хм	s1	C^NOxx•10^-4,мг/м^3	C^COx•10^-4,мг/м^3	C^бпx•10^-^6,мг/м^3
	0,24	0,31	0,03	0,02	2,6
	0,47	0,63	0,07	0,05	5,3
	0,7	0,95	0,114	0,07	7,9
	0,95		0,12	0,08	8,42
			0,12	0,08	8,42
	1,95	0,75	0,09	0,06	6,31
	2,9	0,53	0,06	0,04	4,46
	3,8	0,4	0,05	0,03	3,3
	4,8	0,28	0,03	0,02	2,3

7.Расчет концентрации загрязняющих веществ перпендикулярно оси факела

Значение приземной концентрации вредных веществ в атмосферу с_у,мг/м³, на рас стоянии у,м, по перпендикуляру к оси факела определяется по формуле

с_у=s₂×c_см (21)

где s₂-безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от скорости ветра u, м/с, и отношения у/х по значению аргумента t_y:

t_y=uy²/x² при u≤5 (22)

по формуле

s₂=1/(1+5 t_y+12,8 t_у²+17 t_y³+45,1 t_y⁴)² (23)

Задаёмся интервалами значений у через 20 м. Точка у=0 означает, что мы будем строить график концентрации загрязняющих веществ перпендикулярно оси факела в точке х=х_м

Таблица 3

Расчет концентрации загрязняющих веществ перпендикулярно оси факела

у,м	ty	S2	Cу^NOx,мг/м^3´10^-2	Cу^CO,мг/м^3´10^-2	Cу^БП,мг/м^3´10^-6
					8,42
	0,05	0,6	7,2	4,8	5,05
	0,18	0,16		1,2	1,34
	0,4	0,02	0,2	0,16	0,16
	0,72	0,006	0,07	0,048	0,05
	1,13	0,00007	0,0008	0,0006	0,006

Список литературы

1.Ерёмкин,А.А. Нормирование выбросов загрязняющих веществ в атмосферу /А.А. Ерёмкин. –М.: Издательство АСВ, 2001.-176 с.

2.Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час.- М.:ГК РФ по охране окружающей среды, 1999.-56 с.

3.ОНД-86.Госкомгидромет. Методика расчёта концентрации в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в промышленных выбросах предприятий.-Л.: Гидрометиоиздат. 1987.

4.Охрана окружающей среды: учеб. Для тех. Спец. ВУЗов /С.А.Белов, Ф.А. Барбинов, А.Ф. Козьяков и д.р.; Под ред. С.В. Белова.-2-у издание, испр. И доп.- М.: Высш. шк., 1991.-319 с.

5.ОНД-90. Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы. – С.-Пб.: Гидрометиоиздат, 1992.

6.Роддатис, К.Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности / К.Ф. Роддатис, А.Н. Полтарецкий. – М.: Энергоатомиздат, 1989. -488 с.

7.СанПиН 2,2,1/2,1,1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий. Сооружений и иных объектов. Санитарно-эпидемилогические правила и нормы.- М.: Госкомсанэпиднадзор, 2003.

8. Сборник методических, инструктивно-методических и справочно-информационных материалов по проведению оценки воздействия на окружающую среду. – М.: Госкомгидромет, 1993.

9. Тепловой расчёт котельных агрегатов (нормативный метод). – М.: Энергия, 1973.-295 с.

10. Энергетическое топливо: справочник. –М.: Энергоатомиздат, 1991.

Дата добавления: 2015-08-27