Расчет выбросов основных загрязняющих веществ

Расчет выбросов основных загрязняющих веществ

Для энергоблока мощностью N=330 МВт (теплофикационный).

Котел паропроизводительностью D=1050 т/ч с технологией сжигания топлива – ЦКС.

Расчет проводился с применением методик, изложенных в [1 - 4] без учета экспериментальных данных для технологии ЦКС.

1 Общие положения

1.1 Сжигаемое топливо: Ирша-Бородинский 2Б.

1.2 Состав топлива для рабочего состояния [1, табл 1, с.132]

W^r_т=33%;

А^r_т=7,4%;

S^r_(о+р)т=0,2%;

С^r_т=42,6%;

Н^r_т=3,0%;

N^r_т=0,6%;

О^r_т =13,2%.

1.3 Низшая теплота сгорания

Q _т=3650 Ккал/кг = 15,28 МДж/кг.

2 Объемы воздуха и продуктов сгорания

2.1 Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания топлива

=0,0889(42,6+

+0,375*0,2)+0,265*3-0,0333*13,2=4,15 м³/кг.

2.2 Теоретический объем азота

=0,79*4,15+0,8*0,6/100=3,28 м³/кг.

2.3 Объем трехатомных газов

м³/кг.

2.4 Теоретический объем водяных паров

=

=0,111*3+0,0124*33+0,0161*4,15=0,81 м³/кг,

2.5 Коэффициент избытка воздуха на выходе из дымовой трубы α=1,4.

2.6 Объем водяных паров в дымовых газах при избытке воздуха

=0,81+0,0161*(1,4-1)4,15=0,84 м³/кг.

2.7 Объем дымовых газов, образующихся при избытке воздуха

=0,8+3,28+0,84+(1,4-1)4,15=

=6,58 м³/кг.

2.8 Заданный расход топлива, для которого ведется определение выбросов

В=1 млн. тонн = 10⁹ кг.

2.9 Объем дымовых газов на выходе из дымовой трубы [2] при расходе угля 1 млн. тонн

м³

3 Расчет количества выбросов с полученным объемом дымовых газов при соблюдении заданных концентраций (ПДК)

3.1 Заданные ПДК основных загрязняющих веществ

3.2 Расчет количества выбросов при заданных ПДК

3.3 Сводная таблица рассчитанных параметров

	Унос золы	SO2	NOх
Объем дымовых газов от сжигания 1 млн. тонн угля	V=9,27*10^9 м^3
ПДК (мг/м^3)		200 (100)
Количество выбросов при соблюдении ПДК	278,1 тонн	1854 (927) тонн	1390,5 тонн

4. Расчет количества выделившегося диоксида серы при сжигании заданного количества топлива

4.1 Количество диоксида серы SO_2, SO₃ в пересчете на SO₂, произведенное при сжигании заданного количества топлива [2, стр. 14], [3]

При расчетах использовались следующие значения: B – заданный расход топлива = 10⁹ кг; S^r – содержание серы в топливе для рабочего состояния; - процент улавливания соединений серы золовыми и шлаковыми частицами (принят ориентировочно).

4.2 Оценка значения коэффициента

- состоит из суммы процентов улавливания соединений серы золой и шлаком в топке котла, при этом:

принят равным 3% на основе данных, изложенных в [2, табл. 2.6, стр. 14] для углей, имеющих схожее содержание CaO;

принят равным 3% (ориентировочно).

5 Расчет необходимого количества известняка (CaCO₃) для реакции нейтрализации оксидов серы в слое (ЦКС)

5.1 В данном расчете рассматривается вариант нейтрализации образующегося SO₂ известняком (CaCO₃) с загрузкой его в слой реагирующего топлива.

5.2 Реакции нейтрализации SO₂

; (1)

(2) Продуктом реакции является минеральное образование - ангидрит (стабилен до 1000 ⁰С, при более высокой температуре реакция идет в обратном направлении.)

5.3 Запишем приведенные выше химические реакции с молярными массами (К_М) реагирующих элементов, отнесенными на 1 моль вещества [4]

К_М: ,

или

Из приведенных уравнений видно, что при термическом разложении 1 кг CaCО₃ выделяется 560 г или 0,56 кг СаО.

Далее:

К_М: ;

или

Таким образом, 1кг CaCО₃ реагирует с 0,64 кг SО₂ при этом выделяется 1,36 кг CaSO₄, 0,44 кг СО₂ и затрачивается 0,16 кг О₂.

5.4 Количество выделившегося SO₂ (см. п. 4.1)

5.5 Оценка количества выбросов с учетом заданных ПДК

5.5.1 Расчет количества выбросов при заданных ПДК (см. пункт 3.2)

5.5.2 Вычтем из полученного количества образованных SO₂ допустимое количество выбросов

5.6 Расчет количества CaCО₃ для нейтрализации произведенного количества SO₂

Из п.5.3 видно, что для нейтрализации 1 кг SO₂ требуется 1,56 кг CaCО₃ (100/64=1,5625).

Таким образом:

По рекомендации [3] для нейтрализации 90% SO₂ требуется вводить поправочный коэффициент к теоретически необходимому количеству CaCО₃.

К = 1,5-2.

Учитывая низкое содержание серы в топливе и прочие условия, установим значение коэффициента К =1,7. Реальное значение коэффициента К должно устанавливаться опытным путем.

5.7 Расчет количества СО₂, выделившегося при протекании реакции (1)

5.7.1 Запишем исходную реакцию с молярными массами (К_М) реагирующих элементов, отнесенными на 1 моль вещества

К_М:

Значит при разложении 1 кг CaCО₃ выделяется 0,44 кг СО_2.

Таким образом, при разложении 5,05*10³т CaCО₃ выделится 0,44*5,05*10³ т = 2,22*10³ т = 2,22*10⁶ кг СО₂ и 0,56*5,05*10³ т = 2,83*10³ т = 2,83*10⁶ кг СаО.

При разложении 7,5*10³ т CaCО₃ выделится 0,44*7,5*10³ т = 3,3*10³т = 3,3*10⁶ кг. СО_2. и 0,56*7,5*10³ т = 4,2*10³ т = 4,2*10⁶ кг СаО.

5.7.2 Вычислим объем выделившегося СО₂, при разложении СаСО₃

Из уравнения Менделеева-Клапейрона:

м³

м³

5.8 Сравнение с объемом выделяющихся дымовых газов

Объем выделяющихся дымовых газов при сжигании заданного количества топлива

м³

м³

м³

Таким образом, можно сделать вывод о незначительности получаемого объема СО₂, а ранее проведенные расчеты не подвергнутся значительной корректировке.

5.9 Определение количества теплоты (Q), необходимого для протекания реакции термического разложения природного известняка

5.9.1 Запишем исходную химическую реакцию с теплотой образования веществ, выраженной в кДж/моль. Знак данной величины учитывает выделение (поглощение) теплоты [4], [5].

Q_в-ва:

Из закона Гесса:

В пересчете на необходимое количество CaCО₃

5.9.2 Расчет количества топлива, необходимого для выделения заданного количества теплоты

Расчет осуществляется по формуле

Таким образом, к заданному количеству топлива (см. п. 1.4) необходимо добавлять полученные значения.

При вычислениях использованы следующие обозначения:

- необходимое количество топлива для производства заданного количества теплоты;

- необходимое количество теплоты для реакции (1);

- низшая теплота сгорания топлива;

- К.П.Д. котельной установки (принят ввиду отсутствия данных).

6 Расчет необходимого количества известняка (CaCO₃) для мокроизвестковой десульфуризации дымовых газов (осуществляемой за котлом)

6.1 В данном расчете рассматривается вариант нейтрализации образующегося SO₂ гашеной известью (Ca(ОН)₂) с распылением ее в поток дымовых газов за котлом.

6.2 Реакции нейтрализации SO₂

6.3 Запишем приведенные выше химические реакции с молярными массами (К_М) реагирующих элементов, отнесенными на 1 моль вещества

;

К_М: ,

или

Таким образом, 1кг Ca(ОН)₂ реагирует с 0,86 кг SО₂ (64/74), при этом затрачивается 0,22 кг О₂ и выделяется 1,84 кг CaSO₄ и 0,24 кг Н₂О.

6.4 Количество выделившегося SO₂ (см. п. 4.1)

6.5 Оценка количества выбросов с учетом заданных ПДК

6.5.1 Расчет количества выбросов при заданных ПДК (см. пункт 5.5.2)

6.6 Расчет количества Ca(ОН)₂ для нейтрализации произведенного количества SO₂

Из п. 6.3 видно, что для нейтрализации 1 кг SO₂ потребуется 1,16 кг Ca(ОН)₂ (1/0,86).

Таким образом:

Введем поправочный коэффициент к теоретически необходимому количеству Ca(ОН)₂.

К = 1-1,5 (при распыле реагента тонкими струями).

Учитывая низкое содержание серы в топливе и прочие условия, установим значение коэффициента К =1,25. Реальное значение коэффициента К должно устанавливаться опытным путем.

6.7 Расчет количества СаСО₃ и Н₂О для производства Ca(ОН)₂

6.7.1 Запишем исходную реакцию с молярными массами (К_М) реагирующих элементов, отнесенными к 1 моль вещества

К_М:

Значит, для приготовления известкового раствора из 1 кг CaCО₃ требуется 0,18 кг Н₂О. При этом выделяется 0,74 кг Ca(ОН)₂ и 0,44 кг СО_2.

То есть, для производства 1 кг Ca(ОН)₂ потребуется 1,35 кг CaCО₃ (100/74) и 0,24 кг Н₂О.

Таким образом, для получения 2,78*10³т Ca(ОН)₂ потребуется 1,35*2,78*10³т = 3,75*10³ т = 3,75*10⁶ кг CaCО₃ и 0,24*2,78*10³ т = 0,67*10³ т = 0,67*10⁶ кг Н₂О. При этом выделится СаО: 1,35*0,56*2,78 =2,1*10³ т = 2,1*10⁶ кг.

Для получения 4,1*10³т Ca(ОН)₂ потребуется 1,35*4,1*10³ т = 5,54*10³ т = 5,54*10⁶ кг CaCО₃ и 0,24*4,1*10³т = 0,98*10³ т = 0,98*10⁶ кг Н₂О. При этом выделится СаО: 1,35*0,56*4,1 = 3,1*10³ т = 3,1*10⁶ кг.

Примечание: 1) на полученные расчетные количества веществ необходимо вводить поправочные коэффициенты, учитывающие содержание солей жесткости в воде;

2) расчетное количество воды должно быть увеличено с учетом приготовления пригодного для распыливания раствора («известкового молока»), по величине которого может быть сделана оценка дополнительного количества водяных паров в дымовых газах на выходе из дымовой трубы.

6.8 Определение количества теплоты (Q), необходимое для протекания реакции термического разложения природного известняка

6.8.1 Запишем исходную химическую реакцию с теплотой образования веществ, выраженной в кДж/моль. Знак данной величины учитывает выделение (поглощение) теплоты [4]

Q_в-ва:

Из закона Гесса:

В пересчете на необходимое количество CaCО₃

6.8.2 Расчет количества топлива, необходимого для выделения заданного количества теплоты

Расчет осуществляется по формуле

Таким образом, к заданному количеству топлива (см. п. 1.4) необходимо добавлять полученные значения.

7 Расчет количества СаSО₄, образующегося от реакции десульфуризации дымовых газов при сжигании 1 млн. тонн угля

7.1 Из ранее произведенных расчетов выпишем фактически прореагировавшее количество Са(ОН)₂ (без учета коэффициента запаса 1,25)

7.2 Расчет количества СаSО₄, выделившееся при десульфуризации дымовых газов

Из п. 6.3 видно, что при реагировании 1 кг Са(ОН)₂ выделяется 1,84 кг CaSO₄.

Таким образом, при реагировании 2,22*10³тонн Са(ОН)₂ выделяется 1,84*2,22*10³тонн=4,1*10³тонн CaSO₄

При реагировании 3,28*10³тонн Са(ОН)₂ выделяется 1,84*3,28*10³тонн=6,04*10³тонн CaSO₄

Литературные источники

1. Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). Издание 3^е, переработанное и дополненное. Издательство НПО ЦКТИ, СПб, 1998.

2. Беспалова С. У. Охрана воздушного бассейна от выбросов ТЭС: учебное пособие. Томск: Изд-во ТПИ, 1985.

3. Пугач Л. И. Энергетика и экология. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2003.

4. Савельев Г.Г., Смолова Л.М. Общая и неорганическая химия. Ч.1 Общая химия: Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 1998.

5. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Справочное издание: В 4 т. Т. 3, кн. 1,2/ Л.В. Гуревич, И.В. Вейц, В.А. Медведев и др.; Институт высоких температур; Государственный институт прикладной химии; Отв. ред. В.П. Глушко. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1978-1982.

Сводная таблица рассчитанных параметров

	Унос золы	SO2	NOх
Объем дымовых газов от сжигания 1 млн. тонн угля	V=9,27*10^9 м^3
ПДК (мг/м^3)		200 (100)
Количество выбросов при соблюдении ПДК	278,1 тонн	1854 (927) тонн	1390,5 тонн
Количество улавливаемых выбросов при соблюдении ПДК		1906тонн (2833тонн)
Необходимое количество известняка для нейтрализации заданного количества SO2		Мокроизвестковая десульфуризация 3,75*10^3тонн (5,54*10^3тонн)
Введение известняка в слой 5,05*10^3тонн (7,5*10^3тонн)
Необходимое количество теплоты, для образования заданного количества СаО		Мокроизвестковая десульфуризация 1,59*10^3 Гкал (2,36*10^3 Гкал)
Введение известняка в слой 2,14*10^3 Гкал (3,18*10^3 Гкал)
Необходимое количество топлива для производства заданного количества теплоты		Мокроизвестковая десульфуризация 0,48*10^3тонн (0,71*10^3тонн)
Введение известняка в слой 0,644*10^3тонн (0,96*10^3тонн)
Объем выделяющегося СО2 при производстве заданного количества СаО		Введение известняка в слой 0,002*10^9м^3 (0,0025*10^9м^3)

Дата добавления: 2015-08-29