СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение
2. Расчет выбросов загрязняющих веществ
2.1. Расчет выбросов угольной пыли
2.2. Расчет выбросов загрязняющих веществ топлива вкотлоагрегатах
2.3. Расчет выбросов оксидов азота при слоевом сжиганиитвердого топлива
2.4. Расчет выбросов диоксида серы
2.5. Расчет выбросов оксида углерода
2.6. Расчет выбросов твердых частиц (зола угольная)
2.7. Расчет параметров газовоздушной смеси от источниковвыбросов
3. Рекомендации по системам защиты среды обитания
4. Литературные источники
1. Введение
Негативные изменения атмосферы Земли связаны главным образомс изменением концентрации второстепенных компонентов атмосферного воздуха.
Глобальное загрязнение атмосферного воздуха сказывается насостоянии природных экосистем, особенно на зеленом покрове нашей планеты. Однимиз самых наглядных показателей состояния биосферы служат леса и их состояние.
Кислотные дожди, вызываемые главным образом диоксидом серы иоксидами азота, наносят огромный вред лесным биоценозам. Установлено, чтохвойные породы страдают от кислотных дождей в большей степени, чемшироколиственные.
Только на территории нашей страны общая площадь лесов,пораженных промышленными выбросами, достигла 1 млн. га. Значительным факторомдеградации лесов в последние годы является загрязнение окружающей средырадионуклидами. Так, в результате аварии на Чернобыльской АЭС поражено 2,1 млн.га лесных массивов.
Особенно сильно страдают зеленые насаждения в промышленныхгородах, атмосфера которых содержит большое количество загрязняющих веществ.
Воздушная экологическая проблема истощения озонового слоя, втом числе появление озоновых дыр над Антарктидой и Арктикой, связана счрезмерным применением фреонов в производстве и быту.
За последние десятки лет в результате антропогенноговоздействия атмосфера претерпела значительные изменения. Вещества,выбрасываемые в атмосферу в результате хозяйственной деятельности, не простоизменяют ее состав, но оказывают существенное влияние на сложившиеся врезультате длительной эволюции процессы, протекающие в ней.
Существует два главных источника загрязнения атмосферы:естественный и антропогенный.
Источники естественных «загрязнений»: извержение вулканов,космическая пыль, выдуваемый ветром верхний слой почвы, содержащий бактерии,грибки, простейшие организмы, органические остатки, и т. д. Эти компонентыявляются важной частью атмосферы, они определяют оптические свойства воздушнойоболочки Земли, способствуют рассеиванию ультрафиолетовых и космических лучей.
Антропогенное загрязнение атмосферы начали регистрировать совторой половины XIX века в связи сизменением ее пылевого и газового состава.
К основным антропогенным источникам загрязнения атмосферыотносятся предприятия топливно-энергетического комплекса, транспорт, различныемашиностроительные предприятия.
Основными загрязняющими веществами в выбросах являютсятвердые частицы. Это пыль, копоть и сажа. Большую опасность таит загрязнениеприродной среды тяжелыми металлами. Свинец, кадмий, ртуть, медь, никель, цинк,хром, ванадий стали практически постоянными компонентами воздуха промышленных центров.
Помимо пылеобразных загрязняющих веществ, в атмосферупоступают различные газы. Газовое загрязнение происходит в результате сжиганияугля, нефти, газа, поскольку в ходе их горения выделяется большое количествосернистых соединений. При взаимодействии с водой, находящейся в воздухе,сернистый газ образует мелкие капельки серной кислоты, которые приносятогромный вред природе, губя растения и живые существа. Они наносят вред инародному хозяйству, так как разъедают металлы, синтетические материалы, лакированныеи окрашенные поверхности.
В целом, все антропогенные источники загрязнения атмосферыможно разделить на точечные, линейные и площадные.
В городах выбросы пыли, окислов азота, двуокиси серы могутдостигать десятков тысяч тонн в год, окислов углерода — даже сотен тысяч.Глобальные выбросы пыли составляют в год около 200 млн. т, окиси углерода — 700млн. т, двуокиси серы — 210 млн. т, окислов азота в пересчете на двуокись азота— 55 млн. т. В сумме это превышает 1 млрд. т/год.
Перечисленные, так называемые, основные загрязняющие веществав определенных количествах содержатся в выбросах тепловой котельной. Количествовыбросов вредных веществ, поступающих в атмосферу от котельной, рассчитываетсяпо балансу технологического процесса. Например, по количеству сжигаемоготоплива и содержанию в нем серы можно установить количество выбросов двуокисисеры.
2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХВЕЩЕСТВ КОТЕЛЬНОЙ 2.1 Расчет выбросов угольной пыли
Максимально разовыйвыброс угольной пыли при разработке и сдуве материалов рассчитывается следующимобразом (формула (1)):
G = АМ + ВМ, (1)
где G — максимально разовый выброс угольной пыли при переработке исдуве материалов, г/с;
АМ–максимально разовый выброс при переработке материала (ссыпка, перевалка,перемещение), г/с;
ВМ — максимально разовый выброс при статистическом хранении материала, г/с.
Максимально разовыйвыброс при переработке материала рассчитывается следующим образом (формула(2)):
АМ = (К1∙К2∙К3∙К4∙К5 ∙К7∙Т∙106∙В’)/3 600, (2)
где АМ — максимально разовый выброс при переработке материала
(ссыпка, перевалка,перемещение), г/с;
К1 — весоваядоля пылевой фракции в материале, 0,052;
К2 — доляпыли, переходящая в аэрозоль, 0,02;
К3 –коэффициент, учитывающий местные метеоусловия (преобладающая скорость ветра),1,4;
К4 — коэффициент, учитывающий степень защищенности узла от внешних воздействий,условия пылеобразования, 0,2;
К5 -коэффициент,учитывающий влажность материала, 0,01;
К7 — коэффициент, учитывающий крупность материала, 0,4;
Т — суммарное количествоперерабатываемого материала, 4,11 т/час;
В’ — коэффициент,учитывающий высоту пересыпки, 0,7.
Максимально разовыйвыброс при статистическом хранении материала рассчитывается следующим образом(формула (3)):
ВМ = К3∙К4∙К5∙К6∙К7 ∙С∙П, (3)
где ВМ — максимально разовый выброс при статистическом хранении материала, г/с;
К3–коэффициент, учитывающий местные метеоусловия (преобладающая скорость ветра),1,4;
К4 — коэффициент, учитывающий степень защищенности узла от внешних воздействий,условия пылеобразования, 0,2;
К5 — коэффициент,учитывающий влажность материала, 0,01;
К6 — коэффициент,учитывающий профиль поверхности складируемого материала, 1,3;
К7 — коэффициент, учитывающий крупность материала, 0,4;
С — удельный унос пыли с1 м2 фактической поверхности складируемого материала, 0,005;
П- поверхность опыления, 510 м2.
Валовый выброс припереработке и сдуве материалов рассчитывается следующим образом (формула (4)):
М = АВ+ВВ,(4)
где М – валовый выброспри переработке и сдуве материалов, т/год;
АВ – валовыйвыброс при переработке материалов, т/год;
ВВ — валовыйвыброс при сдуве материалов, т/год.
Валовый выброс отпереработки материалов рассчитывается следующим образом (формула (5)):
/> , (5)
где АВ–валовый выброс при переработке материалов, т/год;
АМ — максимально разовый выброс при переработке материала (ссыпка, перевалка,перемещение), г/с;
t1 – годовое время по переработке материалов, 284 часа.
Валовый выброс отпереработки материалов рассчитывается следующим образом (формула (6)):
/> , (6)
Качество выбрасываемойугольной пыли:
АМ = (0,0052∙0,02∙1,4∙0,2∙0,01∙0,4∙4,11∙106∙0,7)/3600 = 0,000927 г/с;
ВМ = 1,4∙0,2∙0,01∙1,3∙0,4∙0,005∙510= 0,0037128 г/с;
G = 0,000927+0,0037128 = 0,0046398г/с;
АВ = 0,000927∙3600∙284/ 106 = 0,0009477 т/год;
ВВ = 0,0037128∙3600∙6816 / 106 = 0,0911032 т/год;
Всего по угольной пыли вгод:
М = 0,0009477 + 0,0911032= 0,0920509 т/год.2.2 Расчетвыбросов загрязняющих веществ топлива в котлоагрегатах
Котельная МК-151 работаетна топливе апсаткского угля марки СС и угля других месторождений.
Выбросы загрязняющихвеществ в атмосферу приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Выбросы загрязняющихвеществ при сжигании топлива в котлоагрегатах «КВСМ-1,25»Наименование выброса
Максимально-разовый
выброс (г/с)
Валовый выброс
(т/год) Оксиды азота 0,0421114 0,532194 Углерод черный (сажа) 0,6111956 8,820282 Диоксид серы 2,3570565 34,015140 Оксид углерода 3,9691667 57,279816
Пыль неорганическая: 70-20% SiO2 0,5255363 7,584116 2.3 Расчет выбросовоксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива
Расчетный расход топливарассчитывается следующим образом (формула (7)):
/>, (7)
где Вρ –расчетный расход топлива, т/год;
В — фактический расходтоплива, 1166,5 т/год;
q4 – потеря тепла от механической неполноты сгорания, 9,8%.
Расчетный расход топливарассчитывается следующим образом (формула (8)):
/>, (8)
где В’ρ –расчетный расход топлива, кг/с;
В’ — фактический расходтоплива, 80,83184 г/с;
q4 – потеря тепла от механической неполноты сгорания,9,8%.
Вρ =1166,5 ∙ (1- 9,8/100)= 1052,183 т/год;
В’ρ =80,83184 ∙ (1- 9,8/100) = 0,07291 кг/с.
Фактическая тепловаямощность котла по введенному в топку теплу определяется следующим образом(формула (9)):
QТ = Вρ/Time/3,6∙Qr, (9)
где QТ – фактическая тепловая мощность котла по введенному втопку тепла, МВт;
Вρ –расчетный расход топлива, т/год;
Time — время работы котла за год, 6816час;
Qr – низкая теплота сгорания топлива,26,4 МДж/кг.
Фактическая тепловаямощность котла по введенному в топку теплу определяется следующим образом(формула (10)):
Q’Т = В’ρ∙Qr, (10)
где QТ – фактическая тепловая мощность котла по введенному втопку тепла, МВт;
В’ρ –расчетный расход топлива, кг/с;
Qr – низкая теплота сгорания топлива,26,4 МДж/кг.
QТ = 1052,183: 6816: 3,6∙26,4 = 1,13204 МВт,
Q’Т = 0,07291∙26,4=1,924824 МВт.
Тепловое напряжениезеркала горения рассчитывается следующим образом (формула (11)):
/>, (11)
где qr – тепловое напряжение зеркалагорения, МВт/м2;
F – площадь горения, 5 м2.
Тепловое напряжениезеркала горения рассчитывается следующим образом (формула (12)):
/>, (12)
где q’r – тепловое напряжениезеркала горения, МВт/м2;
F – площадь горения, 5 м2.
qr = 1,13204/5= 0,2264 МВт/м2;
q’r = 1,924824/5= 0,38496МВт/м2.
Удельный выброс оксидовазота при слоевом сжигании твердого топлива рассчитывается следующим образом(формула (13)):
Кno2 = 0,11∙αТ(1+5,46∙(/>)∙( qr ∙ Qr ) ∙0,25, (13)
где Кno2 – удельный выброс оксидов азота прислоевом сжигании твердого топлива, г/МДж;
αТ — коэффициент избытка воздуха в топке, 1,35;
R6 — характеристикагранулометрического состава угля, 40%;
qr — тепловое напряжение зеркалагорения, МВт/м2;
Qr — низкая теплота сгорания топлива,26,4 МДж/кг.
Удельный выброс оксидовазота при слоевом сжигании твердого топлива рассчитывается следующим образом(формула (14)):
Кno2′ = 0,11∙αТ(1+5,46∙(/>)∙( q’r ∙ Qr ) ∙0,25, (14)
где Кno2′ – удельный выброс оксидов азотапри слоевом сжигании твердого топлива, г/МДж;
αТ — коэффициент избытка воздуха в топке, 1,35;
R6 — характеристикагранулометрического состава угля, 40%;
q’r — тепловое напряжениезеркала горения, МВт/м2;
Qr — низкая теплота сгорания топлива,26,4 МДж/кг.
Кno2 = 0,11∙1,35(1+5,46∙/>∙( 0,2264∙ 26,4) ∙0,25 = 1,38498 г/МДж
Кno2 = 0,11∙1,35(1+5,46∙/>∙(0,38496∙ 26,4) ∙0,25 = 2,35495 г/МДж
Выброс оксидов азотаопределяется следующим образом (формула (15)):
Мnох = Вρ∙ Qr ∙ Кno2 ∙ßr ∙kП, (15)
где Вρ –расчетный расход топлива, т/год;
Qr — низкая теплота сгорания топлива,26,4 МДж/кг;
Кno2 – удельный выброс оксидов азота прислоевом сжигании твердого топлива, г/МДж;
ßr — коэффициент,учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов, подавляемых в смеси сдутьевымвоздухом под колосниковую решетку, на образование оксидов азота, 1;
kП – 0,001 (для валового выброса);
Выброс оксидов азотаопределяется следующим образом (формула (16)):
Мnох’ = Вρ’∙ Qr ∙ Кno2′ ∙ßr ∙kП, (16)
где В’ρ –расчетный расход топлива, кг/с;
Qr — низкая теплота сгорания топлива,26,4 МДж/кг;
Кno2′ – удельный выброс оксидов азотапри слоевом сжигании твердого топлива, г/МДж;
ßr — коэффициент,учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов, подавляемых в смеси сдутьевымвоздухом под колосниковую решетку, на образование оксидов азота, 1;
kП/– 1 (для максимально-разового выброса).
Мnох = 1165,3568 ∙26,4 ∙1,38498 ∙1∙0,001= 42,60949 т/год;
Мnох’ = 0,0751736∙ 26,4 ∙0,1632252 ∙1= 5,020444 г/с.2.4 Расчетвыбросов диоксида серы
Выброс диоксида серыопределяется следующим образом (формула (17)):
Мso2 = 0,02∙B ∙Sr ∙ (1-ηso2′) ∙(1-ηso2”), (17)
где B — расход натурального топлива за рассматриваемый период,1166,5 т/год;
Sr — содержание серы в топливе на рабочую массу, 1,62%(для валового содержания);
ηso2′- доля оксидов серы, связываемых летучей золой вкотле, 0,1 (тип топлива: угли других месторождений);
ηso2”- доля оксидов серы, улавливаемых в мокромзолоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц, 0.
Выброс диоксида серыопределяется следующим образом (формула (18)):
Мso2 ‘= 0,02∙B’ ∙Sr ‘∙ (1-ηso2′) ∙(1-ηso2”), (18)
где B’ — расход натурального топлива зарассматриваемый период,
80,86184г/с;
Sr ‘ — содержание серы в топливе на рабочую массу, 1,62%(для максимально-разового содержания);
ηso2’- доля оксидов серы, связываемых летучей золой вкотле, 0,1 (тип топлива: угли других месторождений);
ηso2”- доля оксидов серы, улавливаемых в мокромзолоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц, 0.
Мso2 = 0,02∙1166,5∙1,62∙ (1-0,1) ∙(1-0)=34,01564т/год;
Мso2 ‘= 0,02∙80,83184 ∙1,62∙ (1-0,1) ∙(1-0)=2,3575345г/с.
2.5 Расчетвыбросов оксида углерода
Расчет выбросов оксидауглерода определяется следующим образом (формула (19)):
Мсо = 0,001∙В∙ Ссо ∙ (/>), (19)
где В – фактическийрасход топлива, 1166,5 т/год;
Ссо –выходоксида углерода при сжигании топлива;
q4 — потери тепла вследствиемеханической неполноты сгорания топлива, 9,8 %.
Расчет выбросов оксидауглерода определяется следующим образом (формула (20)):
Мсо’ = 0,001∙В∙ Ссо ∙ (/>), (20)
где В – фактическийрасход топлива, 1166,5 т/год;
Ссо – выходоксида углерода при сжигании топлива;
q4 – потери тепла вследствиемеханической неполноты сгорания топлива, 9,8 %.
Выбросы углерода присжигании топлива определяются следующим образом (формула (21)):
Ссо = q3 ∙R∙ Qr, (21)
где Ссо – выходоксида углерода при сжигании топлива;
q3 – потери тепла вследствие химическойнеполноты сгорания топлива, 2%;
R – твердое топливо, 1;
Qr – низкая теплота сгорания топлива,26,4 МДж/кг.
Ссо = 2∙1∙26,4=52,8 г/кг.
Всего по оксиду углеродав год:
Мсо = 0,001∙1166,5∙ 52,8 ∙ (1- 9,8/100)= 55,5553 т/год;
Мсо ‘= 0,001∙80,83184∙52,8 ∙ (1- 9,8/100)= 3,84966 г/с.2.6 Расчетвыбросов твердых частиц (зола угольная)
Расчет количества летучейзолы определяются теоретическим методом следующим образом (формула (22)):
Мз = 0,01∙В∙Аr∙Аун∙(1-Vз ) (22)
где В – фактическийрасход топлива, 1166,5 т/год;
Аr –зональность топлива на рабочую массу (для валового выброса), 12,9%;
Аун – долязолы, уносимой газами из котла, 0,6;
Vз — доля твердых частиц, улавливаемых взолоуловителях, 0,76.
Расчет количества летучейзолы определяются следующим образом (формула (23)):
Мз ‘= 0,01∙В’∙Аr’∙Аун∙(1-Vз ) (23)
где В’ — фактическийрасход топлива, 80,83184 г/с;
Аr’–зональность топлива на рабочую массу (для максимально- разового продукта),12,9%;
Аун–доля золы,уносимой газами из котла, 0,6;
Vз — доля твердых частиц, улавливаемых взолоуловителях, 0,76.
Расчет количествакоксовых остатков при сжигании твердого топлива определяется следующим образом(формула (24)):
Мк = 0,01∙В∙(1-Vз )∙(q4уноса ∙ />) (24)
где В – фактическийрасход топлива, 1166,5 т/год;
Vз — доля твердых частиц, улавливаемых взолоуловителях, 0,76;
q4уноса – потери тепла от механическойнеполноты сгорания топлива, 3,9%
Qr — низкая теплота сгорания топлива,26,4 МДж/кг.
Расчет количествакоксовых остатков при сжигании твердого топлива определяется следующим образом(формула (25)):
Мк ‘= 0,01∙В’∙(1-Vз )∙(q4уноса ∙ />) (25)
где В’ — фактическийрасход топлива, 80,83184 г/с;
Vз — доля твердых частиц, улавливаемых взолоуловителях, 0,76;
q4уноса – потери тепла от механическойнеполноты сгорания топлива, 3,9%
Qr — низкая теплота сгорания топлива,26,4 МДж/кг.
Всего по угольной золе вгод:
Мз = 0,01∙1166,5∙12,9∙0,6∙(1-0,76) = 21,668904 т/год;
Мз’ = 0,01∙80,83184∙12,9∙0,6∙(1-0,76) = 1,5015322 г/с;
Всего по саже в год:
Мк = 0,01∙1166,5∙(1-0,76)∙(3,9уноса ∙ 26,4/32,68) = 8,820603 т/год;
Мк’ = 0,01∙80,83184∙(1-0,76)∙(3,9уноса∙ 26,4/32,68) = 0,6114841 г/с. 2.7 Расчет параметров газовоздушной смеси от источниковвыбросов
Источник № 1 (гараж)оборудован самовытяжкой. При самовытяжении от источников выбросоврассчитываются параметры: плотность наружного воздуха, плотность газо-воздушнойсмеси, параметр, характеризующий равность плотностей и высоту трубы, параметр,характеризующий сопротивление трубы, скорость газо-воздушной смеси на выходе изисточника, объем газо-воздушной смеси, площадь сечения устья источника выброса.
Плотность наружноговоздуха рассчитывается следующим образом (формула (26)):
РН=/>, (26)
где РН-плотность наружного воздуха, кг/м3;
t — средняя температура наружноговоздуха для времени года, 23,60С.
Плотность газо-воздушнойсмеси рассчитывается следующим образом (формула (27)):
РУХ=/>, (27)
где РУХ — плотность газо-воздушной смеси, кг/м3;
t1 – температура на газо-воздушной смеси, отходящей отисточника выделения, 350С.
Параметр, характеризующийравность плотности и высоту трубы рассчитывается следующим образом (формула (28)):
H=h∙(PН-РУХ), (28)
где H- параметр, характеризующий равностьплотности и высоту трубы;
h – высота трубы, 3м.
Параметр, характеризующийсопротивление трубы рассчитывается следующим образом (формула (29)):
Z = />, (29)
где Z — параметр, характеризующийсопротивление трубы;
h – высота трубы, 3м;
d – диаметр трубы, 0,2 м.
Скорость газо-воздушнойсмеси на выходе из источника рассчитывается следующим образом (формула (30)):
S = />, (30)
где S – скорость газо-воздушной смеси навыходе из источника, м/с;
H – параметр, характеризующий равностьплотности и высоту трубы;
Z – параметр, характеризующийсопротивление трубы;
РУХ – плотностьгазо-воздушной смеси, кг/м3.
Объем газо-воздушнойсмеси рассчитывается следующим образом (формула (31)):
V=S∙F, (31)
где V – объем газо-воздушной смеси;
S – скорость газо-воздушной смеси навыходе из источника, м/с;
F – площадь сечения устья источниковвыбросов, м.
Площадь сечения устьяисточника выброса рассчитывается следующим образом (формула (32)):
F=/>(32)
где F – площадь сечения устья источниковвыбросов, м;
d – диаметр трубы, 0,2 м.
РН = 353/(273 +23,6) = 1,190155 кг/м3,
РУХ = 353/(273+ 35) = 1,146104 кг/м3,
H = 3∙(1,190155 – 1,146104) = 0,132153,
Z = 0,04∙3/0,2 = 0,6,
S = ((0,132153∙2∙9,8)//>= 2,14793 м/с,
V = 2,14793 ∙ 0,0314 = 0,067445 м3/с;
F = 3,14∙0,22/4 = 0,0314 м2.
На источнике № 4 –котельная МК-151 – установлен дымосос ДН-10. При использовании тягодутьевогооборудования рассчитываются следующие параметры газо-воздушной смеси:производительность тягодутьевого оборудования, площадь сечения источникавыброса, скорость газо-воздушной смеси, исходящей от источника выброса, объемгазо-воздушной смеси.
Производительность тягодутьевогооборудования рассчитывается следующим образом (формула (33)):
P =/>/>(33)
где P- производительность тягодутьевогооборудования, м3/с;
R- производительность тягодувного оборудования,14650 м3/час.
Скорость газо-воздушнойсмеси, исходящей от источника выброса рассчитывается следующим образом (формула(34)):
/> (34)
где W- скорость газо-воздушной смеси,исходящей от источника выброса, м/c;
F – площадь сечения источника выброса,м2, по формуле (32);
K- КПД электродвигателя тягодувногооборудования, 0,83 доли единиц;
Р = 14650 / 3600 = 4,069м3/с;
W = 4,069 / 0,5024∙0,83 = 6,723м/с;
по формуле (31) V = 2,14793 ∙ 0,0314 = 0,067445м3/с.
Сводные данные позагрязняющим веществам приведены в таблице 2
Таблица 2 – Переченьзагрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу котельной МК-151Наименование вещества
ПДК, мг/м3 Класс опасности Суммарный выброс вещества г/с т/год Оксиды азота 0,4000000 4 5,0204439 42,60949 Углерод черный (сажа) 0,1500000 3 0,6114841 8,820603 Диоксид серы 0,5000000 4 2,3575345 34,01564 Оксид углерода 0,5000000 4 3,84966 55,5553 Зола угольная 0,3000000 3 1,5015322 21,668904 Пыль угольная 0,5000000 3 0,0046398 0,0920509 Всего веществ: 6 13,345294 162,76198 В том числе твердых: 3 2,1176561 30,581557 Жидкие / газообразных: 3 11,227638 132,18043
4. Литературныеисточники
1. Э.Ю. Безуглая,Г.П. Расторгуева, И.В. Смирнова. Чем дышит промышленный город. «Гидрометеоиздат»,2001.
2. Т.А. Хван.Промышленная экология. Высшее образование. «Феникс», 2003.
3. Инженерная защитаокружающей среды: Учебное пособие/Под ред. О.Г. Воробьева. «Лань», 2002.