Расчет загрязнения атмосферы при работе котельной

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Братский государственный университет»

Инженерно - строительный факультет

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

 

 

Курсовая работа по дисциплине

“Охрана воздушного бассейна”

 

 

РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

ПРИ РАБОТЕ КОТЕЛЬНОЙ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

270109.65 ОС 04 КР 00000 ПЗ

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                                                     

ст. гр. ТГВ-08                                                                                 Снегирева Н.А.

 

 

Руководитель:                                                                                    

д.т.н., профессор каф. ПТЭ                                                            Семенов С. А.

 

 

 

Братск 2011

CОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………….………………………………..4

1. Расход топлива……………………………………....…………………...……..5

2. Расчет максимально-разовых и годовых выбросов отопительной котельной (NOX, SOX, CO, твердых частиц, бенз(а)пирен)….……......................................8

   2.1. Расчет выбросов твердых частиц……………………....………………….9

   2.2. Расчет выбросов оксидов серы……………………………………..……...9

   2.3. Расчёт выбросов оксидов азота…………………………………………..10

   2.4. Расчет выбросов монооксида углерода………………………………….12

   2.5. Расчет выбросов бенз(а)пирена……….……..………………………….. 12

3. Расчет высоты дымовой трубы  до мероприятия по снижению вредных выбросов………………………………………………………………………….15

4. Нормативные предельно-допустимые выбросы загрязнителей…………………………………………………………………….19

5. Мероприятия по снижению вредных выбросов, экологический эффект…………………………………………………………………………….22

6. Расчет высоты дымовой трубы  после мероприятия по снижению вредных выбросов………………………………………………………………………….24

7. Нормативные предельно-допустимые выбросы загрязнителей…………………………………………………………………….27

8. Оценка экономического ущерба от загрязнения атмосферы при работе котельной……………………………………………………………………...….29

Заключение……………………………………………………………………….31

Список использованной литературы…………………………………………...32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Общеизвестно, что в настоящее время исключительно большое внимание во всем мире уделяется проблемам экологии. Существенную долю в загрязнение окружающей среды вносит энергетическая отрасль. Работа котельных и ТЭС оказывает негативное влияние на окружающую среду, которое проявляется в изъятии земель, потреблении ископаемого топлива и пресной воды, складировании золошлаковых отходов, в токсичных выбросах в атмосферу и водный бассейн и др. В мире сжигается более 10 млрд.т.у.т. органического топлива, что соответствует выбросу газов, несущих в атмосферу различные вредные вещества; золу, оксиды серы, азота и углерода, а так же (в меньших количествах) органические соединения, называемые полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ).

В задачу расчета вредных выбросов котлов входит определение количества поступающих в атмосферу токсичных веществ. Для твердотопливных энергетических котлов средней и большой мощности, как правило, рассчитываются выбросы оксидов азота, оксидов серы, бенз(а)пирена и летучей золы. Для котлов, работающих на жидком топливе, - выбросы оксидов серы, азота, бен(а)пирена и мазутной золы (в пересчете на ванадий). Для газовых котлов - выбросы оксидов азота и бенз(а)пирена. Для котлов малой производительности вследствие значительного химического недожога дополнительно  должны  учитываться  выбросы   продуктов неполного сгорания, отнесенные на СО.

Целью мероприятий, проводимых для данной котельной является:

- снижение вредных выбросов;

- расчета экологического эффекта;

- снижение экономического ущерба  от загрязнения атмосферы при  работе котельной.

 

1. РАСХОД ТОПЛИВА

 

Количество выбрасываемых в атмосферу вредных веществ при работе котельных и ТЭС зависит, в первую очередь, от сжигаемого топлива и его расхода.

Для того, чтобы определить расход топлива, необходимо знать расчетные характеристики используемого топлива, а также характеристики котлоагрегата.

Расчетные характеристики воркутинского угля ЖР:

-влажность        Wp=7,0 %

-зольность        Ap=23,6 %

-содержание серы       Sp=0,8 %

-содержание углерода      Cp=59,6 %

-содержание водорода      Hp=3,8 %

-содержание азота      Np=1,3 %

-содержание кислорода      Op=5,4 %

-теплота сгорания топлива      =20,60 МДж/кг

-теоретический объем воздуха    Vв=6,82 м/кг

-теоретический объем дымовых  газов   Vг=7,28 м/кг.

 

Характеристики котла типа Е– 50-14 [2]:

-паропроизводительность                                              D=50 т/ч=13,89 кг/с

-температура перегретого пара                                      tпп=225 оC

-температура питательной воды                                    tпв=100 оC

-температура уходящих газов                                        tуг=136 оC

-избыточное давление                                                    P=14 атм

-КПД котла                                                                      hк=91%.

 

 

 

Секундный расход угля котельной можно рассчитать по формуле:

,   кг/с,

где     

      n – число котлов, 6 шт;

      hк= 91 - КПД котла, %;

      =20,60 - теплота сгорания топлива, МДж/кг;

      Qka- полезно отданное тепло, МВт.

,

где

      D=13,89 - паропроизводительность котла, кг/с;

      Dпр- расход воды на продувку, кг/с;

      hпп , hпв, hквт – энтальпии соответственно перегретого пара, питательной воды, котловой воды, МДж/кг.

  Энтальпии определяются при соответствующих температурах tпп =2250С, tпв =100 0С и избыточном давлении Ризб=14ат по [2] :

hпп =2,863 МДж/кг,

hпв =419 кДж/кг,

hкв =2,789 МДж/кг.   

Определяем расход продувочной воды по формуле:

, кг/с,

где

      р=2-3 % - процент продувки, принимаем р=3%;

тогда получаем:

 кг/с.

Qka=13,89(2,863-0,419) + 0,4167(2,789-0,419)=34,933  МВт.

  кг/с.

 

Годовой расход топлива определяется по формуле:

,   т/год,

где

      nуст – число часов использования установленной теплопроизводительности, n=5700 час/год.

   т/год.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНО-РАЗОВЫХ  И ГОДОВЫХ ВЫБРОСОВ ОТОПИТЕЛЬНОЙ  КОТЕЛЬНОЙ (NOX, SOX, CO, ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ, БЕНЗАПИРЕНА).

 

  Как уже отмечалось, при работе котельных и ТЭС с продуктами сгорания в атмосферу поступают различные вредные вещества: при сжигании твердого топлива - токсичные оксиды серы (SO2 и SO3), азота (NO, NO2, N2O, N2O5) и летучая зола; при сжигании мазута - оксиды серы, азота и соединения ванадия (в основном V2O5); при сжигании газа из токсичных веществ образуются только оксиды азота. При неполном сгорании топлива в дымовых газах в значительных количествах могут содержаться углеводороды (метан, бенз(а)пирен и др.), монооксид углерода СО и некоторые другие токсичные вещества. Сжигание любого топлива сопровождается также выбросами большого количества газов, оказывающих неблагоприятное воздействие на климат: углекислого газа, водяного пара.

  В основу расчетных методик положены руководящие документы, применяемые в настоящее время на котельных и ТЭС [5-7].

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1. Расчет выбросов твердых частиц

Суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива) МТВ , поступающих в атмосферу с дымовыми газами котлов (т/год, г/с), вычисляют по формуле:

,

где

      В - расход натурального топлива за рассматриваемый период (т/год, г/с) Вр=11178кг/с, Вгод=229373т/г ;

      АР=23,6 - зольность топлива на рабочую массу, %;

      аУН=0.95 - доля золы топлива в уносе, %;

      q4=2 - потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %;

      QРН=20600 - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

      32680 - теплота сгорания углерода, кДж/кг;

      = 94% - степень улавливания твердых частиц в золоуловителе.

  г/с;             т/год.

 

 

2.2. Расчет выбросов оксидов  серы

Количество оксидов серы (SO2 и SO3) в пересчете на SO2; за любой промежуток времени (т/год, г/с) определяется по формуле:

,

где

      В - расход натурального топлива за рассматриваемый период (т/год, г/с);

      Sp=0,8 - содержание серы в топливе, %;

      - доля оксидов серы, связываемых летучей золой в газоходах котла, при факельном сжигании различных видов топлива представлено в табл. 2.2. ;

      - доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе вместе с твердыми частицами, определяется по (рис. 2.1)

    - приравняем к единице.

        г/с;

      т/год.

 

 

 

2.3. Расчёт выбросов оксидов азота

Количество оксидов азота в пересчете на диоксид азота (т/год. г/с) рассчитывается по эмпирической формуле:

,

где

      Вут - расход топлива за рассматриваемый период, т. усл. топл/год,

 т.усл.топл /ч;

      К - коэффициент, характеризующий выход оксидов азота, кг/т условного топлива;

      q4=2 - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %;

      - коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива;

      - коэффициент, учитывающий конструкцию горелок (для вихревых горелок 1);

      - коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления (при жидком шлакоудалении 1,6);

     - коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов на выход оксидов азота в зависимости от условий подачи их в топку (нет рециркуляции);

      - коэффициент, характеризующий снижение выброса оксидов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок (при одноступенчатом сжигании);

      r - степень рециркуляции дымовых газов.

Коэффициент вычисляется по эмпирическим формулам:

для паровых котлов паропроизводительностью 30-75 т/ч:

,

где

      DФ=50 и Dн=50 - фактическая и номинальная паропроизводительность котла соответственно, т/ч.

Значения при сжигании твердого топлива вычисляют по формулам:

при 1,25 

 

где

      NГ - содержание азота в топливе, % на горючую массу,

  %.

, т.усл. топл/год,

 , т.усл. топл/ч,

, г/с,

, т/год.

 

2.4. Расчет выбросов монооксида  углерода

Концентрацию монооксида углерода в дымовых газах расчетным путем определить невозможно. Расчет выбросов СО следует выполнять по данным инструментальных замеров. В заранее оговоренных случаях допускается принимать значения выбросов СО согласно следующему расчету.

Количество монооксида углерода (т/год, г/с), выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами котла, рассчитывается по формуле:

 

,

где  q4 - потери теплоты от механического недожога топлива, %;

Ссо - выход монооксида углерода при сжигании топлива, (кг/т, кг/тыс м3) определяется по формуле:

,

где q3 - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива; для котлов с паропроизводительностью 50 т/ч , q3=0,5%.

R- коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную содержанием в дымовых газах монооксида углерода.  Для твердого топлива – 1,0;

, г/кг;

 г/с

 т/год.

 

 

2.5. Расчет выбросов бенз(а)пирена

Расчет выбросов бенз(а)пирена с дымовыми газами от энергетических котлов производят согласно методике [6] в зависимости от вида сжигаемого топлива.

Концентрацию бенз(а)пирена в дымовых газах пылеугольных котлов СТВБП (мкг/м3), приведенную к =1,50, рассчитывают по формуле:

,

где

      А - коэффициент, определяемый по формуле

,

      - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

      - степень улавливания бенз(а)пирена в золоуловителях, %, рассчитывается по формуле

, %,

где

      - КПД золоуловителя, %;

      Кдооч - коэффициент, учитывающий увеличение концентрации бенз(а)пирена в уходящих газах во время работы дробевых очисток поверхностей нагрева котла, принимается равным 1,5.

, мкг/м3.

Максимальный разовый выброс бенз(а)пирена в атмосферу при сжигании всех видов топлива МРБП , г/с, рассчитывают по формуле:

      ,

где

      СБП=0,439 - концентрация бенз(а)пирена в дымовых газах,  мкг/м3;

      VГ - объем дымовых газов котла при соответствующем значении м3/с;

,

где

      - коэффициент избытка воздуха перед трубой;

      - теоретический объём воздуха, м3/кг, рассчитывается по формуле

 м3/кг,

         = 7,28 м/кг - теоретический объём дымовых газов, м3/кг,