Загрязнение и очистка воздуха от тепловых электростанций

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

 

ФГБОУ ВПО САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Гагарина Ю.А.

 ЭНГЕЛЬССКИЙ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ (филиал)

 

Кафедра «Экологии и охраны окружающей среды»

 

 

Принят ___________________________ « ___ » _____________ 2014 год ____________________________ подпись

Проверен   « ___ » ____________ 2014 год _________________________ подпись преподавателя

 

 

 

 

 

Расчетно-графическая работа

по дисциплине экспертиза проектов

На тему: «Загрязнение и очистка воздуха от тепловых электростанций»

12 вариант

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                   Выполнил:

ст. группы

 

Шифр_№

Проверил:

д.т.н., доц.

 

 

 

 

2014 Г.

 

Содержание

 

Данные для расчетно-графической работы	2
Основные экологические проблемы на предприятиях теплоэнергетики	3
Основное направление в решении экологических проблем теплоэнергетики	4
Расчет	5
Методы очистки газов	10
Химическая, физическая и токсикологическая характеристика диоксида серы	14
Список использованной литературы	15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Данные для расчетно-графической работы

Производство - тепловая электростанция

Выбрасываемые вещества - диоксид серы

Высота трубы, Н, м – 150

Диаметр трубы, D, м – 5

Скорость выхода ГВС, W, м/с – 8

Температура выброса, Т, ˚С – 123

Масса выброса,  М, т/ч – 10

Скорость ветра, Vветра,  м/с – 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Основные экологические проблемы на предприятиях теплоэнергетики

 

Промышленное производство электрической и тепловой энергии сопровождается крупномасштабным материальным и энергетическим обменом с окружающей средой, имеющим своим следствием отрицательное воздействие на нее и, следовательно, вызывающим необходимость ее защиты.

В настоящее время именно тепловой энергетике принадлежит определяющая роль в производстве электроэнергии во всем мире.

Для оценки экологичности теплоэнергетики важное значение имеет структура топливного баланса ТЭС. В топливном балансе ТЭС во всем мире в целом доминирующее положение занимает уголь.

С экологической точки зрения ТЭС представляют собой непрерывно действующие уже в течение десятков лет источники выбросов в атмосферу продуктов сгорания топлива и сбросов в водоемы большого количества низкопотенциального тепла.

Рассматривая воздействие ТЭС на атмосферу, растительный и животный мир, имеют в виду, прежде всего, выбросы тех веществ, на которые установлены ПДК в воздухе населенных мест. При сжигании природного газа это оксиды азота (NO, NO2), оксид углерода (СО) и бенз(а)пирен (С20Н12), причем токсичность уходящих газов связана практически только с оксидами азота, так как концентрация бенз(а)пирена ничтожно мала. Образование оксида углерода при сжигании природного газа и мазута минимизируется путем рациональной организации топочного режима. При сжигании твердого и жидкого топлива добавляются оксиды серы (SO2, SO3) и зола.

Сегодня структура топливного баланса следующая: природный газ – 63% потребляемого на ТЭС топлива, уголь - 28%, мазут и прочие виды топлива - 19%.

Сжигаемый на ТЭС России энергетический уголь имеет обычно низкое качество. Высокая зольность и влажность угля при практическом отсутствии обогащения вызывают значительные технические и экологические трудности при его сжигания в котлах. Это, в частности, явилось одной из причин снижения его использования.

Каждое топливо, в зависимости от его технологических характеристик (содержания серы, золы, теплоты сгорания) можно охарактеризовать условным (без учета радиационных характеристик минеральной части и токсичности содержащихся в топливе микроэлементов), относительным (по отношению к наиболее чистому топливу - природному газу) показателем экологичности:

,

где Сi - концентрация i-го вредного вещества в уходящих газах котла, мг/м3;

ПДКi - максимальная разовая предельно допустимая концентрация i-го вредного вещества в приземном слое воздуха, мг/м3;

Qr - теплота сгорания топлива, кДж/кг (индексы “пг” и “т” относятся к природному газу и топливу).

Для топливного баланса ТЭС России в 1998 г. ТЭ=0,65. На ТЭС США показатель экологичности ТЭ=0,2, т. е. он более чем в 3 раза уступает аналогичному показателю ТЭС России.

 

 

2. Основное направление в решении экологических проблем теплоэнергетики

 

Основное направление в решении экологических проблем на ТЭС состоит в создании экологически чистых ТЭС, отвечающих нормативным экологическим требованиям. В России требования Госстандарта 1995 г. к содержанию загрязняющих веществ в дымовых газах соответствуют в основном требованиям, установленным в промышленно развитых странах, где они отвечают достигнутому уровню техники и учитывают экономические соображения. Существенна при этом величина антропогенной нагрузки на окружающую среду, которая зависит от плотности потока потребляемой энергии, отнесенной к единице площади территории страны (таблица 1).

Промышленно развитые страны являются основными поставщиками выбросов вредных веществ. При этом страны с высокой антропогенной нагрузкой на окружающую среду - Япония, Германия, Нидерланды - имеют жесткие нормативы выбросов, ориентированные на все имеющиеся в их распоряжении методы очистки дымовых газов и использование на электростанциях малосернистого топлива.

Таблица 1. Потоки потребляемой энергии на единицу площади территории ряда стран в 1987 г., петаджоулей на 100000 га

Страна	Удельный поток   потребляемой энергии	Индекс антропогенной нагрузки
Мир в целом	22	1,0
Нидерланды	914	41,5
Германия	418	19,0
Великобритания	355	16,1
Япония	352	16,0
Бывший СССР	25	1,1
Россия	16	0,7

 

В странах с существенно меньшей антропогенной нагрузкой - США, Канаде, Испании и др. - приняты менее жесткие нормативы удельных выбросов.

С учетом антропогенной нагрузки экологические требования к новым котельным установкам в России, с нашей точки зрения, не должны быть более жесткими, чем, например, в США. Кроме того, экологические нормативы должны устанавливаться исходя из достигнутого в стране уровня технического развития.

При рассмотрении вопроса о нормативах необходимо также учесть еще одно обстоятельство, важное именно для России. Особенности атмосферной циркуляции в северном полушарии Земли приводят к значительному трансграничному переносу газообразных выбросов из стран Западной и Восточной Европы на территорию России.  
В нашу страну поступает в 8 раз больше серы и в 7,3 раза больше оксидов азота, чем выносится с ее территории в другие государства.

Особенно сильно подобный дисбаланс ощущается со стороны Германии, Польши, Чехии и Словакии в переносе серы на Европейскую часть России. Очевидно, что эту ситуацию необходимо учитывать при дальнейшем формировании программ Европейского сотрудничества.

 

3. Расчет

 

1.Определение величины максимально приземной концентрации См,(мг/м3), для нагретых источников ( источник считается нагретым, если ∆Т > 0):

= 100˚С

 где Т1 – температура выброса (см. табл.1)

  Т2 – средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца года (для Саратовской области Т2=230С);

              (1)

где =1

Безразмерный коэффициент m определяется по формуле:

                  = 1,135                                      (2)

где                  ƒ =0,14                                                      (3)

Безразмерный коэффициент n определяется в зависимости параметра , (м3/с):

                                     = 3,0615                                     (4)

Для расчета необходимо знать объемную скорость выхода газовоздушной смеси из источника V, м3/с:

                                        (5)

После вычисления  определяем коэффициент n:

1. n =1, если ≥ 2;
2. n = 0,532 – 2,13 + 3,13, если 0,5 ≤ < 2;
3. n = 4,4 если < 0,5.

2. Определение расстояния от источника горячего выброса до той точки, на которой достигается величина максимально приземной концентрации вредных веществ , м:

                                   = 2373                                             (6)

   1) если 0,5 , то d = 2,48 (1 + 0,28 );

  2) если 0,5 < ≤ 2, то d = 7 (1 + 0,28 );

  3) если  > 2 ; то d=4,95 (1 + 0,28 ).

3. Рассчитываем максимальную приземную концентрацию для холодного источника . Холодным источником считается, если ∆Т ≤ 0, т.е. температура газовой смеси равна или меньше температуры окружающей среды, которая для Саратовской области равна 23 0С. Коэффициенты А, F, принимаются такие же, как и для нагретых источников.

                       1364,41                                                (7)

Характер зависимости и расчетные формулы для холодного источника такие же, как и для нагретых.рассчитывается:

                              = 0,35                                                     (8)

Безразмерный коэффициент n, рассчитывается в зависимости от величины :

1. n =1, если ≥ 2;
2. n = 0,532 – 2,13 + 3,13, если 0,5 ≤ < 2;
3. n = 4,4 , если < 0,5.

4. Определение расстояния (м) от холодного источника до той точки, где достигается величина :

                                                         (9)

1) если  ≤ 0,5, то d = 5,7;

2) если 0,5 ≤  < 2, то d = 11,4 ;

3) если > 2, d = 16.

5. Определение опасной скорости ветра Vопасн :

1) если ≤ 5,  то Vопасн = 0,5  (м/с);

2) если  0,5 <  ≤ 2,  то  Vопасн =  ;

3) если > 2,  то Vопасн =  V m  (1+0,12) для нагретых выбросов;

4) > 2,  то Vопасн =  2,2  для холодных выбросов.

6. Определение расстояния от источника выброса при определении скорости ветра:

                           = 3512,04                                         (10)

                                 = 4959                                         (11)

      - см. таблица 1

1. если ≤ 0,25, то Р = 3;
2. 0,25≤ ≤ 1, то  Р = 8,43 ( 1- )5 + 1;
3. >1, то Р = 0,32 + 0,68.

7. Определение концентрации вредных веществ холодного и горячего источника при определенной скорости ветра:

                              =  0,239                                                               (12)

                                 = 64,12                                                              (13)

1) если ≤ 1, то r = 0,67 + 1,6 ()2 – 1,34 ()3;

2) если > 1, то    r = .

1 способ снижения величины выброса. Сравним значение   с ПДКм.р.. Если > ПДКм.р., то попробуем снизить значение за счет увеличения высоты трубы. 
8. Расчет минимальной высоты трубы для горячего источника

  Расчет минимальной высоты  трубы в первом приближении, Н1:

                                                                         (14)

где Сф = 0, т.к. нет дополнительных источников загрязнения. Полученное значение подставляем в уравнения 2; 3; 4 (стр. 16 -17) для  расчета значений ƒ1m1и для определения  n1.

Расчет минимальной высоты трубы во втором и последующих приближениях, Н2 и Нn:

                                        (15)

 

Рассчитываем значения Сm с минимальной высотой трубы, т.е. с подобранной величиной , причем все остальные величины рассчитаны ранее по уравнениям 2; 3; 4:

                                        = 0,163                            (16)

2 способ снижения величины  выброса -  за счет увеличения СЗЗ. Сравним рассчитанное значения (с учетом  . Если, то рассчитаем расстояния СЗЗ с учетом розы ветров для горячего источника.

ПДК>

9.Построение розы ветров

Расчет расстояния от источника до внешней границы СЗЗ без учета розы ветров (L0). Причем, используем величины: рассчитанная по уравнению (1); рассчитанная по уравнению (6):

                          = 1803,4                                         (17)

где                      = 0,638                                                              (18)