пр 4 / отчет Котельная

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИШЯТ

ОЯТЦ

Химическая технология материалов современной энергетики

Отчет по заданию

ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ. РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ

Выполнил студент гр. 0471 ____________ _______ Хрусталева А. А.

^{Подпись Дата Фамилия И.О.}

Проверил ____________ _______ Вторушина А. Н.

^{Подпись Дата Фамилия И.О.}

Томск-2019

Общество с ограниченной ответственностью ООО «Теплоэнергетик» расположено в городе N. Кемеровской области. Основной вид деятельности – производство тепловой энергии и отпуск ее потребителям. На балансе ООО «Теплоэнергетик» имеется 12 котельных, обеспечивающих теплом жилые массивы, школы и другие социальные объекты.

Основным видом топлива в котельных является каменный уголь Грамотеинского разреза. В качестве пылеочистных установок применяются циклоны со средней степенью очистки около 80%. Дополнительные данные для расчета: α²T = 1,2.

Котельная оборудована 3 водогрейными котлами типа “ЛК-2” (ланкаширскими) теплопроизводительностью по 0,96 Гкал/час. Котлы с ручным обслуживанием. В холодное время в работе находятся 3 котла. Котельная работает в отопительном режиме, общее время работы котельной 6144 часа в год. В течение года расходуется 4010 т угля. В самый холодный месяц расходуется 742 т угля. Дымовые газы дымососами типа ДН-10 направляются на очистку в циклон, затем выбрасываются в атмосферный воздух через дымовую трубу. В дымовых газах присутствуют оксид углерода, оксиды азота и серы, угольная зола, сажа и бенз(а)пирен.

Исходные данные:

Данные	Коэффициенты
Котел ЛК-2. Каменный уголь Грамотеинский, Расход: топлива = 4010 т/год. Камерная топка. Водогрейный котел. Эффективность циклона 80 %.	Wr = 14,0 % Ar = 9,5 % Sкол = 0,5 % Sорг = 0,5 % Sраб = 0,5 % Сраб = 59,5 % Нраб = 4,0 % Nраб = 1,5 % Oраб = 11,0 % Qраб = 5450 ккал/кг r = 5 % КСО = 2 кг/ГДж tн = 150 ℃ α = 1,4 = 1 аун. = 0,95	Qраб = 22,82 МДж/кг Vo = 6,0 нм3/кг VrO2 = 1,11 нм3/кг VoN2 = 4,75 нм3/кг VoH2O = 0,71 нм3/кг Vro = 6,58 нм3/кг αТ = 1,2 q­3 = 2 % q4 = 8 % qr = 1,2 МВт/м2 η’SO2 = 0,1 ηЗУ = 0,8 z = 0,7 A = 2,5 R = 1

Твердое топливо, водогрейный котел.

Оксиды азота.

Суммарное количество оксидов азота NO_x в пересчете на NO₂ (в г/с, т/год), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, рассчитывается по формуле (1.1.1):

M_NOx = B_p · Q^r_i · K^r_NO2 · ß_r · k_П (1.1.1)

где B_p - расчетный расход топлива, л/с (тыс. нм³/год);

Q^r_i - низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

K^r_NO2 - удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г/МДж;

ß_r - безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки;

k_П - коэффициент пересчета, k_П = 10^-3.

B_p = B·(1-0.08)

B_p = 4010·(1-0.08)= 3689 т/год

Для водогрейных котлов K^г_NO2 считается по формуле (1.1.2):

K^r_NOx = 11,0·10^-3· α_Т ·(1 + 5,46) (1.1.2)

K^r_NOx = 11,0·10^-3· 1,2 ·(1 + 5,46) = 0,129

где Q_Т - фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу, МВт.

Q_T определяется по формуле (1.1.3):

Q_Т = B'_р · Q^r_i (1.1.3)

Q_Т = 3689 · 22,89 ·1000/(8760·3600) = 2,669 МВт

где B_р - расчетный расход топлива, т/год;

Q^r_i - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг

В связи с установленными раздельными ПДК для оксида и диоксида азота и с учетом трансформации оксида азота в атмосферном воздухе суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие по формулам (1.1.7 - 1.1.8):

M_NOx = B_p · Q^r_i · K^r_NO2 · ß_r · k_П

M_NOx = 3689 · 22,89· 0,129 · 1 · 10^-3 = 10,64 т/год

M_NO2 = 0,8 · M_NOx (1.1.7)

M_NO2 = 0,8 · 10,64 = 8,5 т/год

M_NO = 0,13 · M_NOx (1.1.8)

M_NO = 0,13 ·1,064 = 1,38 т/год (1.1.8)

Оксиды серы.

Суммарное количество оксидов серы M_SO2, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами ( г/с, т/год), вычисляется по формуле (1.1.9):

M_SO2 = 0,02 · B_p · S^r · (1 - η’_SO2) (1.1.9)

M_SO2 = 0,02 · 3689 · 0,005 · (1 – 0,1) = 33,201 т/год

где B - расход натурального топлива за рассматриваемый период, л/с (тыс. нм³/год);

S^r - содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η’_SO2 - доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле.

Оксид углерода.

При отсутствии данных инструментальных замеров оценка суммарного количества выбросов оксида углерода, г/с (т/год), может быть выполнена по соотношению (1.1.10):

M_CO = 10^-3 · B_p · Q^r_i · К_СО· (1 - q₄ / 100) (1.1.10)

M_CO = 10^-3 · 3689 · 22,82· 2 · (1 – 8 /100) =154,89 т/год

где B - расход топлива, т/год

q₄ - потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, %.

Q^r_i - низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

Твердые частицы

М_тв = 0,01 · B_р ·( а_ун · A^r + q₄ ·)· (1- η_З )

М_тв = 0,01 · 3689·(0,95 · 9,5 + 8 ·)· (1- 0,8 ) = 495,89 т/год

Бенз(а)пирен.

Суммарное количество M_j загрязняющего вещества j, поступающего в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год), определяется по формуле (1.1.12):

М_j = c_j · V_сг · B_р · k_П (1.1.12)

c_j - массовая концентрация загрязняющего вещества j в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха α₀ = 1,4 и нормальных условиях мг/нм³;

V_сг - объем сухих дымовых газов, образующихся при полном сгорании 1 нм³ топлива, при α₀ = 1,4, нм³/нм³ топлива;

B_р - расчетный расход топлива; при определении выбросов в г/с, B_р берется в тыс. нм³/ч; при определении выбросов в т/г, B_р берется в тыс. нм³/год;

k_П - коэффициент пересчета; при определении выбросов в г/с, k_П = 0,278 · 10^-3, при определении выбросов в т/г, k_П = 10^-6.

Расчетный расход топлива В_р, тыс. нм³/ч или тыс. нм³/год, определяется по формуле (1.1.13):

B_p = B·(1-0.08)

B_p = 4010·(1-0.08)= 3689 т/год (1.1.13)

где B - полный расход топлива на котел тыс. нм³/ч или тыс. нм³/год

q₄ - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %.

Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны водогрейных котлов малой мощности определяется следующим образом:

для α’’_T = 1,08 ÷ 1,25 по формуле (1.1.14):

с^Г_бп = 10^-3 · (А · Q^r_i /( e^{2,5 · αТ}) + R/t_н) · K_Д · K_ЗУ (1.1.14)

где α_Т - коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки 1,2;

K_Д = 1 - коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания;

K_ЗУ = 1- η_ЗУ · z

K_ЗУ = 1- 0.8 · 0,7 = 0,44

с^Г_бп = 10^-3 · (2,5 · 22,82/( e^{2,5 · 1,2}) + 350/150) · 1 · 0,44 = 0,002276

Объем сухих дымовых газов при стандартном коэффициенте избытка воздуха α₀ = 1,4 и нормальных условиях (температура 273 К и давление 101,3 кПа) определяется по уравнению (1.1.17):

V_СГ = V⁰_Г + (α₀ - 1) · V⁰ - V⁰_H2O (1.1.17)

гдеV⁰,V⁰_ГиV⁰_H2O– соответственно объемы воздуха, дымовых газов и водяных паров при стехиометрическом сжигании одного килограмма (1 нм³) топлива, нм³/кг (нм³/нм³).

Для твердого топлива расчет выполняют по химическому составу сжигаемого топлива по формулам (1.1.18-1.1.20):

V⁰ = 0,0889 · [С_раб + 0,375 · (S_орг + S_кол) ]+ 0,265 Н_раб – 0,0333· O_раб (1.1.18)

V⁰ = 0,0889 · [0,595+ 0,375 · 1] + 0,265 · 0,04 – 0,0333· 0,11 = 0,09317

V⁰_H2O = 0,111 · Н_раб + 0,0124 · W^r + 0,0161 · V⁰ (1.1.19)

V⁰_H2O = 0,111 · 0,04 + 0,0124 · 0,14 + 0,0161 · 0,09317 = 0,00768

V⁰_Г = V^r_O2 + V^o_N2 + V⁰_H2O = 1,11 + 4,75 + 0,71 = 6,57 нм³/кг (1.1.20)

V_СГ = 6,57 + (1,2 - 1) · 0,09317 - 0,00768 = 6,58 нм³/кг

М_бп = 0,002276· 6,58 ·3689 · 10^-6 = 5,6 *10^-5 т/год

Рассчитаем валовый выброс за самый холодный месяц:

B = 742 т

Оксиды азота.

Суммарное количество оксидов азота NO_x в пересчете на NO₂ (в г/с, т/год), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, рассчитывается по формуле:

M_NOx = B_p · Q^r_i · K^r_NO2 · ß_r · k_П

где B_p - расчетный расход топлива, л/с (тыс. нм³/год);

Q^r_i - низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

K^r_NO2 - удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г/МДж;

ß_r - безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки;

k_П - коэффициент пересчета, k_П = 10^-3.

B_p = B·(1-0.08)

B_p = 742·(1-0.08)= 682,64 т/год

Для водогрейных котлов K^г_NO2 считается по формуле (1.1.2):

K^r_NOx = 11,0·10^-3· α_Т ·(1 + 5,46) (1.1.2)

K^r_NOx = 11,0·10^-3· 1,2 ·(1 + 5,46) = 0,129

где Q_Т - фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу, МВт.

Q_T определяется по формуле:

Q_Т = B'_р · Q^r_i

Q_Т = 682,64 · 22,89 ·1000/(8760·3600) = 0,4955 МВт

где B_р - расчетный расход топлива, т/год;

Q^r_i - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг

В связи с установленными раздельными ПДК для оксида и диоксида азота и с учетом трансформации оксида азота в атмосферном воздухе суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие по формулам (1.1.7 - 1.1.8):

M_NOx = B_p · Q^r_i · K^r_NO2 · ß_r · k_П

M_NOx = 682,64 · 22,89· 0,129 · 1 · 10^-3 = 2,016 т/год

M_NO2 = 0,8 · M_NOx (1.1.7)

M_NO2 = 0,8 · 2,016 = 1,613т/год

M_NO = 0,13 · M_NOx (1.1.8)

M_NO = 0,13 ·2,016 = 0,262 т/год (1.1.8)

Оксиды серы.

Суммарное количество оксидов серы M_SO2, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами ( г/с, т/год), вычисляется по формуле (1.1.9):

M_SO2 = 0,02 · B_p · S^r · (1 - η’_SO2) (1.1.9)

M_SO2 = 0,02 · 682,64 · 0,005 · (1 – 0,1) = 0,614 т/год

где B - расход натурального топлива за рассматриваемый период, л/с (тыс. нм³/год);

S^r - содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η’_SO2 - доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле.

Оксид углерода.

При отсутствии данных инструментальных замеров оценка суммарного количества выбросов оксида углерода, г/с (т/год), может быть выполнена по соотношению (1.1.10):

M_CO = 10^-3 · B_p · Q^r_i · К_СО· (1 - q₄ / 100) (1.1.10)

M_CO = 10^-3 · 682,64 · 22,82· 2 · (1 – 8 /100) = 28,66 т/год

где B - расход топлива, т/год

q₄ - потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, %.

Q^r_i - низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

Твердые частицы

М_тв = 0,01 · B_р ·( а_ун · A^r + q₄ ·)· (1- η_З )

М_тв = 0,01 · 682,64·(0,95 · 9,5 + 8 ·)· (1- 0,8 ) = 19,95 т/год

Бенз(а)пирен.

Суммарное количество M_j загрязняющего вещества j, поступающего в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год), определяется по формуле (1.1.12):

М_j = c_j · V_сг · B_р · k_П (1.1.12)

c_j - массовая концентрация загрязняющего вещества j в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха α₀ = 1,4 и нормальных условиях мг/нм³;

V_сг - объем сухих дымовых газов, образующихся при полном сгорании 1 нм³ топлива, при α₀ = 1,4, нм³/нм³ топлива;

B_р - расчетный расход топлива; при определении выбросов в г/с, B_р берется в тыс. нм³/ч; при определении выбросов в т/г, B_р берется в тыс. нм³/год;

k_П - коэффициент пересчета; при определении выбросов в г/с, k_П = 0,278 · 10^-3, при определении выбросов в т/г, k_П = 10^-6.

Расчетный расход топлива В_р, тыс. нм³/ч или тыс. нм³/год, определяется по формуле (1.1.13):

B_p = B·(1-0.08)

B_p = 742·(1-0.08)= 682,64 т/год (1.1.13)

где B - полный расход топлива на котел тыс. нм³/ч или тыс. нм³/год

q₄ - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %.

Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны водогрейных котлов малой мощности определяется следующим образом:

для α’’_T = 1,08 ÷ 1,25 по формуле (1.1.14):

с^Г_бп = 10^-3 · (А · Q^r_i /( e^{2,5 · αТ}) + R/t_н) · K_Д · K_ЗУ (1.1.14)

где α_Т - коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки 1,2;

K_Д = 1 - коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания;

K_ЗУ = 1- η_ЗУ · z

K_ЗУ = 1- 0.8 · 0,7 = 0,44

с^Г_бп = 10^-3 · (2,5 · 22,82/( e^{2,5 · 1,2}) + 350/150) · 1 · 0,44 = 0,002276

Объем сухих дымовых газов при стандартном коэффициенте избытка воздуха α₀ = 1,4 и нормальных условиях (температура 273 К и давление 101,3 кПа) определяется по уравнению (1.1.17):

V_СГ = V⁰_Г + (α₀ - 1) · V⁰ - V⁰_H2O (1.1.17)

гдеV⁰,V⁰_ГиV⁰_H2O– соответственно объемы воздуха, дымовых газов и водяных паров при стехиометрическом сжигании одного килограмма (1 нм³) топлива, нм³/кг (нм³/нм³).

Для твердого топлива расчет выполняют по химическому составу сжигаемого топлива по формулам (1.1.18-1.1.20):

V⁰ = 0,0889 · [С_раб + 0,375 · (S_орг + S_кол) ]+ 0,265 Н_раб – 0,0333· O_раб (1.1.18)

V⁰ = 0,0889 · [0,595+ 0,375 · 1] + 0,265 · 0,04 – 0,0333· 0,11 = 0,09317

V⁰_H2O = 0,111 · Н_раб + 0,0124 · W^r + 0,0161 · V⁰ (1.1.19)

V⁰_H2O = 0,111 · 0,04 + 0,0124 · 0,14 + 0,0161 · 0,09317 = 0,00768

V⁰_Г = V^r_O2 + V^o_N2 + V⁰_H2O = 1,11 + 4,75 + 0,71 = 6,57 нм³/кг (1.1.20)

V_СГ = 6,57 + (1,2 - 1) · 0,09317 - 0,00768 = 6,58 нм³/кг

М_бп = 0,002276· 6,58 ·682,64 · 10^-6 = 5,52 *10^-5 т/год