5.2. Розрахунок кількості шкідливих речовин, що надходять в атмосферне повітря з вентиляційного стовбура вугільної шахти

Забруднюючі речовини, які надходять в атмосферне повітря зі стовбура системами провітрювання підземних гірничих виробок, це газ метан, діоксид вуглецю і пил.

Викид газу метану визначається за формулою (т/рік):

, (5.2.1)

де:

С₁ - середньорічна концентрація метану у вихідному струмені за даними «Вентиляційного журналу», %. При виконанні розрахунків відсотки необхідно перевести в частки одиниці. Наприклад, С = 0,01 % або C = 0,001;

Q - витрата повітря на вихідній вентиляційного струменя за даними «Вентиляційного журналу», м³/хв;

Т - час роботи вентилятора, хв. Т = 525600 хв (365дней х 24год х 60 хв);

g - вага 1 м³ метану. g = 0,716 кг/м³.

Викид пилу, що містить SiO₂ 20-70%, визначається за формулою (т/рік):

, (5.2.2)

де:

С₂ - концентрація пилу у вихідному струмені, мг/м³;

Q - витрата повітря на вихідній вентиляційного струменя за даними «Вентиляційного журналу», м³/хв;

Т - час роботи вентилятора, хв. Т = 525600 хв (365дней х 24год х 60 хв).

Вихідні дані для розрахунку кількості шкідливих речовин, що надходять в атмосферне повітря з вентиляційного стовбура вугільної шахти, наведені в таблиці Б.2.

5.3. Розрахунок кількості шкідливих речовин, що надходять в атмосферне повітря при зварювальних роботах

При виконанні зварювальних робіт атмосферне повітря забруднюється зварювальним аерозолем, у складі якого в залежності від виду зварювання, марок електродів і флюсу знаходяться шкідливі для здоров'я людини оксиди металів.

Масовий викид шкідливих речовин в атмосферу при виробництві зварювальних робіт за рік розраховується за формулою (т/рік):

М_вв = V_у х n х 10^-6, (5.3.1)

де:

V_у - питоме виділення шкідливих речовин, г/кг;

n - кількість витрачених електродів в рік, кг.

Зазвичай зварювальні роботи проводять 3 - 4 години на зміну по п'ятиденному тижні. Кількість робочих тижнів на рік 52.

Тоді максимальний викид складе (г/сек)

М_{max вв} = (5.3.2)

Вихідні дані для розрахунку кількості шкідливих речовин, що надходять в атмосферне повітря при зварювальних роботах, наведені в таблиці Б.2.

5.4. Розрахунок викидів шкідливих речовин в атмосферне повітря від енергоблока з котлом, який призначений для факельного спалювання вугілля з високим вмістом летючих

При спалюванні органічного палива в енергетичних установках в атмосферу з димовими газами надходять забруднюючі речовини та парникові гази:

• речовини у вигляді суспендованих твердих частинок;

• оксид сірки SO_х у перерахунку на діоксид сірки або сірчистий ангідрід SO₂;

• оксиди азоту NOх у перерахунку на діоксид азоту NO₂;

• оксид вуглецю СО;

• діоксид вуглецю СО₂;

• важкі метали та їх сполуки;

• метан СН₄;

• оксид азоту або діоксид азоту NO₂.

Валові викиди забруднюючих речовин та парникових газів визначається на основі:

• постійних вимірювань концентрацій забруднюючих речовин в димових газах енергетичних установок;

• розрахункових методів за даними про витрати і складах використаного палива і характеристики.

При виконанні курсового проекту будемо використовувати розрахункові методи за методикою «Викиди забруднюючих речовин в атмосферу від енергетичних установок», ГКД 34.02.305-2002. Розрахункові методи визначення викидів забруднюючих речовин засновані на використанні показника емісії. Показник емісії характеризує масову кількість забруднюючих речовин, яка викидається енергетичною установкою в атмосферне повітря разом з димовими газами, віднесену до одиниці енергії, що викидається під час згоряння палива. Він залежить від багатьох факторів. Існують два показники емісії - узагальнений та специфічний.

Узагальнений показник емісії забруднюючих речовин є середньою питомою величиною викиду для певної категорії енергетичних установок, певної технології спалювання палива, певного виду палива з урахуванням заходів щодо зниження викидів забруднюючих речовин. Він не враховує особливостей хімічного складу палива.

Специфічний показник емісії є питомою величиною викиду, яка визначається для конкретної енергетичної установки з урахуванням індивідуальних характеристик палива, конкретних характеристик процесу спалювання та заходів щодо зниження викидів забруднюючих речовин.

При наявності обох показників емісії забруднюючих речовин необхідно використовувати специфічний.

При використанні вугілля необхідно розраховувати викиди оксидів азоту, сірки, водню, твердих часток і важких металів, а також NO₂ і CH₄.

Показники емісії забруднюючих речовин визначаються за формулами.

Валовий викид оксидів азоту (NOх) розраховується за формулою (т):

(5.4.1)

де:

- нижня теплота згоряння вугілля, МДж/кг;

В - витрати вугілля, т;

- показник емісії оксидів азоту, г/ГДж, з урахуванням заходів скорочення викидів розраховується за формулою:

(5.4.2)

де:

- показник емісії оксидів азоту без врахування заходів скорочення викидів, г/ГДж, і приймається відповідно до таблиці 5.4.1;

- ефективність первинних (технологічних) заходів зі скорочення викидів, приймається відповідно до таблиці 5.4.2;

- ефективність вторинних заходів (азотоочісні установки);

β - коефіцієнт роботи азотоочісної установки;

- ступінь зменшення викидів NO₂ під час роботи на низькому навантаженні, розраховується за емпіричною формулою:

, (5.4.3)

де:

Q_ф - фактична теплова потужність енергетичної установки, МВт;

Q_н - номінальна теплова потужність енергетичної установки, МВт;

z - емпіричний коефіцієнт, який залежить від виду енергетичної установки, її потужності, типу палива і т.д., приймається відповідно до таблиці 5.4.3.

Формула розрахунку теплової потужності котла Q, МВт, на підставі даних про його паропродуктівності має вигляд:

, (5.4.4)

де:

D₀ - паропродуктівность котла, т/рік;

ω - відношення паропродуктівності до теплової потужності котла, т/(ч • МВт).

Значення відносини паропродуктівності котла D₀ до його теплової потужності Q наведено в таблиці 5.4.4.

Таблиця 5.4.1 Показники емісії оксидів азоту без урахування первинних заходів, г/ ГДж

Технологія згоряння	Тверде паливо	Мазут	Газотурбінне паливо	Природний газ
1	2	3	4	5
Теплова потужність котла  300МВт: з рідким шлаковиделення при спалюванні антрациту; з рідким шлаковиделення при спалюванні кам'яного вугілля з твердим шлаковиделення при спалюванні кам'яного вугілля	- 420 250 230	200 - - -	- - - -	150 - - -
Теплова потужність котла  300МВт: з рідким шлаковиделення при спалюванні антрациту з рідким шлаковиделення при спалюванні кам'яного вугілля з твердим шлаковиделення при спалюванні кам'яного вугілля з горизонтальною циклонічною топкою для кам'яного вугілля Циркулюючий киплячий шар Киплячий шар підтиском Нерухомий шар Камера згоряння газової турбіни	250 180 160 480 70 100 100 -	140 - - - - - - - 150	- - - - - - - - 150	100 - - - - - - - 120

Валовий викид діоксиду сірки (SO₂) розраховується за формулою (т):

(5.4.5)

Показник емісії оксиду сірки, г/ГДж, (у перерахунку на діоксид сірки SO₂) які надходять в атмосферу з димовими газами за проміжок часу Р, є специфічним і розраховується за формулою:

, (5.4.6)

Таблиця 5.4.2 Ефективність первинних заходів скорочення викидів NO₂

Тип первинних заходів

Ефективність

Малотоксичні пальники Ступенева подача повітря Подача третинного повітря Рециркуляція димових газів Трьохступенева подача повітря та палива Малотоксичні пальники + ступенева подача повітря Малотоксичні пальники + подача третинного повітря Малотоксичні пальники + рециркуляція димових газів Ступенева подача повітря + подача третинного повітря Ступенева подача повітря + рециркуляція димових газів Малотоксичні пальники + ступенева подача повітря + рециркуляція димових газів Малотоксичні пальники + ступенева подача повітря + подача третинного повітря

0,20 0,30 0,20 0,10 0,35 0,45 0,40 0,30 0,45 0,40 0,50 0,60

Таблиця 5.4.3 Значення емпіричного коефіцієнта z

Теплова потужність (паропродуктівность) котельної установки	Тверде паливо	Природний газ, мазут
Паровий котел 140 МВт і вище (200т/рік і вище) Паровий котел від 22 до 140 МВт (від 30 до 200 т/рік) Водогрійний котел	1,15 1,15 1,15	1,25 1,25 1,25

де:

- нижня теплота згоряння вугілля, МДж/кг;

- вміст сірки в паливі на робочу масу за проміжок часу Р, %;

- ефективність сполуки сірки золою сорбентом в енергетичній установці, приймається відповідно до таблиці 5.4.5;

- ефективність очищення димових газів від оксидів сірки;

β - коефіцієнт роботи сіркоочісної установки.

Таблиця 5.4.4 Значення відносини паропродуктівності котла до його теплової потужності

Обладнання	Значення
Котел з тиском свіжої пари р0 (13,8 МПа (при D0> 500 т / рік) з проміжним перегрівом	1,35
Котел з тиском пари у межах: 9,8 МПа ≤ р0 ≤ 13,8 МПа (при D0 <500 т/рік) без проміжного перегріву	1,45
Котел з тиском пари не більше: 1,4 МПа < р0 < 9,8 МПа (при D0 = 6,5 ... 75 т/рік для перегрітої пари) без проміжного перегріву	1,35
Котел з тиском пари р0 ≤ 1,4 МПа (при D0 ≤ 20 т/рік для насиченої пари) без проміжного перегріву	1,50

Таблиця 5.4.5 Ефективність з'єднання оксидів сірки золою або сорбентом топці

Технологія спалювання		Примітки
Факельне спалювання вугілля в котлах з рідким шлаковидаленням Факельне спалювання вугілля в котлах з твердим шлаковидаленням Факельне спалювання мазуту в котлах Спалювання в киплячому шарі	0,05 0,10 0,02 0,93	Зв'язування золою палива Зв'язування золою палива Зв'язування золою палива Зв'язування сорбентом у котлі при мольному відношенні Са/Sm = 2,5

Валовий викид оксидів вуглецю (СО) розраховується за формулою:

(5.4.7)

Показник емісії оксиду вуглецю згідно таблиці 5.4.6 становить 11,4 г / ГДж.

Показатель емісії вуглекислого газу (СО₂) , г/ГДж, при спалюванні органічного палива визначається за формулою:

(5.4.8)

де:

C^r - масовий вміст вуглецю в паливі на робочу масу, %;

- нижня теплота згоряння вугілля, МДж / кг;

- ступінь окислення вуглецю палива, який визначає ефективність процесу горіння.

При повному згорянні палива ступінь окислення дорівнює 1, якщо ж паливо згоряє не повністю, його значення зменшується. Ступінь окислення вуглецю палива в енергетичній установці розраховується за формулою:

, (5.4.9)

де:

A^r - масовий вміст золи в паливі на робочу масу, %;

C^r - масовий вміст вуглецю в паливі на робочу масу, %;

а_ВИН - частка золи, яка виділяється у вигляді леткої золи, залежить від технології спалювання палива і визначається за таблицею 5.4.7.

Г_ВИН - масовий вміст горючих речовин у виносі твердих частинок, %;

Г_ШЛ - масовий вміст горючих речовин в шлаку, %.

Таблиця 5.4.6 – Показник емісії оксиду вуглецю k_CO, г/ГДж

Показник	Твердее паливо	Мазут	Природний газ
Факельне спалювання	-	15	17
Котел с рідким шлаковидаленням	11,4	-	-
Котел с твердим шлаковидаленням	11,4	-	-
Спалювання в киплячому шарі	9,7	-	-
Спалювання в нерухомому шарі	121	-	-
Спалювання в камері згоряння ГТУ	-	15	15

Таблиця 5.4.7 - Частка летючої золи а_вин при різних технологіях спалювання палива

Котел	Вугілля	Мазут
З твердим (сухим) шлаковидаленням Відкрита топка з рідким шлаковидаленням Напіввідчинена топка з рідким шлаковидаленням Двокамерна топка: з вертикальним передтопком горизонтальна циклонна З циркулюючим киплячим шаром З бульбашковим киплячим шаром З нерухомим шаром	0,95 0,80 0,70 0,55 0,30 0,15 0,50 0,20 0,15	1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 - - -

Валовий викид твердих часток розраховується за формулою (т):

(5.4.10)

Показник емісії твердих частинок визначається як специфічний і розраховується за формулою:

, (5.4.11)

де:

- ефективність золоуловлювальної установки за даними випробувань.

Валовий викид важких металів.

Викид важких металів та їх сполук пов'язане з наявністю в мінеральній частині палива сполук важких металів. До важких металів, сполуки яких найбільш шкідливі для навколишнього середовища, відносяться: арсен (As), кадмій (Сd), хром (Сr), мідь (Cu), ртуть (Hg), нікель (Ni), свинець (РЬ), селен (Se), цинк (Zn).

Під час спалювання вугілля показник емісії важких металів k_т.м, г/ГДж, є специфічним і визначається за формулою:

(5.4.11)

де:

С_т.м - масовий вміст важкого металу в паливі, мг / кг;

f_зб - коефіцієнт збагачення важкого металу;

_зу - ефективність золоуловлювальної установки;

f_r - частка металу, яка виходить в газоподібній формі;

_гзу - ефективність уловлювання газоподібної фракції важкого металу в золоуловлювальній установці.

Масовий вміст важкого металу в паливі визначається під час проведення елементарного аналізу палива, що спалюється в енергетичній топці.

При відсутності можливості вимірювання вмісту важких металів у паливі орієнтовні значення С_т.м визначають за таблицею 5.4.8.

Коефіцієнт збагачення f_зб характеризує властивість «збагачення» (підвищення змісту) важкого металу в частинках золи. Вміст важких металів у різних фракціях золи різний: в дрібній фракції золи зміст їх вище, ніж у великій. Оскільки в золоуловлювальної установці найбільш ефективно вловлюється велика фракція, то в атмосферу викидається дрібна фракція, в якій вміст важких металів більше. Діапазон значень і рекомендовані величини f_зб наведені в таблиці 5.4.9. Ці значення застосовуються у разі відсутності даних для конкретних видів і марок твердого палива, що спалюється в енергетичній установці.

Частка важкого металу, яка виходить з вугілля в газоподібному вигляді, f_Г залежить від фізико-хімічних властивостей важкого металу. Орієнтовні значення цієї частки наведені в таблиці 5.4.10.

Ефективність уловлювання твердих часток золоуловлювальною установкою _зу залежить від типу очисного обладнання, встановленого на енергетичній установці, наприклад електростатичного фільтра, рукавного фільтра, мокрого скрубера або батареї циклону.

Таблиця 5.4.8 - Вміст важких металів С_т.м в енергетичному вугіллі, мг / кг

Вугілля	As	Cd	Cr	Cu	Hg	Ni	Pb	Se	Zn
Антрацитовий штиб АШ Донецьке пісне ТР Донецьке ГР Донецьке довгополуменеве ДР Львівсько-Волинське (ЛВ) ГР Олександрійське буре Б1Р	20 20 20 20 20 20	0 0 0 0 0 0	47 47 47 47 47 47	29 29 29 29 29 29	0.28 0.20 0.14 0.16 0.16 0.16	26 26 26 26 26 26	20 18 14 16 16 14	0 0 0 0 0 0	40 40 40 40 40 40

Таблиця 5.4.9 - Коефіцієнт збагачення важких металів після золоуловлювача

	Ступінь уловлення
	 ≤ 0,7	0,7   ≤ 0,97	0,97   ≤ 0,99	  0,99
Арсен (As)	1.0			5,5
Кадмій (Cd)	1.0			7,0
Хром (Cr)	1.0	1,0	1,0	1,0
Мідь (Cu)	1.0			2,3
Ртуть (Hg)	1.0	1,0	1,0	1,0
Нікель (Ni)	1.0			3,3
Свинець (Pb)	1.0			6,0
Селен (Se)	1.0			7,5
Цинк (Zn)	1.0			7,0

Таблиця 5.4.10 - Частка газоподібної фракції важкого металу при спалюванні вугілля (f_Г)

Важкий метал	Частка газоподібної фракції
Арсен (As)	0,005
Ртуть (Hg)	0,900
Селен (Se)	0,150
Інші	0

Ефективність уловлювання газоподібних важких металів _гзу залежить від властивостей важких металів, типу золоуловлювальної установки і наявності інших заходів очищення димових газів, таких, як сероочісні і азотоочісні установки. Ефективність повинна визначатися при проведенні випробувань установки. Значення ефективності уловлювання газоподібної фракції важких металів _гзу в електрофільтрах наведені в таблиці 5.4.11.

Таблиця 5.4.11 - Ефективність уловлювання газоподібної фракції важкого металу золоуловлювальною установкою під час спалювання твердого палива

Золоуловлювальна установка	Ефективність
Електростатичний фільтр	0,35
Інші	0

Валовий викид метану СН₄.

Створення метану під час спалювання вугілля в енергетичних установка дуже незначне. Це пов'язано з неповним згорянням вугілля і зменшується з підвищенням температури згоряння і масштабів енергетичної установки. За відсутності прямих вимірювань валовий викид метану СН₄ розраховується за формулою:

, (5.4.12)

де:

- показник емісії метану СН₄ дорівнює 1 г/ГДж.

Вихідні дані для розрахунку викидів шкідливих речовин в атмосферне повітря від енергетичних установок, які працюють на вугіллі, наведені в таблиці Б.3.

За результатами проведених розрахунків необхідно заповнити таблиці 5.4.11, 5.4.12, 5.4.13 і 5.4.14.

Таблиця 5.4.11 Найменування забруднюючих речовин, що викидаються в атмосферу

№ п/п	Забруднюючі речовини		Обсяги викидів забруднюючих речовин, т/рік
	Код	Найменування