Типовой расчет. Вариант №11 (2010 г.)

Московский энергетический университет

(Национальный исследовательский университет)

Экология

Расчетное задание

Выполнил:

Проверил:

Москва, 2010

Вариант №11.

На сколько метров изменится необходимая высота дымовой трубы для ТЭС мощностью 1200 МВт при изменении вида сжигаемого топлива: при переходе с природного газа на мазут BC (S^P = 3%)? ТЭС расположена на Урале (коэф. А = 180). На ТЭС 4 блока по 300 МВт. Котлы работают при нормальной нагрузке Д_Ф = Д_Н = 950 т/ч. Расход мазута на котел В­_М = 75 т/ч. Объемный расход дымовых газов от 1го котла V_Г = 310 м³/с (при t = 20C). При расчете принять, что фоновая концентрация оксидов азота С^Ф_NO2 = 0.03 мг/м³, фоновая концентрация оксидов серы С^Ф_SO2 = 0.2 мг/м³, а коэффициенты m, n и . Мероприятия по снижению выбросов NO_X и SO₂ на ТЭС не применяются.

Какой (по Вашему мнению) комплекс мероприятий по охране биосферы от вредных выбросов необходим при сжигании мазута на ТЭС?

Условие:

N_ТЭС = 1200МВт = 1200*10³ кВт

4 котла по 300 МВт

Д_Ф = Д_Н = 950 т/ч

T_атм = 20 C

V_Г.= 310 м³/с

С^Ф _NO2 = 0,03 мг/м³

С^Ф_SO2 = 0,2 мг/м³

S^P = 3%

А = 180

В­_М = 75 т/ч = 20,833 кг/с

Решение:

Высота трубы ТЭС, работающей на газе, рассчитывается по формуле:

H_Г =, где A – коэффициент, учитывающий условия рассеивания в данной местности (в нашем случае A=180 ); F – коэффициент, учитывающий тип примесей (F для газа равен 1); n, m, η – вспомогательные коэффициенты, равны 1; ΣС_Ф – суммарная фоновая концентрация (мг/м³); Z – число труб, равна 1; ΔT – разность между температурой дымовых газов и атмосферы; T_{дым. газ} =120С; ПДК^Р – суммарная предельно допустимая концентрация вредных веществ (в пересчете на SO₂ = 0,5); ΣV – суммарный расход дымовых газов на ТЭС (м³/с); ΣM – суммарный массовый выброс (г/с) (в природном газе серы нет, значит M_SO2 = 0); значение которого определим по формуле:

ΣM = , где M_SO2 – массовый выброс SO₂; M_NO2 – массовый выброс NO₂;

M_NO2 = 0,8*M_NOx, где M_NOx – массовый выброс NO_X;

M_NOx = 0,34*10^-4*K**, где N_ТЭС – мощность ТЭС (кВт); η_ЭС – КПД_ТЭС (0,4); – коэффициент азота (N) в топливе (для газа равен 0,8); K – коэффициент, учитывающий паропроизводительность (нагрузку), находится по формуле:

K =, где Д_Ф и Д_Н – фактическая и номинальная паропроизводительность (т/час);

K =;

M_NOx = 0,34*10^-4*9,913**0,8=808,901 (г/с);

M_NO2 = 0,8*808,901=647,121 (г/с);

ΣM = 1011 (г/с);

ΔT = T_{дым. газ} – Т_атм = 120С – 20С = 100С;

ΣV =, где V_Г - объемный расход дымовых газов для одного котла;

ΣV_Г = 4*V_Г=4*310=1240 (м³/с);

ΣV == 1663 (м³/с);

ΣС_Ф = , где - фоновая концентрация SO₂; – фоновая концентрация NO₂;

ΣС_Ф = = 0,172 (мг/м³);

H_Г = = 100,445 (м);

Высота трубы ТЭС, работающей на мазуте, рассчитывается по формуле:

H_М =, где A – коэффициент, учитывающий условия рассеивания в данной местности (в нашем случае A=180 ); F – коэффициент, учитывающий тип примесей (F для мазута равен 1); n, m, η – вспомогательные коэффициенты, равны 1; ΣС_Ф – суммарная фоновая концентрация (мг/м³); Z – число труб, равна 1; ΔT – разность между температурой дымовых газов и атмосферы; T_{дым. газ} =160С; ПДК^Р – суммарная предельно допустимая концентрация вредных веществ (в пересчете на SO₂ = 0,5); ΣV – суммарный расход дымовых газов на ТЭС (м³/с); ΣM – суммарный массовый выброс (г/с); значение которого определим по формуле:

ΣM = , где M_SO2 – массовый выброс SO₂; M_NO2 – массовый выброс NO₂;

M_SO2 = 20*4*B_М*S^P, где B_М – расход топлива на один котел (кг/с); S^P – содержание серы в топливе (%);

M_SO2 = 20*4*20,833*3 = 5000(г/с)

M_NO2 = 0,8*M_NOx, где M_NOx – массовый выброс NO_X;

M_NOx = 0,34*10^-4*K**, где N_ТЭС – мощность ТЭС (кВт); η_ТЭС – КПД_ТЭС (0,4); – коэффициент азота (N) в топливе (для газа равен 0,9); K – коэффициент, учитывающий паропроизводительность (нагрузку), находится по формуле:

K =, где Д_Ф и Д_Н – фактическая и номинальная паропроизводительность (т/час);

K =;

M_NOx = 0,34*10^-4*9,913**0,9 = 910 (г/с);

M_NO2 = 0,8*910 = 728 (г/с);

ΣM = = 4263 (г/с);

ΔT = T_{дым. газ} – Т_атм = 160С – 20С = 140С;

ΣV =, где V_Г - объемный расход дымовых газов для одного котла;

ΣV_Г = 4*V_Г=4*310 =1240 (м³/с);

ΣV == 1832 (м³/с);

ΣС_Ф = , где - фоновая концентрация SO₂; – фоновая концентрация NO₂;

ΣС_Ф = = 0,172 (мг/м³);

H_М == 202,956 (м);

Разность между высотой трубы ТЭС, работающей на мазуте и ТЭС, работающей на газе:

H_М - H_Г = 202,956 - 100,445 = 102,511 (м);

Ответ: на 102,511 метров увеличится необходимая высота дымовой трубы для ТЭС при изменении вида сжигаемого топлива: при переходе с природного газа на мазут.

Ответ на вопрос: все практические применимые мероприятия делятся на 2 группы: 1) режимно-технологические (первичные); 2) очистка дымовых газов от NO_X (вторичные). К первичным относят: уменьшение температуру в зоне горения, снижение избытка воздуха и т.д. КПД 1. = 40 – 75% 1$/кВт. Эффективность вторичных КПД 2.≥90% 100$/кВт

250 мг/м³ M_NO2 = С_NO2* ΣV_Г*10^-3, где С_NO2 – концентрация NO₂ в дым. газах (мг/м³);

С_NO2 = M_NO2 / ΣV_Г*10^-3 = 728/1240*10^-3 = 587 (мг/м³);

Для очистки подойдут и первичные и вторичные мероприятия.

Мероприятия по снижению SO₂ также делятся на 2 группы:

1. очистка топлива от S;

2. очистка дымовых газов от SO₂

Допустимое содержание серы в топливе – 0,5%.

В нашей задаче содержание серы равно 3%.

При очистке топлива от серы с 3% до 0,5% топливо дорожает в 2-3 раза.

700 мг/м³

M_SO2 = С_SO2* ΣV_Г*10^-3, где С_SO2 – концентрация SO₂ в дым. газах (мг/м³);

С_SO2 = 5000 / ΣV_Г*10^-3 = 5000/1240*10^-3 = 4032 (мг/м³);

Для очистки от SO₂ подойдут и первичные и вторичные мероприятия.

Вывод: первичные мероприятия по очистке дымовых газов позволяют уменьшить концентрацию оксидов азота и оксидов серы в дымовых газах до значения меньшего, чем допустимая концентрация. Вторичные мероприятия также хороши по очистке оксидов азота и оксидов серы, они намного дороже, чем первичные, но в то же время более эффективны. После перехода с природного газа на мазут добавился новый выброс в виде SO₂, следовательно, значительно увеличивается необходимая высота трубы для ТЭС.