5.2 Расчет высоты дымовой трубы при естественной тяге

Высота дымовой трубы при естественной тяге определяется на основании результатов аэродинамического расчета газовоздушного тракта и проверяется по условиям рассеивания в атмосфере вредных веществ, с учетом требований Санитарных норм и правил.

Для котельной в качестве топлива используется природный газ с теплотворной способностью

_{Компонентный состав:}

_{метан (СН4) – 98,84 %;}

_{этан (С2Н6) – 0,1 %;}

_{пропан (С3Н8) – 0,03 %;}

_{бутан (С4Н10) – 0,02 %;}

_{пентан (С5Н12) – 0,01 %;}

_{азот (N2) – 1,7 %;}

_{диоксид углерода (СО2) – 0,3 %.}

_{Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания произведены по [7].}

_{Теоретически необходимый объем воздуха [7, с.16, ф. 4.13]:}

[5.1.1]

_{Расчет объема дымовых газов [7, с.16, ф. 4.08]:}

[5.1.2]

Объем сухих трехатомных газов [7, с.16, ф. 4.1]:

_[5.1.3]

Теоретический объем азота [7, с.16, ф. 4.14]:

[5.1.4]

_{Теоретический объем водяных паров [7, с.16, ф. 4.16]:}

_[5.1.5]

Объем газов, проходящих через дымовую трубу:

_[5.1.6]

_{где n- число котлоагрегатов;}

_{Вр- расход газа, кг/с;}

_{αдт – коэффициент избытка воздуха перед дымовой трубой;}

_{θдт –температура газов перед дымовой трубой;}

_{hб – барометрическое давление воздуха, Па.}

Высота дымовой трубы:

_[5.1.7]

_{где S - тяга, создаваемая дымовой трубой, Па; S=70 Па;}

_{ρв – плотность воздуха, кг/ м3 ; ρв=1,205 кг/м3;}

_{ρг – плотность газа, приведенная к нормальным условиям, кг/ м3; ρг=0,59 кг/м3;}

_{hб - барометрическое давление воздуха, Па; hб=133,3·103}

Диаметр устья дымовой трубы:

_{где wдт – скорость газов на выходе из трубы, м/с; wдт=3 м/с.}

5.3 Расчет рассеивания загрязняющих веществ дымовых газов

Расчет рассеивания загрязняющих веществ дымовых газов производится в соответствии с ОНД-86 «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий».

_{В качестве загрязняющих веществ в результате того, что используется газообразное топливо в котельной, будут присутствовать выбросы оксида азота, выбросы окиси углерода и бензапирена.}

_{Суммарное количество оксидов азота NOx в пересчете на NO2 , выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами определяется по формуле [28, ф. 14]:}

_{где кNO2- удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г/ МДж;}

_{- низшая теплота сгорания топлива, МДж/м3;}

_{Вмах- максимальное потребление натурального топлива в секунду, м3/с;}

_k - безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки. Для всех дутьевых горелок напорного типа (т.е. при наличии дутьевого вентилятора на котле) принимается _k = 1,0.

_t - безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения; принимается равным 1;

_{βα – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота, в общем случае принимается 1,225;}

- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота; для котлов RS-D принимается равным 0.

- безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру; для котлов RS-D принимается равным 0.

_{КП- коэффициент пересчета, при определении выбросов в граммах в секунду, принимается 1.}

_{Удельный выброс оксидов азота при сжигании топлива на 1 МДж теплоты для природного газа определяется по формуле [28, ф. 16]:}

Низшая теплота сгорания топлива:

Максимальный расход топлива в секунду:

Удельный выброс оксидов азота при сжигании топлива на 1 МДж теплоты для природного газа:

_{Суммарное количество оксидов азота NOx в пересчете на NO2 , выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами:}

При отсутствии данных инструментальных замеров оценка суммарного количества выбросов оксида углерода может быть выполнена по соотношению [17, ф.43, стр. 28]:

_{где Вмах – расход топлива, м3/с (т/год);}

_{ССО – выход оксида углерода при сжигании топлива, г/кг (г/нм3) или кг/т (кг/тыс. нм3), рассчитывается по формуле [28, ф. 39]:}

_{R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную наличием в продуктах неполного сгорания оксида углерода, для газа принимается 0,5;}

_{q4 – потери теплоты с физическим недожогом, %;}

_{q3 - потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, принят равным 0,2 %.}

_{Выход оксида углерода при сжигании топлива:}

_{Суммарное количество выбросов оксидов углерода в атмосферу с дымовыми газами:}

_{Выбросы бензапирена}

_{Концентрация бензапирена, мг/нм3, в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны теплоэнергетических котлов малой мощности определяется по формуле:}

_{[28, ф. 56]}

_{где R – коэффициент, учитывающий способ сжигания, R= 1;}

_{qт- теплонапряжение топочного объема, кВт/м3;}

_{α- коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки;}

_{КЛ – коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бензапирена в продуктах сгорания;}

_{КР - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бензапирена в продуктах сгорания;}

_{КСТ – коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бензапирена в продуктах сгорания.}

_{Теплонапряжение топочного объема:}

_{Концентрация бензапирена, приведенная к избытку воздуха α0=1,4 (Сбп) (к нормальным условиям):}

_{Расчет объема сухих дымовых газов при нормальных условиях (α0=1,4), образующихся при полном сгорании 1 кг (1 нм3) топлива Vсг:}

_{где , , - соответственно объем дымовых газов, воздуха и водяных паров при стехиометрическом сжигании одного кг (м3) топлив в кг/кг (м3/м3).}

_{Масса выброса бензапирена [28, ф. 1]:}

_{где Кп - коэффициент пересчета, равный Кп=0,000278 – для максимально- разового;}

_{Вр – расчетный расход топлива, г/с.}

_{Для трех котлов RS-D:}

_{Расчет высоты дымовой трубы:}

_{Предварительное значение минимальной высоты дымовой трубы}

_{Метеорологические условия местности, коэффициент стратификации атмосферы А=160.}

_{[30, ф. 2.45]}

_{где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;}

_{МNO2 – масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, гр/с;}

_{F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, F=1;}

_{СПДК – максимальное значение приземной концентрации вредного вещества;}

_{Vгдт – объем газов, проходящих через дымовую трубу, м3/с;}

_{ΔТ – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха, ΔТ= 120-20=100ºС.}

_{- для диоксида азота СПДК =0,2мг/м3}

_{- для диоксида углерода СПДК =3 мг/м3}

_{- для бензапирена СПДК =0,0000010 мг/м3}

_{Таким образом, согласно расчету минимальная высота устья дымовой трубы составила 12 м, но так как на расстоянии 25-30 метров находится жилой дом, высотой 14 метров, высоту дымовой трубы выбираем, чтобы она была выше высоты кровли жилого дома. Высота трубы принимается 21 метр.}

_{Проверка правильности выбора высоты дымовой трубы.}

_{Действительная скорость выхода дымовых газов:}

_{Безразмерные параметры [30, ф. 2.3-2.4]:}

_{Коэффициенты учитывают условия выхода газовоздушной смеси из устья источника [30, ф. 2.7а-2.8б]:}

_{Т.к. 0,5< Vm <2, то максимальная приземная концентрация каждого вещества определяется как:}

_{- для диоксида азота СПДК =0,2мг/м3}

_{- для оксида углерода СПДК =3мг/м3}

_{- для бензапирена СПДК =0,0000010 мг/м3}

_{Т.к. максимальные приземные концентрации для каждого вещества меньше предельно допустимых (ПДК), то высота трубы принята верно.}

_{Проверяется условие, при котором сумма отношений концентраций вредностей к их ПДК должна быть меньше или равна единице:}

_{[30, ф. 1.1]}

_{Условие выполняется. Высота дымовой трубы подобрана правильно. вы меняете трубу?}