Визначення показників емісії забруднюючих речовин

1. Речовини у вигляді суспендованих твердих часток

Показник емісії речовини у вигляді суспендованих твердих часток (далі – твердих часток) визначається як специфічний і розраховується за формулою

, (38)

або

, (39)

де  показник емісії твердих частинок, г/ГДж;

 нижча робоча теплота згоряння палива, МДж/кг;

 масовий вміст золи в паливі на робочу масу, %;

 частка золи, яка виходить з котла у вигляді леткої золи, (Додаток №10, таблиця 1);

 теплота згоряння вуглецю до CO₂, яка дорівнює 32,68 МДж/кг;

 втрати тепла, пов’язані з механічним недопалом палива, %;

 ефективність очищення димових газів від твердих частинок;

_вин  масовий вміст горючих речовин у викидах твердих частинок, %;

 показник емісії твердих продуктів взаємодії сорбенту та оксидів сірки і твердих частинок сорбенту, г/ГДж.

При використанні сорбенту для зв’язування оксидів сірки в топці котла (наприклад, за технологіями спалювання палива в киплячому шарі) чи при застосуванні технологій сухого або напівсухого зв’язування сірки утворюються тверді частинки сульфату та сульфіту і невикористаного сорбенту. Показник емісії твердих частинок невикористаного в енергетичній установці сорбенту та утворених сульфатів і сульфітів k_твS, [г/ГДж], розраховується за формулою

, (40)

де  масовий вміст сірки в паливі на робочу масу, %;

 молекулярна маса твердого продукту взаємодії сорбенту та оксидів сірки, кг/кмоль;

 молекулярна маса сорбенту, кг/моль;

 молекулярна маса сірки, яка дорівнює 32 кг/кмоль;

 мольне відношення активного хімічного елементу сорбенту та сірки (додаток Л, таблиця 2);

 ефективність зв’язування сірки сорбентом у топці або при застосуванні сухих та напівсухих методів десульфуризації димових газів (додаток Л, таблиці 2 і 3);

 ефективність очистки димових газів від твердих частинок.

2. Діоксид сірки SO₂

Показник емісії , г/ГДж, оксидів сірки SO₂ та SO₃, у перерахунку на діоксид сірки SO₂, які надходять в атмосферу з димовими газами, є специфічним і розраховується за формулою

, (41)

де – ефективність очистки димових газів від оксидів сірки;

β – коефіцієнт роботи сіркоочисної установки.

Ефективність зв’язування оксидів сірки золою або сорбентом в енергетичній установці _I залежить від технології спалювання та хімічного складу палива, яке спалюється, і типу сорбенту. Під час спалювання твердого палива, до мінеральної складової якого входять сполуки лужних та лужноземельних металів, відбувається часткове зв’язування сірки з утворенням сульфатів або сульфітів. Під час спалювання твердого палива за технологіями киплячого шару подача сорбенту разом із паливом забезпечує ефективне зв’язування сірки в топці енергетичної установки. За відсутності даних для енергетичної установки про ефективність зв’язування сірки в топковому просторі значення _I для різних технологій спалювання палива приймаються згідно з таблицею 2 додатка Л.

Димові гази можуть бути очищені від оксидів сірки в сіркоочисних установках шляхом застосування технологій десульфуризації димових газів з різною ефективністю очищення _II. Коефіцієнт роботи сіркоочисної установки  визначається як відношення часу роботи сіркоочисної установки до часу роботи енергетичної установки. Для розрахунків необхідно використовувати значення _II, одержане під час останнього випробування сіркоочисної установки, і значення , одержане при аналізі даних про роботу очисної та енергетичної установок у цілому. За відсутності таких даних значення ефективності сіркоочищення димових газів та коефіцієнта роботи сіркоочисної установки за різними технологіями десульфуризації приймаються згідно з таблицею 3 додатка Л.

До установок десульфуризації димових газів відносяться і деякі види золоуловлювальних установок. Для електростатичних фільтрів та циклонів ефективність уловлення оксидів сірки _II є незначною і дорівнює нулю. Для мокрих золоуловлювальних установок (мокрих скруберів типу МС та МВ) величина _II залежить від загальної лужності води на зрошення та від вмісту сірки в паливі S. Приведений вміст сірки визначається як відношення масового вмісту сірки на робочу масу палива до нижчої робочої теплоти згоряння палива (S^р = S ^р/Q_н^р). Дані про ефективність уловлення оксидів сірки в мокрих скруберах наведено в додатку Л, таблиця 4.

3. Оксиди азоту NO_х

Під час спалювання органічного палива утворюються оксиди азоту NO_х (оксид азоту NO та діоксид азоту NO₂), викиди яких визначаються в перерахунку на NO_х.

Показник емісії оксидів азоту з урахуванням заходів скорочення викиду розраховується за формулою

, (42)

де  показник емісії оксидів азоту без урахування заходів скорочення викиду, г/ГДж;

 ступінь зменшення викиду NO_x під час роботи на низькому навантаженні;

 ефективність первинних (режимно-технологічних) заходів скорочення викиду;

 ефективність вторинних заходів (азотоочисної установки);

β  коефіцієнт роботи азотоочисної установки.

Значення узагальненого показника емісії оксидів азоту під час спалювання органічного палива за різними технологіями без урахування заходів щодо скорочення викиду NO_x визначаються згідно з додатком Л, таблиця 5.

Під час роботи енергетичної установки на низькому навантаженні зменшується температура процесу горіння палива, завдяки чому скорочується викид оксидів азоту. Ступінь зменшення викиду NO_x при цьому визначається за емпіричною формулою

, (43)

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 тощо.

Якщо відома тільки продуктивність парового котла D, його теплова потужність Q визначається згідно з формулою

(44)

де D₀ – паропродуктивність парового котла, т/год;

w – відношення паропродуктивності до теплової потужності котла, т/(год МВт).

Значення відношення паропродуктивності котла D₀ до його теплової потужності Q наведено в таблиці

Таблиця 1.4

Обладнання	Значення
Котел із тиском свіжої пари p0 (13,8 МПа (при D0  500 т/год)) з проміжним перегрівом	1,35
Котел з тиском пари в межах 9,8 МПа  p0  13,8 МПа (при D0 < 500 т/год) без проміжного перегріву	1,45
Котел з тиском пари в межах 1,4 МПа < p0 < 9,8 МПа (при D0 = 6,5…75 т/год для перегрітої пари) без проміжного перегріву	1,35
Котел з тиском пари p0  1,4 МПа (при D0  20 т/год для насиченої пари) без проміжного перегріву	1,50

Емпіричний коефіцієнт z визначається під час випробувань енергетичної установки. За їх відсутності значення z береться з таблиці 6 додатку Л.

Первинні (режимно-технологічні) заходи спрямовано на зменшення утворення оксидів азоту в топці або камері згоряння енергетичної установки. До цих заходів належать: використання малотоксичних пальників, ступенева подача повітря та палива, рециркуляція димових газів тощо. Значення ефективності застосування первинних заходів _I, окремих та їх комбінацій, визначаються за результатами випробувань енергетичної установки після їх впровадження і затверджуються відповідними актами. Орієнтовні значення ефективності первинних заходів зменшення викиду оксидів азоту наведено в таблиці 7 додатку Л.

За неможливості досягти за допомогою первинних заходів допустимої концентрації оксидів азоту в димових газах для їх очищення від NO_x використовують азотоочисну установку. Значення ефективності _II та коефіцієнта роботи азотоочисної установки (відношення часу роботи азотоочисної установки до часу роботи енергетичної установки) визначаються під час випробувань, а за їх відсутності  згідно з таблицею 8 додатку Л.

4. Оксиди вуглецю CO

Показник емісії оксиду вуглецю під час спалювання органічного палива розраховується за формулою

, (45)

де – узагальнений показник емісії оксиду вуглецю при відсутності механічного недопалу, г/ГДж;

q₄ – втрати тепла палива через механічний недопал, %.

Значення узагальненого показника емісії оксиду вуглецю залежить від виду палива, потужності енергетичної установки та технології спалювання, та визначається з таблиці 1 додатку М.

5. Діоксид вуглецю СO₂

Діоксид вуглецю (вуглекислий газ CO₂) відноситься до парникових газів і є основним газоподібним продуктом окислення вуглецю органічного палива. Обсяг викиду CO₂ безпосередньо пов’язаний зі вмістом вуглецю в паливі та ступенем окислення вуглецю палива в енергетичній установці.

Показник емісії діоксиду вуглецю , г/ГДж, під час спалювання органічного палива визначається за формулою

, (46)

де  масовий вміст вуглецю в паливі на робочу масу, %;

 ступінь окислення вуглецю палива;

 показник емісії вуглецю палива, г/ГДж.

Специфічний показник емісії вуглецю , г/ГДж,  це відношення вмісту вуглецю палива до його теплоти згоряння

, (47)

Ефективність процесу горіння визначає ступінь окислення вуглецю палива . При повному згорянні палива ступінь окислення дорівнює одиниці, але за наявності недогоряння палива його значення зменшується. Ступінь окислення вуглецю палива в енергетичній установці розраховується за формулою

, (48)

де _шл – масовий вміст горючих речовин у шлаку, %.

Для природного газу рекомендоване значення _C становить 0,995, для мазуту – 0,99.

Під час спалювання органічного палива в енергетичній установці може утворюватись монооксид вуглецю, але в атмосфері він неодмінно перетвориться в діоксид вуглецю. Тому під час розрахунку показника емісії CO₂ вважають, що весь вуглець палива, який згорів, перетворюється у вуглекислий газ.

6. Оксид діазоту N₂O

Оксид діазоту (або оксид азоту (І)) відноситься до парникових газів. Значення узагальненого показника емісії N₂O залежить від виду палива, потужності енергетичної установки та технології спалювання та визначається згідно з таблицею 3 додатку М.

7. Метан СН₄

Метан СН₄ також відноситься до парникових газів. Утворення метану під час спалювання органічного палива в енергетичних установках дуже незначне. Воно пов'язане з неповним згорянням органічного палива і зменшується з підвищенням температури згоряння та масштабу енергетичної установки. Значення узагальненого показника емісії метану залежить від виду палива та наведено в таблиці 4 додатку М.

Практична частина

Приклад

Розрахувати валовий викид забруднюючих речовин, що надходять в атмосферне повітря з димовими газами. У котельні працюють три котла ДКВР-6,5-13 (топка з пневмомеханічним закидувачем та нерухомими ґратами) на кам'яному вугілля Донецького родовища марки Д. За рік використане 2000000 т палива. Ступінь уловлення твердих часток 0,8.

Рішення:

За додатком А визначаємо склад та теплоту згоряння робочої маси палива:

WP, %	AР, %	SРК, %	SРО, %	CР, %	HР, %	NР, %	OР, %	QРН, МДж/кг
13	15,7	1,5	1,5	53,9	3,9	1,1	9,4	21,1

При використанні вугілля потрібно розраховувати викиди оксидів азоту, сірки і вуглецю, твердих часток та N₂O, CH₄.

1. Валовий викид оксидів азоту

За формулою (44) визначаємо теплову потужність одного котла

МВт.

Але у нас три котла, тому теплова потужність котельні складає

МВт.

Згідно з формулою (43) визначаємо ступінь зменшення викиду NO_x

z береться з таблиці 6 (додаток Л).

Показник емісії оксидів азоту кам'яного вугілля без урахування заходів зі зменшення викидів знаходимо згідно таблиці 5 додатку Л, і він становить 100 г/ГДж.

Узагальнений показник емісії оксидів азоту розраховується за формулою (42)

г/ГДж.

Тоді за формулою (37) визначаємо валовий викид

т.

2. Валовий викид сірчистого ангідриду

Показник емісії , г/ГДж, розраховується за формулою (41)

Тоді за формулою (37) визначаємо валовий викид

т.

3. Валовий викид оксиду вуглецю

За даними таблиці 1 з додатку М показник емісії оксиду вуглецю складає 121 г/Гдж.

Тоді за формулою (37) визначаємо валовий викид

т.

4. Валовий викид вуглекислого газу

Ступінь окислення вуглецю палива _C в енергетичній установці розраховується за формулою (48)

Показник емісії діоксиду вуглецю , г/ГДж, під час спалювання органічного палива визначається за формулою (46)

Тоді за формулою (37) визначаємо валовий викид

т.

5. Валовий викид твердих часток

За додатком Е визначаємо q₄ = 7%.

Показник емісії твердих часток визначаємо за формулою (39)

г/ГДж

Тоді за формулою (37) визначаємо валовий викид

т.

6. Валовий викид метану

Валовий викид метану під час спалювання вугілля розраховується за даними таблиці 4 додаток М та формулою (37)

т.

Для самостійного опрацювання

Задача №1

Розрахувати валовий викид забруднюючих речовин, що надходять в атмосферне повітря з димовими газами від котельні, що працює на високосірчистому мазуті 100. Спалення мазуту відбувається в котлоагрегаті ДКВР-2,5-13 (4 шт). За рік використано мазуту 71000 т.

Задача №2

За рік споживання газу на котельні з трьома котлами ДКВР-4-13 складає 855000 м³. Розрахувати викид забруднюючих речовин, що надходять в атмосферне повітря.

Задача №3

Розрахувати валовий викид забруднюючих речовин, що надходять в атмосферне повітря з димовими газами. У котельні працюють п'ять котлів ДКВР-10-23 (топка з ПМЗ-РПК) на антрациті Донецького родовища марки АРШ. За рік використане 1852300 т палива.