3 Анализ

Снижение вредного воздействия угля на окружающую среду является актуальным при его обогащении для получения качественного сырья или высококалорийного топлива. Обогащение угля достигается удалением балласта – минеральных включений и влаги.

Основные экологически неблагоприятные факторы при утилизации углей следующие: выбросы газа метана, сопутствующего углям, при их добыче; образование твердых отходов при добыче, обогащении и использовании углей; нарушение целостности земной поверхности и недр; сбросы высокоминерализованных шахтных сточных вод, приводящих к существенному экологическому ущербу связанному с деградацией качества воды естественных источников и засолением почв; отторжение земельных участков под хранение твердых отходов, образующихся при добыче, обогащении и использовании углей; неблагоприятное влияние на водную, воздушную среду и почвы токсичных веществ, выделяющихся в результате всевозможных физико-химических процессов, происходящих в отвалах; выбросы в атмосферу токсичных и парниковых газов NO2, SO2, CO2, образующихся в процессе добычи и сжигания угля; выбросы в атмосферу высокодисперсных зольных частиц, токсичных микроэлементов и их соединений, образующихся при термообработке углей [14].

Кислотообразующие элементы: сера, азот являются неблагоприятными в составе угля для экологии.

Наиболее токсичным элементом в составе угля является ртуть. Использование обогащенного ртутью угля в коксохимии, металлургии, теплоэнергетике и в других отраслях промышленности, а также в бытовых целях приводит к загрязнению окружающей среды, помимо ртути сопутствующими токсичными элементами: мышьяком, свинцом, селеном и др [9].

4 Применение новых опорных знаний

Расчет количества твердых отходов и выбрасываемых аэрозолей может быть произведен по следующим формулам: [15]

М_{тв. отх}= М_топл(Z/100)[ k+j (1 –k )], кг; (6.1)

М_аэроз= М_топл(Z/100)(1 –k )(1 –j ), кг. (6.2)

где М_топл– масса топлива;

Z – зольность топлива, %;

k– доля шлака от общего количества минеральной составляющей топлива;

j – эффективность улавливания летучей золы, доли.

Определить количество твердых отходов и аэрозолей, образующихся при сжигании 1000 т мазута, если зольность топлива – 0,1 %, доля шлаков 0,33 %, а эффективность улавливания летучей золы фильтрами – 80 %.

М_тв.отх= 1000(0,1/100)[0,33 + 0,8(1 – 0,33)] = 0,866 т = 866 кг;

М_аэроз = 1000(0,1/100)(1 – 0,33)(1 – 0,8) = 0,134 т = 134 кг.

5 Синтез

Определить количество выбросов вредных веществ с дымовыми газами от котельной установки концентрации окислов серы в дымовых газах. Исходные данные для расчета приведены ниже [16].

Тип котельной установки "Универсал-6", режим работы в году _ог= =5350 ч/год (отопительный период года).

Топливо: зольность А^Р =14 %, сернистость S^Р=2 %, низшая теплота сгорания Q = 27 (6448,5)МДж/кг (ккал/кг), теплопроизводительность в режиме установленной мощности Q_ном=0,5 Гкал/ч, КПД котельной установки =0,74, потери теплоты от неполноты сгорания, %: механической q₄=7, химической q₃=1, доля золы, уносимой газами, а_ун=0,3

Содержание горючих в уносе Г_ун=40%, доля =0,1 связываемых летучей золой, доля =0 улавливаемых в мокрых золоуловителях, КПД, золоуловителя _з=0,8, удельное количество образующихся окислов азота =0,105 кг/Гдж, коэффициент избытка воздуха =1,5.Температура уходящих газов (после золоуловителей) t_ух, =60С

Решение:

1. Расход топлива за рассматриваемый период:

(6.3)

где  - КПД котельной установки, в долях; [Q_ном] = [Гкал/ч];

[ ] = [ккал/кг].

кг/ч = 0,29 кг/с.

1. Годовой коэффициент нагрузки:

(6.4)

где К - коэффициент нагрузки.

В рассматриваемом распространенном частном случае для годового периода:

(6.5)

где _от - отопительный период, ч/год.

К = 5360/8766 = 0,61.

2. Для определения весового расхода природного газа рекомендуется использовать формулы:

(6.6)

где V - расход природного газа, м³/год;  - плотность природного газа кг/м³, ( = 0,76 - 0,85).

В = 104,77 ^. 0,61 ^. 8766 ^. 10^-3 = 560,2 т/год.

4. Расчетное количество выбросов пыли М (г/с) по формуле:

(6.7)

где ₃ - доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях (КПД золоуловителя);

аун - доля уноса золы, %;

Гун - содержание горючих в уносе, %.

г/с.

5. Валовое количество выбросов пыли (т/год) по формуле,

где В = 560,2 т/год или по формуле:

т/год. (6.8)

5. Количество окислов серы M_SO2, г/с (т/год) (по размерности расхода топлива), в пересчете на SO₂ вычисляется по формуле:

г/с (т/год), (6.9)

где -доля окислов серы, связываемых летучей золой топлива (см. ниже);

-доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителях попутно с улавливанием твердых частиц. Для сухих золоуловителей принимается равной нулю. В мокрых золоуловителях она зависит от приведенной сернистости топлива , (% кг)/МДж, от расхода и общей щелочности орошаемой воды.

= 0,02 ^. 29 ^.2(1 - 0,1)(1 - 0) = 1,044 г/с.

5. Валовое количество выбросов сернистого ангидрида M_SO2 (т/год):

M_SO2 = 1,044 ^. 3,6 ^. 10^{-3 .} 5360 = 20,14 т/год.

5. Расчетное количество выбросов окиси углерода М (г/с) по формуле:

При размерности Q_ном в гкал/ч Q_СО2=2420 ккал/кг, расчетное секундное количество выбросов (г/с) равно:

(6.10)

г/с.

5. Валовое количество выбросов М_СО (т/год) при работе котельной _cm (ч/год):

(6.11)

М_СО = 0,72 ^. 3,6 ^. 10^{-3 .} 5360 = 13,9 т/год.

5. Расчетное количество диоксида азота М (г/с):

(6.12)

где , кг/ГДж - по графику на рисунке 6.1. [16].

1 - природный газ, мазут; 2 - антрацит; 3 - бурый уголь; 4 - каменный уголь:

Рисунок 6.1- Зависимость от тепловой мощности котельной установки для различных видов топлив.

г/с.

5. Валовое количество диоксида азота (т/год) по формуле:

(6.13)

т/год.

5. Удельный объем стехиометрического количества воздуха (нм³/кг) по формуле:

нм³/кг, (6.14)

где - низшая теплота сгорания, ккал/кг принимаем равной

=6448,53 [16].

5. Удельный объем уходящих газов при нормальных условиях:

нм³/кг. (6.15)

где -объем стехиометрического количества воздуха при нормальных условиях для сгорания 1 кг натурального топлива.

14. Удельный объем уходящих газов V_г (м³/кг) по формуле пересчета на фактическую температуру газов:

м³/кг.

15. Массовая концентрация сернистого ангидрида (г/м³) в уходящих газах:

г/м³, (6.16)

где [ ]- размерность соответствует размерности [В], [ ] - м³/кг.

16. Объемная концентрация сернистого ангидрида в уходящих газах:

, чнм^.(млн^-1); (6.17)

где М_i- молекулярный вес ингредиента i;

*чнм - части на миллион (единицы измерения объемной концентрации).

_CO = 28;

Пересчет объемных концентраций в весовые и наоборот представлен в приложении П.1. [16].

чнм