Экологические аспекты энергетики атмосферный воздух
.pdfar,
где г — доля рециркуляции газов в интервале значений от О до 0,25; а — коэффициент, зависящий от способа ввода газов рециркуля-
ции, равен при подаче газов рециркуляции:
-в воздушный короб и вокруг амбразур горелок — 4,0;
-в шлицы под горелками — 2,7;
-в шлицы напротив горелок — 2,0;
-в под топки — 1,0;
К^ — коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания, вычисляют по формуле
где а — доля вторичного воздуха в интервале значений от О до 0,2; q — коэффициент, зависящий от способа организации ступенчато-
го сжигания: по «вертикали» — плюс 7,0; по «горизонтали» — минус 2,2.
К^^ — коэффициент, учитывающий влияние ввода влаги в топку в период особо неблагоприятных метеоусловий. Определяется в зависимости от доли вводимой влаги по отношению к топливу со и способа подачи влаги.
В табл. 4.3 приведены значения коэффициента К^ для значений (О от О до 0,1.
|
|
Таблица 4.3 |
|
Доля вводимой влаги |
Способ ввода влаги |
||
При зональном впрыске воды |
|
||
по отношению к |
При подаче воды в |
||
в топку и подаче пара |
|||
топливу со |
дутьевой воздух /^щ • |
||
в пристенную зону топки К^ |
|||
|
|
||
0,00 |
1,000 |
1,000 |
|
0,01 |
0,861 |
0,972 |
|
0,02 |
0,741 |
0,946 |
|
0,03 |
0,638 |
0,919 |
|
0,04 |
0,549 |
0,894 |
|
0,05 |
0,472 |
0,869 |
|
0,06 |
0,406 |
0,845 |
|
0,07 |
0,350 |
0,822 |
|
0,08 |
0,301 |
0,799 |
|
0,09 |
0,259 |
0,777 |
|
0,10 |
0,223 |
0,756 |
|
^ коэффициент, учитывающий увеличение концентрации ("чпирена при очистке поверхностей нагрева работающих паевых котлов. Когда очистка не производится, К^^^ принимают рав-
В табл. 4.4 приведены значения коэффициента К^^^ в зависимости от способа очистки и периода между очистками паровых котлов.
|
|
|
Таблица 4.4 |
|
Период между |
|
Кач |
|
|
Дробевая |
очистка |
|
||
очистка.ми, ч |
Обдувка РВП |
|||
конвективных |
поверхностей |
|||
|
|
|||
12 - 24 |
1,20 |
1,10 |
||
4 0 - 4 8 |
1,50 |
1,25 |
||
72 |
2,00 |
1,50 |
||
При сжигании газа приближенную величину концентрации бснз(а)- иирена в дымовых газах С^ в микрограммах на кубический метр, приведенную к а = 1,3, вычисляют по формуле
При сжигании твердого топлива приближенную величину концентрации бенз(а)нирена в дымовых газах С™ в микрограммах на кубический метр, приведенную к а = 1,5, вычисляют по формуле
QI — низщая теплота сгорания топлива, МДж/кг;
Л Б — доля бенз(а)пирена, улавливаемого в зависимости от эффективности золоулавливания (т)^), определяется по формуле
Лв = 0,7511:,
—• коэффициент, учитывающий увеличение кониентрапии бенз(а)пирена в уходящих газах во время дробевых очисток поверхностей нагрева котла, принимаемый равным 1,5.
Значения е"'' '"- приведены в табл. 4.5.
|
|
|
Таблица 4.5 |
а : |
g-l.la:, |
а : |
|
|
|
||
1,10 |
0,0110 |
1,35 |
0,0040 |
1,15 |
0,0090 |
1,40 |
0,0032 |
1,20 |
0,0073 |
1,45 |
0,0026 |
1,25 |
0,0059 |
1,50 |
0,0021 |
1,30 |
0,0048 |
|
|
Объем дымовых газов F в кубических метрах на килограмм при сжигании мазута, в кубических метрах на кубический метр при сжигании газа определяют по формулам
где КД Fq — соответственно теоретический объем продуктов сгорания и теоретически необходимый объем воздуха на горение при нормальных условиях, MVKT, М^/М^ соответственно для мазута и газа; аух — коэффициент избытка воздуха перед дымососом.
При сжигании твердого топлива
+MVKH
«ух
4.7. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ПРИ СЖИГАНИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ТОПЛИВА
При определении валовых выбросов углекислого газа за отчетный период (квартал, полугодие, 9 месяцев, год) значения исходньЩ величин, входящих в расчетные формулы, следует брать по отчетным данным предприятий, усредняя их за этот период.
Объем выбросов диоксида углерода при сжигании органического; топлива зависит от вида и состава топлива, от режима сжигания й совершенства топочных устройств.
Количество диоксида углерода в тоннах за расчетный период, выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами при твердого или жидкого топлива, вычисляется по формуле
|
|
/ |
\ |
|
f l - 100 1 |
1- 100^ |
|
|
V |
/ |
|
2 |
количество диоксида углерода, образующееся при полном |
||
|
сжигании 1 т углерода, т/т; |
|
|
(У |
содержание углерода в рабочей массе топлива, %; |
||
JJ. |
расход натурального топлива за расчетный период, т/год и т п.; |
||
q |
потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %', |
||
q |
— потери теплоты от механической неполноты сгорания топ- |
||
|
лива, %. |
|
|
Количество диоксида углерода Л/^ц |
в тоннах за отчетньн! пери- |
||
од, выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами при сжигании газообразного топлива, вычисляется но формуле
= 1,964 - 0,01 |
+ |
) + Q в |
100 / 1 |
l o o j |
|
|
|
|
\ |
||
где 1,964 — удельный вес диоксида углерода, т/тыс.м'; |
|
||||
Q:o> |
> Qo, |
— содержание в топливе оксида углерода, угле- |
|||
водородов, диоксида углерода, %; В—расход натурального топлива за расчетный период, тыс. м'/год,
и т. п.;
т, п — число атомов соответственно углерода и водорода в углеводородах;
— потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %; д^ — потери теплоты от механической неполноты сгорания, %. Значения q^ и q^ принимаются по эксплуатационным данным или
по нормам.
Расчет диоксида углерода по удельному выходу СО^
На основании усредненных характеристик мазутов (табл. 4.6), природного газа из газопровода Торжок-Минек-РТвацевичи и попут-
ного газа |
Белорусского |
ГПЗ (Речицкое месторождение |
нефти) |
|
1табл. 4.7) |
рассчитаны удельные расходы СО^ при сжигании: |
|
||
мазута |
— 2,187 т COJT у т.; |
|||
природного газа |
— |
1,73 2 т С О Л у |
т; |
|
попутного газа |
— |
2,059 т CO,VT у т. |
||
|
|
|
Таблица |
4.6 |
Характеристика мазутов |
|
|
||
Наименование |
|
Марка мазута |
|
|
Сернистый |
Высокосер- |
Малосернис- |
|
|
|
МЮО |
нистый МЮО |
тый М100 |
|
Среднее значение Q I , ккал/кг |
9845 |
9740 |
9940 |
|
Средний элементарный состав, |
% |
|
|
|
|
2,0 |
3,5 |
0,5 |
|
|
83,8 |
83,0 |
84,65 |
|
Н ' |
11,2 |
10,4 |
11,7 |
|
0 Ч № |
1,0 |
1,0 |
1.0 |
|
|
|
|
Таблица |
4.7 |
Характеристика газообразного топлива |
|
|
||
1 опливо м его характеристики |
Формула и |
Величина |
|
|
обозначение
Природный газ (газопровод Торжок-Минск-Ивацевичи)
Средний химический состав, %
Метан
Этан
Пропан
Бутан
Пентан Диоксид углерода Азот Кислород
Низшая теплота сгорания, ккал/м'
Тепловой эквивалент перевода в условное топливо Удельный выход СО2 при полном сгорании
1 т у . т , , т C O i / T у . т .
СН4 |
9 7 , 7 5 6 |
C j H , |
0 , 8 2 6 |
С 3 Н 8 |
0 , 2 5 4 |
С4Н10 |
0 , 1 0 3 |
C s H , , |
0 , 0 1 9 |
СО2 |
0 , 0 3 0 |
N 7 |
0 , 9 4 2 |
О 2 |
0 , 0 7 0 |
е ; |
8 0 0 7 |
э1 , 1 4 3 9
" ' с о , |
1 , 7 3 2 |
Попутный газ (Белорусский ГПЗ, Речицкое месторождение нефти)
Средний химический состав, %
Метан |
С Н 4 |
6 2 , 3 8 |
Этан |
С 2 Н 6 |
2 6 , 6 2 |
Пропан |
С З Н 8 |
6 , 4 8 |
Бутан |
C 4 H I 0 |
1 , 0 7 |
Азот |
N, |
3 , 4 5 2 |
Низшая теплота сгорания, ккал/м^ |
q: |
|
Тепловой эквивалент перевода в условное |
э |
|
топливо (т СОг/т у.т.) |
||
|
||
Удельный выход СО2 при полном сгорании |
|
|
1 т у.т., т СО2/Т у.т. |
|
9 3 3 0
1 , 3 3 2 9
2 , 0 5 9
Р а с с ч и т а е м количество СО,, образующееся при сжигании:
мазута - -
|
Ме'о^ = 2 , 1 8 7 5 - |
1 |
- |
4i |
1 |
- 100 |
, т. |
|
|
100 |
|||||||
где g уел |
расход условного топлива за расчетный период, т у тУгод и т. п.; |
|||||||
п р и р о д н о г о газа — |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
- |
|
Яъ |
1 - |
|
Ял |
, Т, |
|
|
100 |
|
100 |
||||
где В |
— расход условного топлива за расчетный период, т у. т/год и т п.; |
|||||||
понутного газа — |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М^'о, = 2,05981 |
1 |
- |
100 |
1 |
- |
100 |
, т. |
|
|
|
|
|||||
где |
— расход условного топлива за расчетный период, т у. тУгод и т п.; |
|||||||
q^ — потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %; q^ — потери теплоты от механической неполноты сгорания, %. Значения q^ и q^ принимаются по эксплуатационным данным или
по нормам.
Если при сжигании газообразного топлива в его состав входит СО,, необходимо к выбросам СО^, образующимся при сжигании газа, добавить количество СО^, содержащееся в топливе.
Количество СО^, содержащееся в газообразном топливе, определяется по формуле
=1,964-0,01С,о5^,т,
где 1,964 — удельный вес СО^, т/тыс. м^;
е. . — содержание СО в газе, %;
—расход натуральною топлива за расчетный период, тыс.м'.
Пример расчета выбросов диоксида углерода от ТЭЦ
Определить выбросы СО^ от ТЭЦ, сжигающей мазут и природный газ.
Исходные данные.
Годовой расход мазута = 112 тыс. т (155,1 тыс. т у. т.).
Годовой расход природного газа |
= 515,4 млн м^ (587,3 тыс. т у. т.). |
|||
Содержание углерода в рабочей массе мазута С^ = 82,5%. Состав |
||||
природного газа (газопровод |
Торжок-Минск-Ивацевичи): |
|||
метан СН^ |
— 97,756%; |
|
||
этан |
— 0,826%; |
|
|
|
пропан CjHg |
— 0,254%; |
|
|
|
бутан |
— 0,103%; |
|
|
|
пентан СзН,^ |
— 0,019%; |
|
|
|
диоксид углерода СО^ |
— 0,030%; |
|
|
|
азот Nj |
— 0,942%; |
|
|
|
кислород Oj |
— 0,070%; |
|
|
|
а: |
— 8007 ккал/м\ |
|
||
При сжигании мазута: |
^3=0,15%; |
^^=0,02%. |
||
При сжигании газа; |
^3=0,15%; ^,= 0,0%. |
|||
1 вариант расчета (по расчет}1ьш |
формулам) |
|||
Количество СО^, образующееся за год при сжигании: |
||||
мазута — |
|
|
|
|
=3,67 - 0,01СЧ, 1 - - |
Я, |
|
||
100 |
|
|||
|
100 |
|
||
= 3,67-0,825-П2- |
1 - 0Д5 |
1 - |
0,02 |
= 338,5 тыс. т/год |
|
100 |
|
100 |
|
природного |
газа — |
|
= 1 |
, 9 6 4 - 0 , 1 - |
100 |
|
|
= 1,964 • (0,0003 - 1 • 0,97756 - 2 • 0,00826 + 3 X
^^
X 0,00254 - 4 • 0,00103 - 5 • О, ООО 19) • 515,4
=1013,9 тыс. т/год
Пвариант расчета (по удельным выбросам СО J
Удельный выход СО^ при сжигании:
0,15
100
-мазута — 2,187 т СО,/т у. т.;
-природного газа (газопровод Торжок-Минск-Ивацевичи) — 1,732 т COJT У Т.
Следовательно: |
|
|
|
|
|
I 1<:оличсство COj при сжигании мазута |
|
||||
|
/ |
л / |
1 - <7. ^ |
|
|
|
f i - |
|
|
||
|
\ |
100 / \ |
100 у |
|
|
= 2,187-155,1 |
1 - 0,15 |
1 - 0,02 |
= 338,5 тыс. т/год. |
||
|
|
100 |
100 |
|
|
2, Количество СО^ при сжигании природного газа |
|||||
= 1 , 7 3 2 5 - 1- |
Яз |
= 1,732-587,3 1 - |
0,15 |
= 1015,7 тыс. т/год. |
|
|
100 |
|
|
100 |
|
3.Количество СО^, находящееся в газе в качестве балласта
=l,964-0,01Qo,5 = 1,964-0,0003-515,4 = 0,3 тыс. т/год.
4.Суммарное количество СО^ при сжигании природного газа
= M'^Qo^ + |
=1015,7 +о, 3 = 1016 тыс. т/год. |
Погрешность в расчете по двум вариантам составила 0,2%.
4.8. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА ОТ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК
Суммарное количество оксидов азота N 0 и N0., в пересчете на диоксид азота, выбрасываемых в атмосферу с отработанными газами газотурбинных установок Mf^Q , г/с, вычисляют по формуле
где В — расход топлива в камере сгорания, кг/с;
— удельный выброс N0^,, г/кг топлива, определяется по формуле
/ =Г V
где Cfjo — концентрация оксидов азота в отработавших газах в пересчете на N0^, г/м^ при нормальных условиях;
Г— объем сухих дымовых газов за турбиной, MVnr топлива, при нормальных условиях равен
где Fj."— теоретический объем газов, м^/кг;
V — теоретически необходимый объем воздуха, м^/кг;
a^g — коэффициент избытка воздуха в отработавших газах за турбиной;
V^ Q — теоретический объем водяных паров, м^кг.
Удельные выбросы NO^ для режимов работы ГТУ с регистровыми камерами сгорания можно рассчитать на основании приведенных в табл. 4.8 и 4.9 данных по концентрации на номинальных режимах ГТУ
= 50 |
+ |
C"v:\ |
|
ос: |
|
где a„g и а"б— коэффициенты избытка воздуха в отработавших газах ГТУ, соответствующие условиям исследуемого и номинального режимов;
- концентрация N0^ на номинальном режиме (табл. 4.8,4.9).
Таблица 4.8
Фактические концентрации оксидов азота на номинальных режимах действующих ГТУ (но результатам измерений, нроведенных
в промышленных условиях)
|
|
|
Содержание |
Концентра- |
|
Тип ГТУ |
Вид топлива |
Коэффи- |
кислорода в |
ция азота, |
|
продуктах |
|
||||
циент аоб |
|
||||
|
|
сгорания и . |
|
||
|
|
|
|
||
ГТ-100-750 |
Газотурбинное |
4,0 |
15,5 |
0,250 |
|
ПО Л М З |
топливо |
||||
|
|
|
|||
ГТ-35-770 |
Природный газ |
4,5 |
16,5 |
0,200 |
|
ПО AT Х Т З |
Газотурбинное |
4,5 |
16,0 |
0,200 |
|
|
топливо |
|
|
|
|
ГТ-25-700-П |
Природный газ |
5,5 |
16,7 |
0,120 |
|
ПО Л М З |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение |
таблицы |
4.8 |
|
|
|
Содержание |
Концентра- |
|
|
Вид топлива |
Коэффи- |
кислорода в |
ция азота, |
|
Тип ГТУ |
циент Oog |
продуктах |
CNO. • |
|
|
|
сгорания U2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
ГТГ-12 |
Диз. топливо |
5,0 |
16,4 |
0,180 |
|
111 ^ |
|
|
|
|
|
ГТН-25 |
Природный газ |
4,0 |
15,5 |
0,090 |
|
п о н з л _ _ _ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
4.9 |
Рекомендуемые концентрации оксидов азота для вводимых в эксплуатацию и разрабатываемые в настоящее время
ГТУ (по результатам измерений, проведенных в стендовых условиях)
|
|
|
|
|
Концентрация окси- |
|
|
|
|
|
|
дов азота, |
С^о , г/м'' |
|
|
|
|
Содержание |
6c:i |
с изме- |
|
|
|
Коэффи- |
кислорода в |
мероприя- |
нением |
Тип ГТУ |
Топливо |
|
продуктах |
тий по |
конст- |
|
|
циент ао5 |
|||||
|
|
|
сгорания |
совершен- |
рукции |
|
|
|
|
|
|
ствованию |
|
|
|
|
|
|
конструк- |
|
|
|
|
|
|
ции камер |
|
|
|
|
|
|
сгорания |
|
ГТЭ-150 |
Природный |
газ |
3,5 |
14,5 |
220 |
0,150 |
ПО ЛМЗ |
Газотурбинное |
3,5 |
14,5 |
260 |
0,210 |
|
|
топливо |
|
|
|
|
|
ГТЭ-45 |
Природный |
газ |
4,0 |
15,3 |
220 |
0,150 |
ПОЛТ ХТЗ |
Жидкое топливо |
4,0 |
15,3 |
250 |
0,200 |
|
ГТЭ-115 |
Природный |
газ |
3,1 |
14,0 |
|
0,150 |
ПОAT ХТЗ |
Газотурбинное |
3,1 |
14,0 |
— |
0,220 |
|
|
топливо |
|
|
|
|
|
— объем сухих дымовых газов на номинальном режиме работы ГТУ, вычисляемый при равенстве «„^ и a"g.
При использовании в энергетических ГТУ высокофорсированных камер сгорания с последовательным вводом воздуха в зону горения и ^икрофакельных камер сгорания с подачей всего воздуха через фронтовое устройство концентрання оксидов азота приближенно вычисляемся по формуле
