--6-05~2
.PDF-использование и совершенствование очистных устройств. В настоящее время улавливаются в основном твердые выбросы с помощью различного вида фильтров;
-уменьшение поступления соединений серы в атмосферу посредством предварительной десульфурации топлива химическими или физическими методами, в результате чего удается извлечь из топлива от 50 до 70% серы до момента его сжигания;
-уменьшение концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы в результате рассеивания вредных выбросов высокими трубами электростанций, более рационального их размещения, усиления контроля за выбросами и экологическое управление режимами энергетических предприятий с использованием экологически чистых топлив.
501
6. Индивидуальное задание
(Номер варианта соответствует порядковому номеру в жур-
нале)
Исходные данные для расчетов по газообразному топливу – состав попутного газа (Белорусский ГПЗ, Речицкое месторождение нефти) – представлены в таблице 3.1.
Исходные данные для расчетов по твердому топливу представлены в таблицах 3.3, 3.4.
1. Определить годовой расход (Мтопл) твердого и газообразного топлива, необходимого предприятию для обеспечения собственных нужд.
Годовой расход топлива рассчитывается по формуле:
Мтопл=Мтоплусл/К |
(3.1) |
где Мтоплусл – расход условного топлива (т.у.т./год). К – калорийный эквивалент.
Для сравнения тепловой ценности различных видов топлива используется понятие условного топлива (у.т.).
Расход условного топлива рассчитывается по формуле:
Мтоплусл = Jгод×142,85×10-3 |
(3.2) |
где Jгод – количество отпускаемой теплоты за год, для всех вариантов принято постоянным и равным 1000 Гкал/год. 1
Гкал=142,85×10-3 т.у.т.
Пересчет расхода условного топлива (Мтоплусл) в натуральное (Мтопл)производится с помощью калорийного эквивалента (К).
Калорийный эквивалент (К) представляет собой отношение низшей рабочей теплоты сгорания натурального топлива к низшей теплоте сгорания условного топлива:
К=Q / Q н. |
(3.3) |
где Q– низшая рабочая теплота сгорания натурального топлива
502
(для твердого (жидкого) топлива – данные в таблице 3.3, для газообразного топлива – данные в таблице 3.1), МДж/кг (ккал/м3);
Qн – низшая теплота сгорания условного топлива, для 1 кг твёрдого (жидкого) равна 29,35 МДж/кг, для 1м3газообразного условного топлива принимается 7000 ккал/м3.
2. Рассчитать количество выбросов (тыс. т/год), образуемых при сжигании твердого и газообразного топлива. Составить материальный баланс при сжигании газообразного топлива.
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ СЖИГАНИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА
В соответствии с законом сохранения массы суммарный вес всех продуктов сгорания топлива равен сумме веса сжигаемого топлива и веса расходуемого при сжигании воздуха.
|
|
Диоксид углерода СО2 |
ТОПЛИВО |
процесс |
Диоксид серы SO2 |
|
||
ВОЗДУХ |
горения |
Оксиды азота NOx |
|
|
Пары воды Н2О |
|
|
Другие примеси |
Из приведенной блок-схемы, описывающей потоки веществ при сжигании топлива видно, что масса входных потоков равняется массе выходных потоков. Учитывая, что часть топлива превращается в шлаки и золу, расчет массы топлива производится за вычетом массы шлаков и аэрозолей, образующихся в результате сжигания твердых видов топлива.
503
Зольность топлива измеряется в процентах и показывает долю минеральных примесей в единице веса топлива соответствующего вида. В зависимости от способа сжигания топлива, наличия и эффективности улавливающих фильтров превращение минеральной составляющей топлива в атмосферный загрязнитель происходит по следующей схеме:
Шлак,
доля Х от общего количества
Минеральная |
|
Уловлено |
|
составляющая |
|
||
Летучая |
доля С |
||
топлива |
|||
зола, |
|
||
|
|
доля (1-Х) 
ФИЛЬТР от общего количества
На этой схеме величина Х равна той доле общего количества мине-
ральных примесей в топливе, которые при его сжигании образуют шлаки и остаются в топке, соответственно доля (1-Х) превращается в летучую золу (аэрозоль) и поступает на фильтр, если он есть. На фильтре, в соответствии с его эффективностью, улавливается доля поступившего аэрозоля (С) и выбрасывается в открытую атмосферу доля (1-С).
Расчет количества образующихся при сжигании топлива шлаков и количества выбрасываемых в атмосферу аэрозолей осуществляется по следующим формулам:
Мшл = Мтопл |
|
|
(Х + С(1 − Х)) |
(3.4) |
|||
100 |
|||||||
|
|
|
|
|
|||
Маэроз = Мтопл |
|
|
|
(1 − Х)(1 − С) |
(3.5) |
||
100 |
|||||||
|
|
|
|
||||
где Z – зольность топлива, % (данные таблица 3.3); С – уловлено фильтром, % (данные таблица 3.3);
504
Х– доля шлаков от общего количества минеральных примесей
втопливе, % (данные таблица 3.3).
М1топл = Мтопл − Мшл − Маэроз |
(3.6) |
Для дальнейшего анализа выбросов веществ при сжигании топлива необходимо знать его элементный состав (данные таблица
3.4).
Масса кислорода (Мкислорода.) и воздуха (Мвозд.), необходимые при сжигании топлива, рассчитываются по следующим формулам:
Мкислорода = М1топл(2,67 |
%С |
+ 8 |
%Н |
+ |
% |
− |
% |
) |
(3.7) |
|||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
100 |
|
100 |
100 |
100 |
|
|||||||||
Мвозд = |
Мкислорода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.8) |
|||||||||
0,2314 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
где 0.2314 – доля кислорода в единице массы воздуха. |
||||||||||||||||||||
Массы образующихся основных продуктов сгорания: |
|
|||||||||||||||||||
М |
= 3,67 |
|
|
%С |
М1топл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.9) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
2 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
М |
= 2 |
% |
|
М1топл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.10) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
2 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
М = 9 |
% |
|
М1топл |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.11) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
2 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
М = 0,7686 Мвозд + М1топл |
% |
|
|
|
|
|
(3.12) |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
100 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где 0,7686 – доля азота и др. инертных газов в единице массы воздуха.
При правильном расчете количества участвующих в процессе горения органического топлива веществ должно выполняться балансовое соотношение, которое является проверочным при выполнении контрольного задания:
505
Мтопл + Мвоздуха = М |
+ М + М |
(3.13) |
2 |
2 |
|
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ СЖИГАНИИ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА
Анализ материальных потоков веществ при сжигании газообразного топлива осуществляется на основе реакций горения основных горючих газов и метода материального баланса, рассмотренного ранее. В нашей работе будут рассмотрены только реакции горения метана, этана, пропана и бутана.
Состав попутного газа (Белорусский ГПЗ, Речицкое месторождение нефти) дан в таблице 3.1.
Таблица 3.1 Состав попутного газа
Название |
Теплота |
|
|
Состав, % |
|
|
||
сгорания, |
|
|
|
|
|
|
||
топлива |
СН4 |
С2Н6 |
С3Н8 |
С4Н10 |
N |
СО2 |
||
ккал/м3 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
попутный |
9330 |
62,38 |
26,62 |
6,48 |
1,07 |
3,45 |
3,67 |
|
газ |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
Зная состав газов горючей смеси, рассчитывается потребление кислорода и воздуха, выделение углекислого газа и паров воды. Расчетные формулы имеют следующий вид:
|
МО |
|
= Мтопл(4 |
%СН4 |
+ 3,73 |
%С2Н6 |
+ 3,64 |
%С3Н8 |
+ 3,58 |
%С4Н10 |
) |
||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
100 |
|
|
100 |
|
100 |
|
100 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.14) |
||
|
Мвозд = |
|
МО |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.15) |
||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
0,2314 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
МСО |
|
= Мтопл(2,75 |
%СН4 |
+ 2,93 |
%С2Н6 |
+ 3 |
%С3Н8 |
+ |
|
|
||||||||||||
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
100 |
100 |
|
|
|
|
||||||
3,03 |
%С4Н10 |
+ |
%СО2 |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
100 |
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
(3.16) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
506
|
М |
= Мтопл(2,25 |
%СН4 |
+ 1,8 |
%С2Н6 |
+ 1,64 |
%С3Н8 |
+ |
|||
|
|
|
|
||||||||
2 |
|
100 |
|
|
100 |
100 |
|
||||
1,55 |
%С4Н10 |
) |
|
|
|
|
|
|
|
|
(3.17) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М = 0,7686 Мвоздуха + Мтопл |
% |
|
|
(3.18) |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
100 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
При правильном расчете количества участвующих в процессе горения органического топлива веществ должно выполняться балансовое соотношение, которое является проверочным при выполнении контрольного задания:
Мтопл + Мвоздуха = М |
+ М + М |
(3.19) |
2 |
2 |
|
Примечание: вданной работе приводится упрощенная схема составления материального баланса, не учитывающая потери топлива от химической неполноты сгорания и выбросы загрязняющих веществ вследствие этого процесса (СО, формальдегида, бенз(а)пирена и др.).
Результаты расчетов занести в таблицу 3.2.
Таблица 3.2 Результаты расчетов
Вариант №
|
Годовой рас- |
|
Выбросы, тыс. т/год |
|
|
|||
Вид |
ход топлива |
|
|
|
|
|
|
|
топ- |
Мтопл, |
шла- |
аэрозо- |
СО2 |
SO2 |
|
H2O |
N |
лива |
тыс. т, |
ков |
лей |
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
тыс. м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. По результатам расчетов дать экологическую оценку воздействия на окружающую среду загрязняющих веществ при сжигании различных видов топлива.
507
Таблица 3.3 Теплотехнические характеристики твердого (жидкого) топлива
|
|
Золь- |
|
|
Теплота |
|
|
Название |
|
Улов- |
сгора- |
||
Вар. |
ность |
Шлак |
||||
топлива |
лено |
ния, |
||||
|
топлива |
|
||||
|
|
|
|
МДж/кг |
||
|
|
|
|
|
||
1 |
Печное топливо |
0,02 |
0,3 |
0 |
42,35 |
|
2 |
Брикеты |
5 |
0,33 |
0,89 |
17,37 |
|
торфяные |
||||||
|
|
|
|
|
||
|
Брикеты торф. с |
|
|
|
|
|
3 |
древес. опил- |
6,5 |
0,35 |
0,87 |
17,20 |
|
|
ками |
|
|
|
|
|
4 |
Древесные от- |
0,6 |
0,31 |
0,7 |
10,90 |
|
ходы, обрезки |
||||||
|
|
|
|
|
||
5 |
Быстрорастущая |
2,7 |
0,3 |
0 |
10,55 |
|
древесина |
||||||
|
|
|
|
|
||
6 |
Солома |
3 |
0,28 |
0,6 |
14,15 |
|
7 |
Антрацит |
16,2 |
0,33 |
0,97 |
24,16 |
|
8 |
Бурый уголь |
16,6 |
0,35 |
0,9 |
6,38 |
|
9 |
Бурый уголь |
7,4 |
0,34 |
0,91 |
15,28 |
|
10 |
Бурый уголь |
6,1 |
0,36 |
0,92 |
19,05 |
|
11 |
Сланцы |
44,4 |
0,3 |
0,95 |
9,00 |
|
12 |
Сланцы |
48,2 |
0,3 |
0,95 |
7,66 |
|
13 |
Сланцы |
58,9 |
0,3 |
0,95 |
4,60 |
|
14 |
Мазут |
0,04 |
0,33 |
0,98 |
40,48 |
|
малозольный |
||||||
|
|
|
|
|
||
15 |
Мазут зольный |
0,12 |
0,33 |
0,98 |
40,63 |
|
16 |
Антрацит |
34,8 |
0,33 |
0,97 |
18,23 |
508
Таблица 3.4 Состав горючей массы твердого (жидкого) топлива
Вар. |
Название |
Состав горючей массы, % |
|||||
топлива |
С |
H |
O |
N |
S |
||
|
|||||||
1 |
Печное топливо |
84,3 |
15,3 |
0,15 |
- |
0,03 |
|
2 |
Брикеты торфяные |
47,1 |
5,4 |
26,6 |
0,8 |
0,1 |
|
3 |
Брикеты торф. с древес- |
44 |
6,3 |
27,1 |
1 |
0,1 |
|
ными опилками |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
4 |
Древесные отходы, об- |
32,7 |
3,69 |
22,5 |
0,36 |
0,05 |
|
резки |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
5 |
Быстрорастущая древесина |
27,9 |
3,4 |
25,5 |
0,5 |
- |
|
6 |
Солома |
41,1 |
4,99 |
35,2 |
0,49 |
0,1 |
|
7 |
Антрацит |
68,8 |
1,5 |
2,3 |
0,8 |
0,4 |
|
8 |
Бурый уголь |
19,5 |
1,7 |
6,1 |
0,2 |
1,9 |
|
9 |
Бурый уголь |
42,6 |
3,0 |
13,2 |
0,6 |
0,2 |
|
10 |
Бурый уголь |
51,7 |
3,6 |
13,8 |
0,6 |
0,2 |
|
11 |
Сланцы |
19,9 |
2,6 |
2,9 |
0,1 |
1,4 |
|
12 |
Сланцы |
17,3 |
2,2 |
2,5 |
0,1 |
1,3 |
|
13 |
Сланцы |
10,9 |
1,4 |
3,8 |
0,3 |
2,4 |
|
14 |
Мазут малозольный |
86,3 |
12,9 |
0,2 |
- |
0,4 |
|
15 |
Мазут зольный |
85,8 |
13,2 |
0,25 |
- |
0,4 |
|
16 |
Антрацит |
52,2 |
1,0 |
1,5 |
0,5 |
1,5 |
|
Контрольные вопросы
1.Характеристика топливно-энергетических ресурсов Республики Беларусь.
2.Назовите основные теплотехнические характеристики топ-
лива.
3.Влияние сжигания различных видов топлива на окружающую среду.
4.Основные мероприятия по уменьшению отрицательного воздействия на окружающую среду выбросов, образующихся при сжигании топлива.
509
Практическая работа №4
ОЦЕНКА ВЫБРОСОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ПРИ СЖИГАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА
Цель работы: оценка выбросов тяжелых металлов при сжигании органического топлива.
Введение
Сжигание топлива является одним из источников поступления в окружающую среду выбросов тяжелых металлов. В масштабах Европы его вклад составляет 8% выбросов свинца, 29% - меди, 31% - цинка, 46% - кадмия, 75% - выбросов никеля. Значительная часть выбросов этих приоритетных элементов, контролируемых Протоколом по тяжелым металлам к Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, приходится на долю сжигания твердого топлива.
Топливо, содержащее в своем составе тяжелые металлы, сжигается в топливосжигающих установках, в процессе чего микропримеси тяжелых металлов частично попадают в шлак, частично выбрасываются с летучей золой и газами в атмосферу.
В настоящее время расчет выбросов тяжелых металлов при сжигании топлива производится в соответствии с ТКП 17.08-14-2011 (02120) «Охрана окружающей среды и природопользование. Атмосфера. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Правила расчета выбросов тяжелых металлов».
Согласно данному техническому кодексу установившейся практики, к числу тяжелых металлов, которые подлежат контролю и расчету при сжигании топлива, относятся следующие:
-кадмий и его соединения (в пересчете на кадмий);
-медь и ее соединения (в пересчете на медь);
-никеля оксид (в пересчете на никель);
-ртуть и ее соединения (в пересчете на ртуть);
-свинец и его неорганические соединения (в пересчете на свинец);
-хрома трехвалентные соединения (в пересчете на хром трехвалентный);
-цинк и его соединения (в пересчете на цинк);
510