Практикум по инженерной экологии. Расчет образования вредных веществ при сжигании органического топлива. Методические указания к самостоятельной работ

Общие указания

Цель методических указаний – оказать помощь студентам-бакалаврам направления «Металлургия» (профиль «Теплофизика, автоматизация и экология промышленных печей») при выполнении расчетов по дисциплине «Инженерная экология», а также при выполнении экологической части выпускной квалификационной работы.

Учет образования и рассеивания загрязняющих веществ при осуществлении планирующегося или уже существующего технологического процесса важен с точки зрения обеспечения экологической безопасности производства и права населения нашей страны на благоприятную природную среду.

Определение объема валового выброса каждого вредного компонента позволит заранее предсказать финансовые затраты предприятия, связанные с платой за загрязнение атмосферы. Следующий этап – расчет приземной концентрации – позволит установить размеры санитарно-защитной зоны предприятия, оценить эффективность инженерных мероприятий, направленных на снижение вредного воздействия выбросов, а также определить предельно допустимые выбросы (ПДВ) загрязняющих веществ и требуемую степень их обезвреживания.

Среди большого разнообразия (свыше 200 наименований) загрязнителей атмосферного воздуха, для которых установлены нормативы предельных концентраций, можно выделить пять основных: 1) взвешенные твёрдые частицы (пыль, зола, сажа); 2) оксиды серы; 3) оксиды азота; 4) оксид углерода; 5) углеводороды [1]. На их долю приходится 90-98% валовых выбросов вредных веществ в атмосферу крупного города. Среди углеводородов необходимо выделить 3,4-бензпирен – продукт неполного сгорания органического топлива, а также ароматический углеводород фенол, выбрасываемый коксохимическими подразделениями металлургических предприятий, и формальдегид (источники - автотранспорт и ТЭЦ). Эти вещества, помимо мгновенного токсического действия, обладают еще и выраженным пролонгированным канцерогенным эффектом. В табл. 1 приведены предельно допустимые концентрации (ПДК) для наиболее распространенных загрязнителей атмосферного воздуха.

3

Таблица 1

Характеристики некоторых загрязняющих веществ [2]

4

Расчет образования вредных веществ

Цель работы – определение массового годового и секундного выброса загрязняющих веществ в атмосферу расчетным способом.

Расчетный метод, как правило, основан на наличии удельных нормати-

вов загрязняющих веществ на единицу сырья, энергии или выпускаемой про-

дукции. Для определения массового выброса за расчетный период норматив умножается на объем использованного сырья, израсходованной энергии или выпущенной продукции:

где M – масса выброса, кг/с, (тыс.т/г.); m – удельный норматив выброса на единицу сырья, продукции или энергии, г/кг, г/МДж, (т/т, тыс.т/МДж); B –

объем производства (потребления) за расчетный период, кг/с, МВт, (тыс.т/г.,

МДж/г.).

Расчет может осуществляться и по более сложным зависимостям и по-

луэмпирическим формулам.

Выбор конкретного метода расчета основан на наличии рекомендован-

ной методики или надежных экспериментальных данных для рассматриваемого технологического процесса.

Значительная часть вредных веществ, образующаяся в металлургиче-

ском производстве, связана со сгоранием ископаемого топлива в печах. Так как условия горения топлива в одной печи зачастую сильно отличаются от условий в других, единая общепринятая методика расчета отсутствует. Нормативы об-

разования и выброса отдельных вредных веществ в термических отделениях металлообрабатывающего производства приведены в табл. 2. При отсутствии информации о количественных показателях для конкретного топливосжигаю-

щего агрегата рекомендуется использовать общепринятую методику для рас-

пространенного теплоэнергетического оборудования – малых котлов произво-

дительностью до 30 т/ч пара [3].

5

Таблица 3

Значения коэффициента αун и КСО в зависимости от типа топки и топлива

Количество летучей золы (код 2908), выбрасываемой в атмосферу, т/г.

(г/с), определяется по формуле

Массовый выброс коксовых остатков (фактически углерода - код 328), т/г.

(г/с), попадающих в атмосферу как результат механического недожога при

7

Мазутная зола (в пересчёте на ванадий)

Расчет выбросов ванадия (код 2904) в атмосферу вместе с золой из то-

пок котлов при сжигании мазута выполняется по формуле

где GV – содержание ванадия в 1 т жидкого топлива (мазута), г/т; ос – ко-

эффициент оседания оксидов ванадия на поверхностях нагрева котлов. Для котлов с промежуточными пароперегревателями, очистка поверхностей нагрева которых производится в остановленном состоянии, ос =0,07; для котлов без промежуточных пароперегревателей при тех же условиях очистки ос = 0,05,

для остальных случаев ос = 0; – доля твердых частиц продуктов сгорания жидкого топлива, улавливаемых в устройствах для очистки газов мазутных котлов. Значение должно оцениваться для средних условий работы улавливающих устройств за год.

где aV – содержание элемента ванадия в мазуте, %.

При отсутствии результатов анализа топлива содержание ванадия GV в

мазуте рекомендуется определять ориентировочно по формуле

где Ар – содержание золы в рабочей массе мазута, %.

Оксиды серы

Суммарное количество оксидов серы (код 330), выбрасываемых в атмосферу при сжигании твердого или жидкого топлива, содержащего серу M SO2 , т/г. (г/с), выполняется по формуле

8

и содержания свободной щелочи в летучей золе (сланцы эстонские и ленинградские – 0,8; прочие сланцы – 0,5; торф – 0,15; березовские угли КанскоАчинского бассейна – 0,5; другие угли Канско-Ачинского бассейна – 0,2; ка-

оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе попутно с твердыми частицами. Для сухих пылеуловителей (циклоны, электрофильтры) принимается равной 0%, для мокрых 5-15%.

При наличии в топливе сероводорода дополнительный выброс оксидов

где [H2S] – содержание сероводорода в топливе, %.

Оксид углерода

Расчет массового выброса в атмосферу оксида углерода (код 337) M CO ,

т/г. (г/с), производится по формуле

где q3, q4 – потери теплоты соответственно от химической и механической неполноты сгорания топлива, %; R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленной содержанием оксида углерода в продуктах сгорания. Для твердого топлива R = 1,0, для газа R = 0,5, для мазута R = 0,65; QHP – низшая рабочая теплота сго-

рания натурального топлива, МДж/кг, МДж/м3.

При отсутствии эксплуатационных данных значения q3, q4 принимаются по табл. 4 в зависимости от вида сжигаемого топлива и типа используемой топки.

9

П р и м е ч а н и е. В графе 3 меньшие значения – для парогенераторов производительностью более 10 т/ч; в графе 5 большие значения – при отсутствии средств уменьшения уноса, меньшие – при остром дутье и наличии возврата уноса, а также для котлов производительностью 25 – 35 т/ч.

Ориентировочная оценка выброса оксида углерода (т/г., г/с) может прово-

диться по формуле

где КСО – количество оксида углерода на единицу теплоты, выделяющей-

ся при горении топлива, кг/ГДж; принимается по табл. 3.

10