Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлоагрегатах. Учебно-методическое пособие

5. Суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива) Мтв, поступающих в атмосферу с дымовыми газами котлов, г/с, вычисляем по формуле (2.21), приняв расход натурального топлива В = 83 г/с, аун=0,95; ун = 50 %. Доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях η3, согласно условию задачи равна 0,8:

тв = 83 ∙ 10030−50 ∙ 0,95 ∙ (1 − 0,8) = 9,46 г/с.

6. Рассчитаем годовые выбросы вредных веществ в атмосферу, т/год, приняв, что все три котла работают круглый год, то есть 365 дней в году, 24 часа в сутки. Следовательно, для определения годовых выбросов вредных веществ в атмосферу допустимо произвести пересчет полученных максимально разовых значений выбросов загрязняющих веществ из г/с в т/год, использовав коэффициент перевода, определенный по формуле:

Годовые выбросы от одного котла составляют:

− оксиды азота:

год = 0,028 ∙ 31,536 = 0,883 т/год;

2

год = 0,0046 ∙ 31,536 = 0,145 т/год;

− диоксид серы:

год = 4,9 ∙ 31,536 = 154,526 т/год;

2

− оксид углерода:

год = 1,59 ∙ 31,536 = 50,142 т/год;

− суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива):

твгод = 9,46 ∙ 31,536 = 298,331 т/год.

21

Результаты расчетов выбросов загрязняющих веществ (оксиды азота, диоксид серы, оксид углерода и твердые частицы) при сжигании каменного угля в паровых котлах, представим в табл. 2.4.

Таблица 2.4 Результаты расчетов выбросов загрязняющих веществ

2.6.Пример расчета выбросов загрязняющих веществ

ватмосферу при сжигании мазута

Условие задачи.

В котельной установлены три паровых котла паропроизводительностью D 1 т/ч пара каждый. В котлах сжигается мазут с низшей теплотой сгорания топлива = 37,8 МДж/кг. Фактический расход топлива на котел , кг/с, составляет 0,020. Эффективность очистки от твердых загрязняющих веществ составляет 80 % (η3 = 0,8). Рециркуляция газов отсутствует, r = 0. Температура отходящих газов (tгв) составляет 190 °С. Доля воздуха, подаваемого в промежуточную зону факела (δ), составляет 10 %. Содержание горючих веществ в уносе ( ун) составляет 50 %. Рассчитать массовые, г/с, и валовые, т/год, выбросы загрязняющих веществ (оксиды азота, диоксид серы, оксид углерода и твердые частицы).

Решение.

1. Определим элементный состав мазута, используя табл. 2.3 и фор-

мулу (2.22).

Примем:

−=83,2 %;

−=9,5 %;

22

−=0,7 %;

−=0,6 %;

−=1,0 %;

−р = 2,6 %;

−р=2,4 %.

Проверяем отношение:83,2+9,5+0,7+0,6+1,0+2,4+2,6=100 %. 2. Для определения суммарного количества оксидов азота NOx, г/с,

выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами при сжигании мазута по формуле (2.6), предварительно рассчитываем расчетный расход топлива р, кг/с, по формуле (2.7), приняв по табл. 2.2 значение4 для мазута равное 0,1%:

р = 0,02 ∙ (1 − 1000,1 ) = 0,0199 кг/с.

Рассчитаем удельный выброс оксидов азота при сжигании ма-

зута , г/МДж, по формуле (2.8):

2

Рассчитаем безразмерный коэффициент β , учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения по формуле (2.3):

β = 1 + 0,002 ∙ (190 − 30) = 1,32.

Примем, что безразмерный коэффициент βα, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота, равен 1.

Рассчитаем безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов β по формуле (2.9):

β = 0,17√0 = 0.

Определим безразмерный коэффициент βδ, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру по формуле (2.10), приняв, по условию задачи, долю воздуха, подаваемого в промежуточную зону факела δ, равной 10 %:

βδ = 0,018 ∙ 10 = 0,18.

kп − коэффициент пересчета: при определении выбросов в граммах в секунду kп = 1.

23

Рассчитаем значение :

= 0,0199 ∙ 37,8 ∙ 0,11 ∙ 1,32 ∙ 1 ∙ (1 − 0) ∙ (1 − 0,18) ∙ 1 = 0,0895 г/с.

В связи с установленными раздельными ПДК на оксид и диоксид азота и с учетом трансформации оксидов азота в атмосферном воздухе суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие по формулам (2.16) и (2.17):

2 = 0,8 ∙ 0,0895 = 0,0716 г/с,

= 0,13 ∙ 0,0895 = 0,0116 г/с.

Расчет максимально разовых выбросов диоксида серы, оксида углерода и твердых загрязняющих веществ проводится аналогично расчетам, представленным в п. 2.5.

2.7.Пример расчета выбросов загрязняющих веществ

ватмосферу при сжигании природного газа

Условие задачи.

В котельной установлены три паровых котла паропроизводительностью D 1 т/ч пара каждый. В котлах сжигается природный газ газопровода Саратов – Москва с низшей теплотой сгорания топлива = 43,25 МДж/нм3, при наличии дутьевых горелок напорного типа (из чего следует, что безразмерный коэффициент βк, учитывающий принципиальную конструкцию горелки, принимается равным 1,0). Фактический расход топлива на котел , составляет 0,029 нм3/с. Рециркуляция газов отсутствует. Температура отходящих газов tгв составляет 200 °С. Доля воздуха, подаваемого в промежуточную зону факела δ, составляет 10 %. Котел работает в соответствии с режимной картой, поэтому безразмерный коэффициент βα, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота принимается равным 1. Рассчитать массовые, г/с, и валовые, т/год, выбросы загрязняющих веществ (оксиды азота, диоксид серы, оксид углерода).

24

Решение.

Для определения суммарного количества оксидов азота NOx, г/с, предварительно необходимо определить величины безразмерных коэффициентов (βк, β , βα, β , βδ) и удельный выброс оксидов азота при сжигании газа К 2, г/МДж:

1. Определим безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру βδ по формуле (2.5), приняв, согласно условию задачи, δ = 0,1:

βδ = 0,022 ∙ 0,1 = 0,0022.

2. Определим по формуле (2.4) безразмерный коэффициент β , учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота, при условии, что рециркуляция газов отсутствует (r = 0):

β = 0,16√0 = 0.

3. Определим по формуле (2.3) безразмерный коэффициент β , учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения исходя из условия задачи, что tгв = 200 °С:

β = 1 + 0,002 ∙ (200 − 30) = 1,34.

4. Определим удельный выброс оксидов азота при сжигании газа К 2 по формуле (2.2):

К 2 = 0,01 ∙ √1 + 0,03 = 0,04, г/МДж.

5. Определим суммарное количество оксидов азота NOx, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, по формуле (2.1):

М = 0,029 ∙ 43,25 ∙ 0,04 ∙ 1,0 ∙ 1,34 ∙ 1,0 ∙ (1 − 0) ∙ (1 − 0,0022) ∙ 1 = 0,067, г/с.

В связи с установленными раздельными ПДК на оксид и диоксид азота и с учетом трансформации оксидов азота в атмосферном воздухе суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие по формулам (2.16) и (2.17):

2 = 0,8 ∙ 0,067 = 0,0536 г/с,

= 0,13 ∙ 0,067 = 0,0087 г/с.

25

6.Суммарное количество оксидов серы М 2, выбрасываемых

ватмосферу с дымовыми газами, г/с, вычисляют по формуле (2.18) при наличии сероводорода в природном газе. Рассмотрим компонентный состав природного газа газопровода Саратов – Москва, представленный в табл. 2.5 [4].

Таблица 2.5

Расчетные характеристики природного газа

Как видно из табл. 2.5, сероводород в природном газе газопровода Саратов – Москва отсутствует, следовательно, нет необходимости в расчете диоксида серы.

7. Рассчитаем выбросы оксида углерода при сжигании природного газа. Для этого определим выход оксида углерода при сжигании

топлива ( ), г/нм3, по формуле (2.20), приняв по табл. 2.2 3= 0,2 %,4= 0 %. Коэффициент, учитывающий долю потери тепла вследствие

химической неполноты сгорания топлива , принимаем для газа равной 0,5:

= 0,2 ∙ 0,5 ∙ 43,25 = 4,325 г/нм3.

8. Суммарное количество выбросов оксида углерода, г/с, определяем по формуле (2.19). Для этого переведем расход природного газа из нм3/с в г/с с учетом плотности, используемого газа по формуле:

где ρг – плотность сухого газа, кг/м3; В – фактический расход топлива на котел в нм3/с;

= 103 ∙ 0,838 ∙ 0,029 = 24,3 г/с,

= 10−3 ∙ 24,3 ∙ 4,325 ∙ (1 − 1000 ) = 0,105 г/с.

26

9. Рассчитаем годовые выбросы вредных веществ в атмосферу, т/год, с учетом переводного коэффициента Кпер, рассчитанного по формуле (2.23).

Годовые выбросы от одного котла при сжигании природного газа составляют:

− оксиды азота:

год = 0,0536 ∙ 31,536 = 1,69 т/год,

2

год = 0,0087 ∙ 31,536 = 0,274 т/год;

− оксид углерода:

год = 0,105 ∙ 31,536 = 3,311 т/год.

Результаты расчетов выбросов загрязняющих веществ (оксиды азота, оксид углерода) при сжигании природного газа в паровых котлах представим в табл. 2.6.

2.8. Исходные данные к расчету фактического выброса загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива

Условие задачи при сжигании твердого топлива.

В котельной установлено nк паровых котла паропроизводительностью D, т/ч пара каждый. В котлах сжигается твердое топливо с низшей теплотой сгорания , МДж/кг. Фактический расход твердого топлива на один котел составляет , кг/с. Эффективность очистки отходящих газов от твердых загрязняющих веществ составляет η3 , %. Рециркуляция газов отсутствует, то есть = 0. Коэффициент избытка воздуха в топке αт = 2,5, остаток угля на сите R6 с размером ячеек 6 мм составляет 15 %, тепловое напряжение зеркала горения = 0,682 МВт/м2, так как фактическая мощность котла т = 1,87 МВт, а зеркало горения F = 2,74 м2.

27

Содержание горючих веществ в уносе составляет ун, %. Рассчитать массовые, г/с, и валовые, т/год, выбросы загрязняющих веществ (оксиды азота, диоксид серы, оксид углерода и твердые частицы) при сжигании твердого топлива, используя данные табл. 2.7. Порядок и пример расчета представлен в п. 2.5.

Условие задачи при сжигании жидкого топлива.

В котельной установлено nк паровых котла паропроизводительностью D, т/ч пара каждый. В котлах сжигается жидкое топливо (мазут) с низшей теплотой сгорания топлива , МДж/кг. Фактический расход топлива на котел , кг/с. Эффективность очистки отходящих газов от твердых загрязняющих веществ составляет η3 , %. Рециркуляция газов отсутствует, r = 0. Температура отходящих газов составляет tгв, °С. Доля воздуха, подаваемого в промежуточную зону факела, составляет δ, %. Содержание горючих веществ в уносе составляет ун, %. Рассчитать массовые, г/с, и валовые, т/год, выбросы загрязняющих веществ (оксиды азота, диоксид серы, оксид углерода и твердые частицы) при сжигании жидкого топлива, используя данные табл. 2.7. Порядок и пример расчета представлен в п. 2.6.

Таблица 2.7 Исходные данные к расчету выбросов загрязняющих веществ

при сжигании твердого и жидкого топлива

28

Условие задачи при сжигании газообразного топлива.

В котельной установлено nк паровых котла паропроизводительностью D, т/ч пара каждый. В котлах сжигается природный газ газопровода с низшей теплотой сгорания топлива , МДж/нм3, при наличии дутьевых горелок напорного типа (из чего следует, что безразмерный коэффициент βк, учитывающий принципиальную конструкцию горелки, принимается равным 1,0). Фактический расход топлива на котел , нм3/с. Рециркуляция газов составляет 15 % (r = 0,15). Температура отходящих газов составляет tгв °С. Доля воздуха, подаваемого в промежуточную зону факела δ, составляет 10 %. Котел работает в соответствии с режимной картой, поэтому безразмерный коэффициент βα, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота, принимается равным 1. Рассчитать массовые, г/с, и валовые, т/год, выбросы загрязняющих веществ (оксиды азота, оксид углерода) при сжигании газообразного топлива, используя данные табл. 2.8–2.9. Порядок и пример расчета представлен в п. 2.7.

Таблица 2.8 Исходные данные к расчету выбросов загрязняющих веществ

при сжигании газообразного топлива

29

Таблица 2.9

Расчетные характеристики природного газа различных месторождений

30