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

3. РАСЧЕТ ОБЪЕМА ОТХОДЯЩИХ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

3.1. Расчет объема отходящих газов при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива

Объем дымовых газов, м3/кг (м3/м3), при нормальных условиях рассчитывается по формуле (3.1):

водяных паров при стехиометрическом сжигании одного килограмма (1 м3) топлива, м3/кг (м3/м3).

Для твердого и жидкого топлива расчет объема дымовых газов,

м3/кг, выполняют по химическому составу сжигаемого топлива по фор-

мулам (3.2) – (3.4):

где , , , , – соответственно, содержание углерода, серы, водорода, кислорода и азота в рабочей массе топлива, % (согласно ра-

сида углерода, диоксида углерода, водорода, сероводорода, углеводородов, азота и кислорода в исходном топливе, % (принимается по табл. 2.9); x и y − число атомов углерода и водорода, соответственно;г.тл − влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа, г/м3.

31

Для расчета максимальной приземной концентрации загрязняющих веществ и предельно допустимых выбросов необходимо рассчитать объем дымовых газов, отходящих в единицу времени ( дг), м3/с, по формуле:

3.2. Пример расчета объема отходящих газов при сжигании твердого и жидкого топлива

Условие задачи.

Рассчитать объем отходящих газов при сжигании угля в котельной с учетом расхода топлива и состава топлива, принятого по формуле (2.22) в п. 2.5. Фактический расход топлива на один котел составляет 0,083 кг/с. Состав топлива: = 41 %; = 3 %; = 7 %;

= 0,7 %; = 3,3 %; р = 15 %.

Решение.

1.Определим объем воздуха по формуле (3.2):

0 = 0,0889 ∙ (41 + 0,375 ∙ 3,3) + 0,265 ∙ 3 − 0,0333 ∙ 7 = 4,31 м3/кг.

2.Определим объем водяных паров по формуле (3.3):

H02O = 0,111 ∙ 3 + 0,0124 ∙ 15 + 0,0161 ∙ 4,31 = 2,26 м3/кг.

3. Определим объем дымовых газов по формуле (3.4):

4. Определим объем дымовых газов, нм3/кг, при нормальных условиях по формуле (3.1), принимая коэффициент избытка воздуха в топке α, равный 2,5, так как концентрация кислорода в дымовых газах за котлом неизвестна (см. формулу 2.13):

Vсг = 6,45 + (2,5 − 1) ∙ 4,31 − 2,26 = 10,66 м3/кг.

5. Рассчитаем объем дымовых газов, отходящих от одного котла в единицу времени ( дг), м3/с, по формуле (3.8):

дг(1) = 10,66 ∙ 0,083 = 0,88 м3/с.

32

6. Тогда объем отходящих газов от трех котлов составит:

дг(3) = 0,88 ∙ 3 = 2,64 м3/с.

Полученное значение объема отходящих газов от трех котлов при сжигании угля в котельной далее будет использовано в качестве исходного данного при расчете максимальной приземной концентрации (гл. 4) и расчете предельно допустимого вещества (ПДВ) (гл. 5).

3.3. Пример расчета объема отходящих газов при сжигании газообразного топлива

Условие задачи.

Рассчитать объем отходящих газов при сжигании газообразного топлива в котельной с учетом его расхода (см. п. 2.7) и состава топлива для газопровода Саратов − Москва, принимаемого по табл. 2.9.

сжигании одного кубического метра природного газа, м3/м3, можно рассчитать по формулам (3.5) – (3.7), если известно содержание всех компонентов в процентном соотношении. В реальных условиях транспортируемый природный газ имеет сертификат соответствия,

1. Рассчитаем объем дымовых газов, м3/м3, при нормальных условиях по формуле (3.1):

сг = 10,73 + (2,5 − 1) ∙ 9,52 − 2,10 = 22,91 м3/м3.

2. Рассчитаем объем дымовых газов, отходящих от одного котла в единицу времени дг, м3/с, по формуле (3.8):

дг(1) = 22,91 ∙ 0,029 = 0,66 м3/с.

3. Тогда объем отходящих газов от трех котлов составит:

дг(3) = 0,66 ∙ 3 = 1,98 м3/с.

33

Полученное значение объема отходящих газов от трех котлов при сжигании природного газа в котельной далее будет использовано в качестве исходного данного при расчете максимальной приземной концентрации (гл. 4) и расчете предельно допустимого вещества (гл. 5).

3.4. Задания по работе

Рассчитать объем отходящих газов при сжигании твердого и жидкого топлива в котельной с учетом расхода топлива и состава топлива, принятого по формуле (2.22) в п. 2.5. Фактический расход топлива на один котел B, кг/с, принимается по исходным данным (табл. 2.7).

Рассчитать объем отходящих газов при сжигании газообразного топлива в котельной с учетом его расхода (см. п. 2.7). Фактический расход топлива на один котел B, м3/с, принимается по исходным данным (см. табл. 2.8), состав топлива для газопровода принимается по табл. 2.9.

34

4. РАСЧЕТ МАКСИМАЛЬНЫХ ПРИЗЕМНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

4.1. Общие сведения

Максимальная приземная концентрация См вредных веществ − это концентрация, которая образуется у поверхности земли в результате выброса загрязняющих веществ при неблагоприятных метеорологических условиях, которая не должна превышать ПДКмр с учетом фоновой концентрации.

Приземная концентрация примеси в атмосфере ‒ концентрация примеси в атмосфере, измеренная на высоте 1,5–2,5 м от поверхности земли. Для расчета максимальных приземных концентраций вредных веществ в атмосфере от нагретых источников необходимы сведения о средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца. Для отопительных котельных часто требуется информация о средней температуре наружного воздуха самого холодного месяца, для которого характерны наибольшие выбросы вредных веществ. Соответствующие данные содержатся в СП 131.13330.2012 [5].

Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания и определение приземных концентраций выбросов промышленных предприятий, является Методика, утвержденная приказом Минприроды России [6]. В основу методов расчета положено условие, при котором суммарная концентрация каждого вредного вещества не должна превышать максимально разовую ПДК данного вредного вещества в атмосферном воздухе.

Максимальная приземная концентрация загрязняющего вещества формируется при опасной скорости ветра. Опасная скорость ветра ‒ скорость ветра на установленной высоте, при которой приземная концентрация от источника выбросов достигает максимального значения.

35

Для горячих выбросов максимальная приземная разовая концентрация загрязняющих веществ См, мг/м3, при выбросе горячего водоснабжения (ГВС) из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при опасной скорости ветра Uм на расстоянии Хм, м, от источника выброса и определяется по формуле:

где A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, определяющий условия горизонтального и вертикального рассеивания загрязняющих веществ в атмосферном воздухе (табл. 4.1); Mi – масса загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферный воздух в единицу времени (мощность выброса), г/с. Значение М следует относить к 20-минутному периоду осреднения, в том числе

ив случаях, когда продолжительность выброса менее 20 мин; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания ЗВ (газообразных и аэрозолей, включая твердые частицы) в атмосферном воздухе. Значение безразмерного коэффициента F принимается: а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п., скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю) − 1; б) для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных в (а)) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % − 2; от 75 до 90 % − 2,5; менее 75 %

ипри отсутствии очистки − 3; m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; H – высота источника выброса над уровнем земли, м (для наземных источников при расчетах принимается H = 2 м); ξ – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ров-

ной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, = 1; при пересеченной местности этот пара-

метр приравнивается к 2; T – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси tгв и температурой окружающего атмосферного воздуха tв, °С. При определении значения ∆Т, °С следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха tв, °С,

36

равной средней максимальной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года, а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси tгв, °С, – по действующим для данного производства технологическим нормативам; V1 – расход газовоздушной смеси, м3/с, определяемый по формуле:

где Dуст – диаметр устья источника выброса, м; w0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с.

Зная расход газовоздушной смеси V1, м3/с, можно рассчитать среднюю скорость выхода газовоздушной смеси w0, м/с, по обратной формуле.

Расстояние Хм (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация С, мг/м3, при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения См, определяется по формуле:

= 5− ∙ ∙ , (4.3)

где безразмерный коэффициент d при f < 100 (то есть для горячего источника) находится по формулам:

− при м ≤ 0,5:

37

38

Для определения принадлежности источника к холодному или горячему по температуре отходящих газов рассчитывается параметр f, который определяется по формуле:

где w0 − средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с; Dуст – диаметр устья источника, м; Н – высота источника выбросов, м; ∆T – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой окружающего атмосферного воздуха Тв, °C. Для горячих источников выбросов f < 100.

Для холодных источников выбросов f ≥ 100.

4.2. Пример расчета максимальных приземных концентраций

Условие задачи.

Рассчитать максимальную приземную концентрацию загрязняющих веществ при сжигании топлива в котельной, расположенной в Ростове-на-Дону (А = 200, ξ=1), если известно, что высота трубы Н составляет 20 м, а диаметр устья трубы Dуст = 0,8 м. Температура окружающей среды tв составляет 25 °С, а температура отходящих газов tгв = 190 °С. Расчет проводится на основании данных, полученных в результате решения задачи (см. п. 2.5).

Решение.

1. Определим принадлежность источника к холодному или горячему по температуре отходящих газов, рассчитав параметр f по формуле (4.10), предварительно определив среднюю скорость выхода газовоздушной смеси (w0, м/с) из устья источника выброса по формуле обратной формуле (4.2), используя рассчитанный объем отходящих дымовых газов от nк котлов (см. п. 3.2) и зная диаметр устья источника выбросов уст, по формуле:

39

2. Рассчитаем максимальную приземную концентрацию загрязняющих веществ См, мг/м3, по формуле (4.1) исходя из рассчитанных значений максимально разовых выбросов загрязняющих веществ, М, г/с, от nк котлов (см. табл. 2.4).

− диоксид азота:

− диоксид серы:

− оксид углерода:

− твердые частицы, так как по условию задачи в п. 2.5 эффективность очистки от твердых загрязняющих веществ составляет 80 %,

F = 2,5:

Сравним расчетные значения максимальных приземных концентраций со значениями ПДК, утвержденных Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 22.12.2017 № 165

(табл. 4.2) [7].

Таблица 4.2 Максимально приземные и предельно допустимые концентрации

40