Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Воздействие на атмосферу в горном и нефтегазовом производстве. Методические указания к лабораторным работам
.pdf
Таблица 9
Наименование
загрязняющего вещества
Код
вещества
Максимально
разовый выброс, г/с
Валовый
выброс,
т/год
1 вариант расчета (указать значения параметров,
отличающих данный вариант расчета от остальных …)
Пыль неорганическая
(SiO2 20-70 %)
2908
2 вариант расчета (…)
Пыль неорганическая
(SiO2 20-70 %)
2908
3 вариант расчета (…)
Пыль неорганическая
(SiO2 20-70 %)
2908
4 вариант расчета (…)
Пыль неорганическая
(SiO2 20-70 %)
2908
5 вариант расчета (…)
Пыль неорганическая
(SiO2 20-70 %)
2908
Результаты расчетов пыления по пяти сравнительным вариантам
7. Выводы
Для 5 вариантов расчетов необходимо сделать выводы о кратности превышения максимально-разовых выбросов пыли неорганической в зависимости от условий пересыпки материала и метеорологических условий производства работ путем математической обработки
результатов выбросов.
11
Работа № 1.2. Исследование изменения качественных
и количественных параметров выбросов загрязняющих веществ
при работе котельной на различных видах топлива
Мобильные котельные установки применяются в нефте- и газодобывающей промышленности при бурении и прочистке (продувке)
скважин.
Мобильные котельные достаточно просто и удобно использовать,
они характеризуется минимальными затратами на пуско-наладочные
работы, а также не требует специального фундамента.
Котельные имеют насосную систему и водоподготовительное
оборудование. Котельный аппарат представляет собой теплоизолированный модуль с дымовой трубой, в состав которого входит паровой
котел, обеспечивающий рабочее давление насыщенного пара требуемой температуры (около 175 °С). Топливо, обеспечивающее работу
передвижной котельной определяется конструкцией котла. В качестве топлива при эксплуатации котельных установок применяются: мазут, газ, дизельное топливо или же сырая нефть.
Основными загрязняющими веществами, поступающими от котельных в атмосферу, являются твердые частицы (зола, сажа) и газообразные составляющие: оксиды азота, диоксид серы, оксид углерода, бенз(а)пирен.
1. Цель работы
Изучение изменения качественных и количественных характеристик выбросов загрязняющих веществ, котельными установками в
атмосферу при их работе на различных видах топлива
2. Ход работы
Студенты делятся на 4 равные группы, каждая из которых выполняет свой вариант расчета выбросов загрязняющих веществ, зависящих от работы котельной установки в соответствии с приложением 2. По завершению выполнения расчетов студент фиксирует результаты расчетов всех 4 вариантов в виде табл. 10. Каждый студент
выполняет графическую и математическую обработку результатов 4
расчетов, на основании которой он формулирует выводы (п. 4 работы 1.2).
12
,11
2
Пrt
M
NO
r
ipNO
kKQBM
x
Рис. 1. Общий вид котельной
3. Пример оформления расчета выбросов от котельной [2]
Пример оформления расчета выбросов при работе котельной установки выполнен для котельной марки ПКН-2С, работающей на
нефти.
Мобильные котельные марки ПКН-2С относятся к отопительным
паровым установкам передвижного производственного назначения.
Установка отопительная паровая передвижная, собранная в специальном контейнере, изготавливается в климатическом исполнении У
категории 1 ГОСТ 15150 с 2-мя паровыми котлами (рабочий и резервный) типа Е-1-9М, работающим на нефти (мазуте).
3.1. Расчет выбросов оксидов азота
Суммарное количество оксидов азота NOx, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, рассчитывается по формуле
г/с, (2)
где Вр – расчетный расход топлива, определяемый по формуле 3, кг/с;
13
r
i
Q
– низшая теплота сгорания топлива (39,77 МДж/кг, см.
M
NO
K
2
t
t
r
r
,
100
1
4
qBB
p
1,001,0
2
DK
M
NO
x
NO
M
NO
M
x
NO
M
2
NO
M
x
NO
M
прил. 1);
– удельный выброс оксидов азота при сжигании топлива, оп-
ределяемый по формуле 4, г/МДж;
безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воз-
–
духа, подаваемого для горения; (
=1, в котле не осуществляется
предварительный подогрев воздуха в воздухоподогревателе и рециркуляция дымовых газов);
безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка
–
воздуха на образование оксидов азота при сжигании топлива
(
=1,113, т.к. котел не работает в соответствии с режимной картой);
– безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рецир-
куляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота,
(
=0, т.к. степень рециркуляции дымовых газов 0 %);
– безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый
ввод воздуха в топочную камеру, (
=0, т.к. доля воздуха, подаваемо-
го в промежуточную зону факела 0 %);
kп – коэффициент пересчета, при определении выбросов в граммах в секунду, kп = 1.
=0,022528·(1-0,1/100)=0,022505 кг/с, (3)
где В – фактический расход топлива (0,022528 кг/с, см. прил. 2);
q4 – потери тепла от механической неполноты сгорания, 0,1 %.
Для паровых котлов:
=0,11 г/МДж, (4)
где D – фактическая паропроизводительность котла (1 т/ч, см.
прил. 2);
Максимально разовый выброс оксидов азота составит:
=0,022505•39,77•0,11•1•1,113•(1-0)•(1-0)•1=0,109579 г/с;
=
=
•0,13 = 0,1095790 •0,13 = 0,0142453 г/с;
•0,8 = 0,1095790 •0,8 = 0,0876632 г/с.
14
3.2. Расчет выбросов оксида серы
2
SO
M
''''
222
1102,0
SOSO
r
SO
BSM
'
2
SO
'
2
SO
''
2
SO
2
SO
M
100
110
4
3
q
BCM
COCO
r
iCO
RQqC
3
r
i
Q
Суммарное количество оксида серы
, выбрасываемого в ат-
мосферу с дымовыми газами определяется по формуле
, г/с, (5)
где В – расход натурального топлива (22,528 г/с, см. прил. 2);
Sr – содержание серы в топливе на рабочую массу (2,9 %, см.
прил. 1);
– доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле (для
мазута и нефти
=0,02);
– доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе
попутно с улавливанием твердых частиц, принимаем равным 0.
Максимально разовый выброс оксида серы составит
= 0,02•22,538•2,9•(1-0,02)•(1-0) = 1,28105992 г/с.
3.3. Расчет выбросов оксида углерода
Расчет количества выбросов оксида углерода выполняется по
формуле
, г/с, (6)
где В – расход топлива (22,528 г/с, см. прил. 2);
Ссо – выход оксида углерода при сжигании топлива, определяе-
мый по формуле (7), г/кг.
= 0,2•0,65•39,77=5,1701 г/кг, (7)
где q3 – потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, 0,2 %;
R – коэффициент, учитывающий долю потери тепла при химической неполноте сгорания горючего, обусловленную наличием в продуктах неполного сгорания оксида углерода(для мазута (нефти)
R = 0,65);
см. прил. 1);
– низшая теплота сгорания условного топлива (39,77 МДж/кг,
15
q4 – потери тепла вследствие механической неполноты сгорания
CO
M
,/,1
68.32
01.0
34
сг
Q
qВM
r
i
c
3
r
i
Q
с
M
,
100
11(
п
v
зу
осvмз
kBGM
ос
v
зу
топлива, 0,1 %.
Максимально разовый выброс оксида углерода составит
= 0,001•22,528•5,1701•(1-0,1/100) = 0,1163544 г/с.
3.4. Расчет выбросов твердых частиц
При сжигании мазута и нефти в составе твердых частиц определяются выбросы сажи и мазутной золы в пересчете на ванадий.
Количество сажи определяется по следующей формуле:
(8)
где В – расход натурального топлива, (22,528 г/с, см. прил. 2);
– доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях,0;
q4 – потери тепла от механической неполноты сгорания топлива,
0,1 %;
– низшая теплота сгорания топлива (39,77 МДж/кг, см.
прил. 1).
Максимально разовый выброс сажи составит
= 0,01•22,528•0,1•39,77•(1- 0)/32,68 = 0,0274152 г/с.
Количество золы определяется по следующей формуле:
г/с,
(9)
где Gv – количество ванадия, находящегося в 1 т топлива, определяется по формуле (9), г/т;
В – расход натурального топлива (0,0811 т/ч, см. прил. 2);
– доля ванадия, оседающего с твердыми частицами на поверх-
ности нагрева котлов, которую принимают равной 0,05;
– степень очистки дымовых газов от золы в золоулавливаю-
щих установках, 0 %;
kп – коэффициент пересчета 0,278 10-3.
16
,2222
r
V
AG
мз
M
,Пp
н
сrбпбп
kBVcM
O
н
cr
V
O
,
1042,034,0
10
18,3
3
3
''
СТРД
V
м
бп
ККК
e
qR
c
T
''
T
,/
T
r
ipV
VQBq
где 2222 – эмпирический коэффициент;
Аr – содержание золы в топливе на рабочую массу, (Аr = 0,1 %,
см. прил. 1).
Максимально разовый выброс золы составит
= 2222•0,1•0,0811•(1-0,05)(1-0)•0,278•0,001= 0,0047592 г/с.
3.5. Расчет выбросов бенз(а)пирена
Выброс бенз(а)пирена, поступающего в атмосферу с дымовыми
газами, рассчитывается по уравнению:
(9)
г/с,
(10)
где сбп, – массовая концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых га-
зах при стандартном коэффициенте избытка воздуха
= 1,4 и нор-
мальных условиях, мг/нм3;
– объем сухих дымовых газов, образующихся при полном
сгорании 1 кг топлива, при
= 1,4, нм3/кг топлива;
Вр – расчетный расход топлива (0,0811 т/ч, см. прил. 2);
kп – коэффициент пересчета при определении выбросов в граммах в секунду, 0,278·10-3.
Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм3, в сухих продуктах сгорания
мазута на выходе из топочной камеры определяется по формулам:
(11)
где R – коэффициент, учитывающий способ распыливания топлива,
R=1;
– коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на вы-
ходе из топки, 1,2;
qv – теплонапряжение топочного объема, кВт/м3.
При сжигании непроектного топлива величина qv рассчитывается
по соотношению:
=0,022505•39770/5=179,027 кВт/м3,
17
где Вр – расчетный расход топлива на номинальной нагрузке
r
i
Q
м
бп
c
0
"
Т
м
бпбп
cс
,
н r
icr
KQV
r
i
Q
бп
M
00
1VVV
rcr
o
r
o
VV ,
(0,022505 кг/с, см. расчет по формуле 3);
– низшая теплота сгорания топлива (39,77 МДж/кг, см.
прил. 1);
VT – объем топочной камеры (5 м3, см. прил. 2);
КР – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на
концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, 1;
КД – коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, 1;
КСТ – коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, 1.
=0,001•1•(0,34+0,42•0,001•179,027)/EXP(3,8•(1,2-1)) =
= 0,0001942 мг/м3.
= 0,0001942•1,2/1,4 = 0,0001664 мг/м3.
=0,355•39,77 = 14,120 м3/кг топлива,
где
– низшая рабочая теплота сгорания топлива (39,77 МДж/кг, см.
прил. 1);
К – коэффициент, учитывающий характер топлива (для мазута и
нефти к=0,355).
Максимально разовый выброс бенз(а)пирена составит
= 0,0001664•14,120•0,081019•0,000278 = 5х10-8 г/с.
3.6. Расчет объема дымовых газов
Объем газо-воздушной смеси (дымовых газов) при нормальных
условиях рассчитывается по уравнению:
, (12)
где
– соответственно объемы воздуха, дымовых газов без во-
дяных паров при стехиометрическом сжигании одного килограмма
топлива, м3/кг.
18
Для твердого и жидкого топлива расчет выполняют по химиче-
rrr
кор
r
OHSCV 0333,0265,0)375,0(0889,0
0
00
0161,00124,0111,0
2
VWHV
rr
OH
00000
2222
100
8,079,0
100
375,0
866,1
OH
r
r
кор
r
OHNROr
V
N
V
SC
VVVV
o
OH
V
2
rrrr
кор
r
NOHSC ,,,,
0
V
0
2
OH
V
0
r
V
cr
V
вал
M
скому составу сжигаемого топлива по формулам:
; (13)
; (14)
(15)
,
где
- объем водяных паров при стехиометрическом сжигании од-
ного килограмма одного килограмма топлива, м3/кг;
– соответственно содержание углерода, серы
(органической и колчеданной), водорода, кислорода И азота в рабочей
массе топлива (см. прил. 4), %.
=0,0889•(81,8+0,375•2,9)+0,265•11,8-0,0333•0,4= 10,48238 м3/кг,
=0,111•11,8+0,0124•3+0,0161•10,482379=1,51577 м3/кг,
=1,866•((81,8+0,375•2,9)/100)+0,79•10,48238+0,8•0,4/100+1,51577
=11,34673 м3/кг,
=11,34673+(1,2-1)•10,48238 = 13,44320 м3/кг.
Расчет объема дымовых газов составит
Vг = Вр • V
• (273 + t г) / 273 = 0,022505•13,44320 •(273+260)/273
cr
=0,59068 м3/c,
где Вр – расчетный расход топлива, (0,022505 кг/с, см. расчет по формуле 3);
t г – температура уходящих газов, 260 град. С.
Валовый выброс от котельный рассчитан с учетом продолжительности этапов бурения и крепления скважины по формуле
где М
= М
– максимально разовый выброс загрязняющего вещества,
м.р.
•24•n•3600/106 ,т/г, (16)
м.р.
г/с:
n – продолжительность этапа работ, сут. (прил. 3).
19
Таблица 10
Код
Наименование выброса
Максимально-разовый
выброс (г/с)
Валовой
выброс (т/год)
При работе котельной на малосернистом мазуте
301
Азот (IV) оксид
0,0876733
304
Азот(II) оксид
0,0142469
328
Углерод черный (Сажа)
0,0274184
330
Сера диоксид
0,10457632
337
Углерод оксид
0,1163679
703
Бенз/а/пирен
0,00000005
2904
Мазутная зола
0,0047592 При работе котельной на сернистом мазуте
301
Азот (IV) оксид
…
…
При работе котельной на высокосернистом мазуте
301
Азот (IV) оксид
…
…
При работе котельной на нефти
301
Азот (IV) оксид
…
…
Результаты расчетов четырем сравнительным вариантам выбросов
загрязняющих веществ, поступающих от котельных в атмосферу
4. Выводы
На основании выполненной работы необходимо построить график, предметно показывающий зависимость изменения максимально-разовых выбросов каждого вещества при работе котельной установки с использованием 5 различных видов топлива.
На основе построенных графиках сделать вывод о наиболее
вредном веществе для окружающей среды из используемых для работы котельных виде топлива.
Определить характеристики видов топлива, влияющие на значительное изменение содержания вредных веществ в дымовых газах.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]