4.11. Расчет дымовой трубы

Расчет дымовой трубы заключается в правильном выборе ее конструкции и подсчете высоты, обеспечивающей допустимую концентрацию вредных веществ в атмосфере.

Рассчитаем минимальную высоту дымовой трубы.

Диаметр устья дымовой трубы D₀, м, определяется по формуле:

, /12/ (72)

где N – предполагаемое число дымовых труб (принимаем N = 1);

w₀ – скорость дымовых газов в устье дымовой трубы, м/с

(принимаем w₀ = 22 м/с /8/);

V – объемный расход дымовых газов, м³/с,

V = V_Г*B, (73)

где В – суммарный расход топлива на станцию, кг/с;

V_Г – удельный объем дымовых газов, м³/кг,

, (74)

где - удельный объем дымовых газов, соответствующий теоретически необходимому объему воздуха, м³/кг,

, (75)

Объемы продуктов сгорания подсчитываются по формулам:

, (76)

м³/м³;

, (77)

м³/м³;

, (78)

где d_Г – влагосодержание топлива (при температуре топлива 20 ⁰С

d_Г = 19,4 );

м³/м³;

Тогда действительный объем газов:

м³/м³;/10/

С учетом плотности топлива имеем:

м³/кг.

Суммарный расход топлива всеми котлами:

В = В_Р*n, (79)

где В_Р – расчетный расход топлива на один котел, кг/с;

n – число котлов.

В = 7,9*4 = 31,6 кг/с.

Тогда объемный расход дымовых газов:

V = 19*31,6 = 600,4 м³/с.

Диаметр устья дымовой трубы:

м.

Высота дымовой трубы Н, м, определяется по формуле :

, (80)

где F – поправочный коэффициент, учитывающий содержание примесей в дымовых газах (для газообразных примесей F = 1);

A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (для данного региона А= 200);

m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из трубы;

ПДК – предельно допустимая концентрация какого-либо элемента в атмосфере, мг/м³;/4/

C_Ф – фоновая концентрация вредных веществ, обусловленная внешними источниками загазованности, мг/м³;/14/

М – массовый выброс вредных веществ в атмосферу, г/с;

- разность температур уходящих газов и атмосферного воздуха, ⁰С.

Разность температур определяется формулой:

, (81)

Т – температура воздуха самого жаркого месяца в 13 часов дня

(Т=30 ⁰С );/13/

=150-30 = 120⁰С.

Фоновая концентрация С_Ф зависит от промышленной развитости района сооружения станции. Поскольку город Тобольск является крупным промышленным центром, то фоновая концентрация велика: С_Ф = 0,01 мг/м³./14/

Поскольку в топливе отсутствует сероводород, будем вести расчет только по выбросам диоксида азота NO₂. ПДК по содержанию в воздухе этого элемента составляет 0,2 мг/м³.

Массовый выброс диоксида азота определяется пол формуле:

, (82)

где q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива (при сжигании газообразного топлива q₄ = 0 %);

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива (для газообразного топлива, при отсутствии содержания в нем N, =0,9 );

- коэффициент, учитывающий конструкцию горелок (для вихревых горелок =1);

- коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления (= 1);

- коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий подачи их в топку (=0);

r – степень рециркуляции дымовых газов (r = 0 %);

- коэффициент, характеризующий снижение выброса оксидов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок (=1).

К – коэффициент, характеризующий выход оксидов азота, кг/т;

, /12/ (83)

где D – паропроизводительность котла, т/ч;

кг/т.

Итак массовый выброс оксида азота:

М_NO2 = 0,034*7,67*0,9*31,96*34,32 = 254,54 г/с.

Для того, чтобы определить коэффициенты m и n, необходимо знать высоту трубы. Поэтому расчет ведется методом последовательных приближений.

Задаемся высотой трубы H = 120 м.

Коэффициент m определяем по формуле:

, (84)

где f – безразмерный параметр, определяемый по формуле:

, (85)

;

.

Коэффициент n зависит от параметра V_М, который определяется по формуле:

V_M = , (86)

V_M = = 15,9;

Поскольку V_M>2, то n = 1.

Итак определяем высоту дымовой трубы по формуле 80:

м.

Принимаем ближайшее к полученному значение высоты дымовой трубы из стандартного ряда Н = 90 метров, что совпадает с ранее принятым значением. Выбираем железобетонную конструкцию дымовой трубы с естественно-вентилируемым зазором.

Определим максимально возможную приземную концентрацию диоксида азота по формуле :

, (87)

где К_Р – безразмерный коэффициент, учитывающий рельеф местности (для ровной местности К_Р = 1 );

мг/м³.

Проверим соблюдения условий экологической безопасности по концентрации вредных веществ в атмосфере. Проверить можно с помощью двух формул:

1. С_М + С_Ф <= ПДК, (88)

0,137+0,01 = 0,147;

0,147<0,2, условие соблюдается;

2. , (89)

;

0,74<1, условие соблюдается.

Таким образом, сооружение дымовой трубы высотой 90 метров позволит обеспечить содержание диоксида азота в рамках ПДК.

Расстояние от дымовой трубы, на котором достигается это значение максимальной приземной концентрации определим по формуле:

, (90)

где d – безразмерный коэффициент, определяемый по формуле:

, (91)

.

Тогда

м.