I Определение массового количества выбросов загрязняющих веществ и их максимальной концентрации в приземном слое атмосферы при работе предприятия
Определение массового количества загрязняющих веществ в дымовых газах, образующихся при сжигании твёрдого, жидкого, газообразного топлива в котлах при выбросе их в атмосферу
Задача 1.1
Определение массового количества загрязняющих веществ в дымовых газах, образующихся при сжигании твёрдого топлива в котле при выбросе их в атмосферу
Расход
топлива в котле определяется его
паропроизводительностью D
(т/час), энтальпиями пара и подаваемой
в котёл питательной воды iп,
iпв
(кДж/кг), низшей теплотой сгорания топлива
(кДж/кг) и коэффициентом полезного
действия котла
,
%.
Для этого используется формула (6.1):
(кг/с)
(6.1)
Низшая теплота сгорания топлива определяется по формуле (6.2):
,
(кДж/кг), (6.2)
где
- содержание углерода, водорода, кислорода,
серы и влажности в топливе в процентах.
Химический состав отдельных видов топлива приведён в таблице 6.1
Таблица 6.1 - Химический состав твёрдых топлив, приведённый на рабочую массу
|
Тип и месторождение топлива |
Содержание химического вещества, % | ||||||
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
Подмосковный бассейн бурый уголь |
2,7 |
28,7 |
2,2 |
0,6 |
8,6 |
25,2 |
32 |
|
Печорский бассейн каменный уголь |
0,8 |
59,6 |
3,8 |
1,3 |
5,4 |
23,6 |
7 |
|
Кузнецкий бассейн антрацит |
0,3 |
65,7 |
3,0 |
1,7 |
3,1 |
16,2 |
7 |
|
Донецкий бассейн каменный уголь антрацит |
4,0 |
50,6 |
3,7 |
1,1 |
8,0 |
19,6 |
13 |
|
1,8 |
71,7 |
1,4 |
0,8 |
1,4 |
16,9 |
6 | |
|
Торф кусковой фрезерный |
0,2 |
30,9 |
3,2 |
1,3 |
17,8 |
6,6 |
40 |
|
0,1 |
25,7 |
2,7 |
1,1 |
14,9 |
5,5 |
50 | |
|
Дрова |
- |
30,3 |
3,6 |
0,4 |
25,1 |
0,6 |
40 |
Для паровых котлов, работающих на предприятиях железнодорожного транспорта, энтальпию пара можно принимать iп = 2800 кДж/кг, а энтальпию питательной воды iпв = 300 кДж/кг.
Полученную
по формуле 6.2 величину
в кДж/кг для дальнейших расчётов следует
перевести в размерность МДж/кг.
МДж/кг
= 10-3
кДж/кг
Суммарное
количество твёрдых частиц (летучей золы
и несгоревшего топлива)
(г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми
газами от котла, определяется по формуле
(6.3):
,
г/с (6.3)
где
- расход топлива, г/с;
-
зольность топлива на рабочую массу, %;
-
доля золы, уносимой газами из котла (для
бурого угля – 0,25; каменного – 0,2; антрацита
– 0,35);
-
доля золы, улавливаемой в пылеуловителе
(эффективность работы пылеуловителя в
долях);
-
потери теплоты от механической неполноты
сгорания топлива в % (табл. 6.2);
-
низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;
32,680 МДж/кг – теплота сгорания углерода.
При
отсутствии пылеуловителей за котлом
величина
принимается равной - 0.
Первое слагаемое правой части формулы (6.3) представляет массовое количество летучей золы, а второе – массовое количество коксовых остатков, образующихся в топке, и также выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами.
Массовый выброс в атмосферу оксидов азота с дымовыми газами от котлов, оборудованных топками с неподвижной цепной решёткой с пневматическим забрасывателем, и от котлов, оборудованных шахтными топками с наклонной решёткой, в пересчёте на NO2 в (г/с) определяется по формуле (6.4):
, (г/с)
(6.4)
где
- расчётный расход топлива (кг/с) по
формуле (6.1);
-
низшая теплота сгорания топлива (МДж/кг),
принимается по формуле (6.2) с пересчётом
в (МДж/кг);
-
удельный выброс оксидов азота при
слоевом сжигании твёрдого топлива
(г/МДж).
Величина
определяется по формуле (6.5):
,
(6.5)
где
- коэффициент избытка воздуха в топочной
камере, которую можно принять
=2,5;
-
характеристика гранулометрического
состава угля – остаток на сите при
просеивании с размером ячеек 6 мм, %. Она
принимается по сертификату на топливо.
Для каменных углей принимается 80%, для
бурого угля 70%, для торфа 30%, для дров
0%.
-
тепловое напряжение зеркала горения
топлива в слое, МВт/м2.
Величина
определяется по формуле (6.6):
,
(6.6)
где
- зеркало горения (определяется по
паспортным данным котельной установки),
м2;
-
фактическая тепловая мощность котла
по введённому в топку теплу, определяемая
по формуле (6.7):
(6.7)
При
отсутствии данных по площади зеркала
горения
величину
можно принимать:
для бурого угля – 0,82 МВт/м2;
для каменного угля – 0,87 МВт/м2;
для антрацита – 0,97 МВт/м2;
для торфа – 1,3 МВт/м2;
для дров – 0,8 МВт/м2.
-
безразмерный коэффициент, учитывающий
влияние рециркуляции дымовых газов,
подаваемых в смеси с дутьевым воздухом
под колосниковую решётку, на образование
оксидов азота , определяемый по формуле
(6.8):
,
(6.8)
где
- степень рециркуляции дымовых газов,
% (можно принимать 15
20%).
В связи с установленными раздельными ПДК на оксиды и диоксиды азота и с учётом трансформации оксида азота в атмосферном воздухе суммарные выбросы оксидов азота разделяются с учётом различия в молекулярной массе на составляющие по соотношениям (6.9) и (6.10):
(6.9)
(6.10)
Массовый выброс оксидов серы (SO2) с дымовыми газами от котла в атмосферу (г/с) определяется по формуле (6.11):
,
г/с, (6.11)
где
- расход топлива, г/с;
-
содержание серы на рабочую массу, %;
-
доля оксидов серы, связываемых летучей
золой в котле;
-
доля оксидов серы, улавливаемых в мокром
золоуловителе вместе с улавливанием
твёрдых частиц.
Ориентировочные
значения
при
сжигании различных видов твёрдого
топлива составляют, таблица (6.1):
Таблица
6.1 – Значения коэффициента
|
Топливо |
|
|
торф |
0,15 |
|
сланцы |
0,8 |
|
угли различных бассейнов |
0,1 |
0,5
0,2
Доля
оксидов серы (
),
улавливаемых в сухих золоуловителях
или при отсутствии золоуловителя
принимается равной нулю. В мокрых
золоуловителях её можно принимать 2 –
3% или в долях (0,02
0,03).
Оценка величины массовых выбросов оксида углерода с дымовыми газами от котла (г/с) может быть выполнена по формуле (6.12) :
,
(г/с) (6.12)
где
- расход топлива, г/с;
-
потери теплоты вследствие химической
неполноты сгорания топлива, % (табл.
6.2);
-
коэффициент, учитывающий долю потери
теплоты вследствие химической неполноты
сгорания топлива, которая обусловлена
наличием в продуктах неполного сгорания
оксидов углерода. Она принимается для
твёрдого топлива равной 1.
-
низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;
-
потери теплоты вследствие механической
неполноты сгорания топлива, %;
и
принимаются с зависимости от вида
топлива и способа его сжигания в котлах
(по табл. 6.2)
Определение концентрации вредных веществ в уходящих газах перед трубой (без очистки):
Мс – массовый выброс загрязняющего вещества, г/с;
VГ – объем удаляемых газов, м3/с (см. задача 1.4, таблица 1.4)
Таблица
6.2 - Значения коэффициентов химической
и механической неполноты сгорания
топлива (
,
)
|
Вид топки котла |
Топливо |
|
|
|
С неподвижной решёткой |
Бурые угли |
2,0 |
8,0 |
|
Каменные угли |
2,0 |
7,0 | |
|
Антрациты |
1,0 |
10,0 | |
|
С цепной решёткой |
Донецкий антрацит |
0,5 |
10 |
|
Шахтно-цепные топки |
Торф кусковой |
1,0 |
2,0 |
|
Топки с пневмозабросом и решёткой прямого хода |
Кузнецкие угли |
0,5 |
5 |
|
Донецкие угли |
6 | ||
|
Бурые угли |
5 | ||
|
Топки с пневмозабросом и решёткой обратного хода |
Каменные угли |
0,5 |
5 |
|
Бурые угли |
6 | ||
|
Топки с пневмозабросом и неподвижной решёткой |
Антрацит |
0,5 |
13 |
|
Бурые угли |
9 | ||
|
Каменные угли |
5 | ||
|
Шахтные топки с наклонной решёткой |
Дрова |
2 |
2 |
|
Дроблёные отходы | |||
|
Торф кусковой | |||
|
Топки скоростного горения |
Дрова, щепа, опилки |
1 |
4 |
|
Камерные топки с твёрдым шлакоудалением |
Каменные угли |
0,5 |
5 |
|
Бурые угли |
0,5 |
3 | |
|
Фрезерный торф |
0,5 |
3 |
,
%
,
%
13
1
3
5
4
1
3
4
1
10
7
3
2
3
2
2
Таблица 6.3 Варианты условий для решения задачи к курсовой работе
|
№ варианта |
Паропроизводительность котла D, т/ч |
Тип топлива и месторождение |
Тип топочной камеры |
КПД
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
10 |
Бурые угли Подмосковного бассейна |
слоевая топка с неподвижной решёткой |
80 |
|
2 |
20 |
слоевая топка с решёткой обратного хода |
85 | |
|
3 |
10 |
Бурые угли Подмосковного бассейна |
слоевая топка с решёткой прямого хода |
83 |
|
4 |
6,5 |
камерная топка с твёрдым шлакоудалением |
87 | |
|
5 |
20 |
Печорский бассейн. Каменный уголь |
слоевая топка с неподвижной решёткой |
80 |
|
6 |
6,5 |
слоевая топка с пневмозабросом и решёткой обратного хода |
85 | |
|
7 |
10,0 | |||
|
8 |
30 |
Печорский бассейн. Каменный уголь
|
камерные топки с твёрдым шлакоудалением |
87 |
|
9 |
6,5 |
Кузнецкий бассейн Антрацит |
топка слоевая с пневмозабросом и неподвижной решеткой |
83 |
|
10 |
10 | |||
|
11 |
30 |
слоевая топка с неподвижной решёткой |
81 | |
|
12 |
25 | |||
|
13 |
6,5 |
Донецкий бассейн Каменный уголь |
слоевая топка с пневмозабросом и решёткой прямого хода |
84 |
|
14 |
10,0 |
,
%
Продолжение таблицы 6.3
-
1
2
3
4
5
15
10,0
Антрацит
слоевая топка с цепной решёткой
84
16
30
Торф кусковой
камерные топки с твёрдым шлакоудалением
85
17
6,5
Торф фрезерный
каперные топки с твёрдым шлакоудалением
87
Задача 1.2
Определение массового количества загрязняющих веществ в дымовых газах, образующихся при сжигании жидкого топлива в котле при выбросе их в атмосферу
Расход
топлива в котле определяется его
паропроизводительностью D
(т/час), энтальпиями пара и подаваемой
в котёл питательной воды iп,
iпв
(кДж/кг),
низшей теплотой сгорания топлива
(кДж/кг) и коэффициентом полезного
действия котла
,
%.
Для определения расхода топлива используется формула (7.1):
(кг/с)
(7.1)
Низшая
теплота сгорания топлива
определяется формулой (7.2):
,
(кДж/кг), (7.2)
где
- содержание углерода, водорода, кислорода,
серы и влажности в топливе в процентах
согласно химическому составу топлива,
приведённому в таблице 7.1.
Для паровых котлов, работающих на предприятиях железнодорожного транспорта, энтальпию пара можно принимать iп = 2800 кДж/кг, а энтальпию питательной воды
iпв = 300 кДж/кг.
Таблица 7.1- Химический состав жидкого топлива, приведённый на рабочую массу
|
Тип жидкого топлива |
Содержание химических веществ, % | ||||||
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
Мазут малосернистый |
0,5 |
85,3 |
10,2 |
0,3 |
0,4 |
0,3 |
3 |
|
Мазут высокосернистый |
2,9 |
83,4 |
10,0 |
0,2 |
0,2 |
0,3 |
3 |
Для
дальнейших расчётов полученную величину
по формуле (7.1) в кДж/кг следует перевести
в размерность МДж/кг.
МДж/кг
= 10-3
кДж/кг
Суммарное количество оксидов азота NOx в пересчёте на NO2 (г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, определяется по формуле (7.3):
,
г/с (7.3)
где Вк (кг/с) – расчётный расход топлива, определённый по формуле (7.1);
(МДж/кг)
– низшая теплота сгорания топлива;
(г/МДж)
– удельный выброс оксидов азота при
сжигании мазута.
Для
паровых котлов применяется формула
(7.4):
,
(7.4)
где D – паропроизводительность котла, т/ч.
-
безразмерный коэффициент, учитывающий
температуру воздуха, подаваемого для
горения. Он определяется по формуле
(7.5):
(7.5)
При
подаче холодного воздуха
=1.
При
подаче нагретого до 130
150°
воздуха
1,2.
-
безразмерный коэффициент, учитывающий
влияние избытка воздуха на образование
оксидов азота при сжигании мазута. Для
котлов малой мощности
=1,11.
-
безразмерный коэффициент, учитывающий
влияние рециркуляции дымовых газов
через горелки на образование оксидов
азота.
При подаче газов рециркуляции в смеси с воздухом, определяемым соотношением (7.6):
,
(7.6)
где
- степень рециркуляции дымовых газов,
%.
При
отсутствии рециркуляции дымовых газов
=
0.
-
безразмерный коэффициент, учитывающий
ступенчатую подачу воздуха в топочную
камеру определяемый соотношением (7.7):
,
(7.7)
где
- доля воздуха, подаваемого в промежуточную
зону факела, в процентах от общего
количества воздуха.
При
одноступенчатом подводе воздуха
= 0 и
= 0.
В связи с установленными раздельными ПДК для NO2 и NO и с учётом трансформации оксида азота в атмосфере суммарные выбросы оксидов азота разделяются с учётом различия в молекулярной массе на составляющие:
Суммарное
количество оксидов серы
(г/с),
выбрасываемых в атмосферу с дымовыми
газами, определяется по формуле (7.7):
,
г/с, (7.7)
где
- расход топлива, г/с;
-
содержание серы на рабочую массу, %;
-
доля оксидов серы, связываемых летучей
золой в котле. При сжигании мазута
= 0,02;
-
доля оксидов серы, улавливаемых в мокром
золоуловителе. При использовании сухих
золоуловителей или при их отсутствии
= 0. При использовании мокрых золоуловителей
0,02
0,03.
Суммарное количество выбросов СО (г/с) с дымовыми газами определяется по формуле (7.8):
,
г/с (7.8)
где
- расход топлива, г/с;
-
потери теплоты вследствие химической
неполноты сгорания топлива, %;
-
коэффициент, учитывающий долю потери
теплоты в результате химической неполноты
сгорания топлива. При
сжигании
мазута он принимается равным
=0,65;
- низшая теплота сгорания топлива,
МДж/кг;
-
потери теплоты вследствие механической
неполноты сгорания топлива, %. Для мазутов
принимается
=
0,1%.
Суммарное
количество мазутной золы
(г/с) с учётом того, что она представляет
сложную смесь, состоящую в основном из
оксидов металлов, расчётным путём
определяют в пересчёте на ванадий, так
как по содержанию, которого в золе
установлен санитарно-гигиенический
норматив (ПДК).
Количество мазутной золы в пересчёте на ванадий (г/с), поступающей в атмосферу с дымовыми газами при сжигании мазута, определяется по формуле (7.9):
,
(7.9)
где
- количество ванадия в 1 т мазута (г/т)
При отсутствии данных химического анализа топлива его можно рассчитать по приближённой формуле (7.10):
,
(г/т)
(7.10)
где
- содержание золы в мазуте на рабочую
массу в %.
-
расход топлива в котле. При определении
выбросов в (г/с) согласно формулы (7.9)
принимается в (т/ч).
-
доля ванадия, осевшего с твёрдыми
частицами на
поверхности нагрева мазутных котлов.
Для
котлов малой производительности
=
0,05.
-
степень очистки дымовых газов от мазутной
золы в золоулавливающих установках в
долях.
При использовании для очистки от мазутной золы батарейных циклонов (в пересчёте на ванадий) определяем по формуле (7.11):
,
(7.11)
где 0,076 и 2,32 – эмпирические коэффициенты
1,85 – эмпирический показатель степени.
-
общая эффективность улавливания твёрдых
частиц, образующихся при сжигании мазута
в котлах, %.
Зависимость (7.11) действительна при выполнении условия
65%
<
<
85%.
Определение концентрации вредных веществ в уходящих газах перед трубой (без очистки):
Мс – массовый выброс загрязняющего вещества, г/с;
VГ – объем удаляемых газов, м3/с (см. задача 1.4, таблица 1.4)
Таблица 7.2 - Варианты условий для решения задачи к курсовой работе
|
№ варианта |
Тип топлива |
Паропроизводительность котла D, т/ч |
Коэффициент
полезного действия котла
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
малосернистый мазут |
8 |
80 |
|
2 |
40 |
82 | |
|
3 |
20 |
80 | |
|
4 |
10 |
83 | |
|
5 |
20 |
85 | |
|
6 |
30 |
83 | |
|
7 |
высокосернистый мазут
|
40 |
83 |
|
8 |
6,5 |
78 | |
|
9 |
10 |
86 | |
|
10 |
20 |
85 | |
|
11 |
25 |
85 | |
|
12 |
30 |
81 | |
|
13 |
6,5 |
78 | |
|
14 |
10 |
85 | |
|
15 |
20 |
80 | |
|
16 |
25 |
80 | |
|
17 |
30 |
85 |
,
%
Задача 1.3
Определение массового количества загрязняющих веществ в дымовых газах, образующихся при сжигании газообразного топлива в котельной, и выбрасываемых в атмосферу
Расход
топлива в котле определяется его
паропроизводительностью D
(т/час), энтальпиями пара iп
(кДж/кг) и
подаваемой в котёл питательной воды
iпв
(кДж/кг), а
также коэффициентом полезного действия
котла
,
%.
Для этого используется формула (8.1):
(кг/с)
или (нм3/с)
(8.1)
Для паровых котлов малой паропроизводительности, работающих в основном для целей теплоснабжения, что характерно для предприятий железнодорожного транспорта, энтальпии пара и питательной воды при решении задачи можно принять iп = 2800 кДж/кг, iпв = 300 кДж/кг.
(кДж/кг
или кДж/нм3)
– низшая теплота сгорания топлива,
приведённая на единицу массы или объёма
газа.
Химический состав газообразного топлива и его низшая теплота сгорания приведены в таблицах 8.1 и 8.2. Пересчёт низшей теплоты сгорания топлива с единицы массы на единицу объёма при нормальных условиях проводится по формуле (8.2):
,
(8.2)
где
- плотность газообразного топлива
(кг/нм3).
Массовый выброс оксидов азота (г/с) с дымовыми газами при сжигании газообразного топлива определяется уравнением (8.3):
,
(8.3)
где
- расчётный расход топлива (кг/с) или
(нм3/с);
-
низшая теплота сгорания топлива,
принимаемая соответственно для единицы
массы или объёма газа (МДж/кг) или
(МДж/нм3);
-
удельный выброс оксидов азота при
сжигании газа, г/МДж.
Для паровых котлов коэффициент определяется соотношением (8.4):
,
(8.4)
где
- производительность котла, т/ч.
-
безразмерный коэффициент, учитывающий
принципиальную конструкцию горелки.
Для дутьевых горелок напорного типа,
т.е. при наличии дутьевого вентилятора
=1,0.
Для
горелок инжекционного типа
=1,6.
Для
горелок двухступенчатого сжигания
=0,7.
-
безразмерный коэффициент, учитывающий
температуру воздуха, подаваемого для
горения, определяемый по формуле (8.5):
,
(8.5)
где
- температура горячего воздуха.
-
безразмерный коэффициент, учитывающий
влияние избытка воздуха на образование
оксидов азота.
Его
можно принять
=1,225.
-
безразмерный коэффициент, учитывающий
влияние рециркуляции дымовых газов
через горелки на образование оксидов
азота. При подаче газов рециркуляции в
смеси с воздухом применяется формула
(8.6):
,
(8.6)
где
- степень рециркуляции дымовых газов,
%. При отсутствии рециркуляции
=0.
-
безразмерный коэффициент, учитывающий
ступенчатый ввод воздуха в топочную
камеру, определяемый соотношением
(8.7):
,
(8.7)
где
- доля воздуха, подаваемого в промежуточную
зону факела (в процентах от общего
количества воздуха).
Суммарное количество оксидов серы (г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами определяется по формуле (8.8):
,
(8.8)
где
- расход газообразного топлива на котёл,
г/с;
-
содержание серы в топливе на рабочую
массу, %.
Так
как в газообразном топливе сера
представлена в виде сероводорода
,
то содержание серы определяется по
формуле (8.9):
(8.9)
Суммарное количество оксидов углерода (г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, определяется по формуле (8.10):
,
(8.10)
где
- расход газа на сжигание в котле, г/с;
(нм3/с)
-
потери теплоты вследствие химической
неполноты сгорания топлива, %. Для
природного газа
=0,2%,
для искусственного газа
=1%.
-
коэффициент, учитывающий долю потери
теплоты вследствие химической неполноты
сгорания топлива, обусловленную наличием
в продуктах неполного сгорания оксида
углерода; принимается для газообразного
топлива
=
0,5.
-
низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;
(МДж/нм3)
-
потери теплоты от механической неполноты
сгорания; для газообразного топлива
.
Таблица 8.1 – Характеристика природного газа (состав в % по объему)
|
СН4 |
С2Н6 |
С3Нg |
C4Н10 |
C5Н12 |
Н2S |
СО2 |
N2 |
|
|
76,7 |
4,5 |
1,7 |
0,8 |
0,8 |
1,0 |
0,2 |
14,5 |
34 |
МДж/кг
Таблица 8.2- Характеристика искусственных газов (состав в % по объему)
Генераторный подмосковный
|
Н2 |
СН4 |
С2Н6 |
CmНn |
Н2S |
СО |
СО2 |
N2 |
О2 |
|
|
14 |
2,2 |
- |
0,3 |
1,2 |
25 |
6,5 |
50,6 |
0,2 |
5,910 |
МДж/кг
Коксовый доменный
|
Н2 |
СН4 |
С2Н6 |
CmНn |
Н2S |
СО |
СО2 |
N2 |
О2 |
|
|
2,7 |
0,3 |
- |
- |
0,3 |
28 |
10,2 |
58,5 |
- |
4,010 |
МДж/кгГаз пиролиза
|
Н2 |
СН4 |
С2Н6 |
CmНn |
Н2S |
СО |
СО2 |
N2 |
О2 |
|
|
14 |
41,0 |
12,0 |
31,0 |
- |
0,8 |
0,5 |
0,2 |
- |
47,400 |
МДж/кг
Древесноугольный доменный
|
Н2 |
СН4 |
С2Н6 |
CmНn |
Н2S |
СО |
СО2 |
N2 |
О2 |
|
|
8,0 |
1,6 |
- |
- |
- |
27 |
12,0 |
51,4 |
- |
4,840 |
МДж/кг
Таблица 8.3 - Варианты условий для решения задач для курсовой
|
№ |
Тип газообраз- ного топлива |
Паропроиз води- тельность котла D т/час |
КПД кот- ла |
Тип горелки |
температура воздуха перед горелкой |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
1 |
Природный газ |
6,5 |
85 |
Напорная |
30 |
|
2 |
Природный газ |
10 |
70 | ||
|
3 |
Природный газ |
20 |
Инжекционная |
30 | |
|
4 |
Природный газ |
30 |
70 | ||
|
5 |
Генераторный подмосковный |
4 |
Напорная |
70 | |
|
6 |
Генераторный подмосковный |
2,5 |
|
Напорная |
70 |
|
7 |
Коксовый доменный |
2,5 |
83 |
Инжекционная |
30 |
|
8 |
Газ пиролиза |
10 |
30 | ||
|
9 |
Древесноугольный доменный |
5 |
Напорная |
70 | |
|
10 |
Генераторный подмосковный |
4 |
Двухступенчат. сжигание
|
70 | |
|
11 |
Природный газ |
30 |
87 |
Напорная
|
30 |
|
12 |
Газ пиролиза |
10 |
70 | ||
|
13 |
Природный газ |
20 |
85 |
30 | |
|
14 |
Природный газ |
10 |
70 | ||
|
15 |
Природный газ |
30 |
Инжекционная |
30 | |
|
16 |
Коксовый доменный |
4 |
70 | ||
|
17 |
Природный газ |
25 |
Напорная |
70 |
Задача 1.4
Определение величины максимальной концентрации загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы при выбросе дымовых газов из трубы котельной при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлив
С учетом фоновой концентрации загрязняющего вещества в районе расположения источника выброса определить суммарную концентрацию и сравнить её с величиной максимально-разовой предельно-допустимой концентрацией (ПДКмр) данного загрязняющего вещества.
Для решения рассматриваемой задачи необходимо использовать следующие условия выброса дымовых газов:
тип выбрасываемого загрязняющего вещества, i ;
Мi – масса i-го загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу с дымовыми газами, г/с;
V -объем выбрасываемых из трубы дымовых газов, м3/с ;
H – высота дымовой трубы, м;
D – диаметр трубы в устье, м;
t - разность температуры газа и окружающей среды,0С;
- значение коэффициента, учитывающего влияние рельефа местности;
ПДК – максимально – разовая концентрация загрязняющего вещества, мг/м3;
Сф – фоновая концентрация загрязняющего вещества в атмосфере, мг/м3.
Максимальное значение приземной концентрации загрязняющего вещества в результате выбросов дымовых газов при неблагоприятных метеорологических условиях на расстояниях Lmax от источника определяется по формуле (1.1):
(1.1)
Где: А – коэффициент, зависящий от условий вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосфере (табл. 1.1.);
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере и зависящий от размера частицы, плотности вещества и влажности воздуха (табл. 1.2.);
-
безразмерный коэффициент, учитывающий
влияние рельефа местности.
Для
ровной или слабо пересеченной местности
=
1.
Для всех варинтов курсовой работы принимаем:
ровную
местность
=
1.
Для неровной местности используется формула (1.2):
,
(1.2)
где Z – поправочный коэффициент, определяемый по табл. 1.3. в зависимости от форм рельефа и безразмерных величин n1=H/h0 и n2=а0/h0;
H – высота источника выброса,
h0 – высота (глубина) препятствия на местности;
а0 – полуширина препятствия (холм, ложбина),
-
параметр, зависящий от отношения х0/а0
(рис.1.1),
х0 – расстояние от источника до середины препятствия.
m, n –коэффициенты, учитывающие скорость выброса газа в атмосферу, его температуру и конструктивные размеры трубы.
Таблица 1.1 - Зависимость коэффициента А от широты
|
Территория России |
Значение коэф-та А |
|
Центр Европейской территории России |
140 |
|
Север и Северо-Запад, Среднее Поволжье, Урал севернее 520 с. Ш. |
160 |
|
Европейская часть России и Урал от 520 до 500 с.ш. |
180 |
|
Европейская часть России южнее 500 с.ш. Сибирь, Дальний Восток |
200 |
Таблица 1.2- Значения коэффициента осаждения аэрозольных частиц
|
Характеристика выбросов вредных веществ |
Коэффициент F |
|
Газообразные, вредные выбросы, мелкодисперсные аэрозоли, скорость оседания которых близка к нулю |
1,0 |
|
Жидкие аэрозоли или выбросы с содержанием водяных паров |
3,0 |
рис. 1.1.
Определение
коэффициента
в формуле 1.2, учитывающего рельеф
местности
Таблица 1.3 - Значение поправочного коэффициента Z в формуле (1.2)
|
n1 |
Ложбина (впадина) |
Холм (гряда, здания) | ||||||
|
n2 |
n2 | |||||||
|
4-5 |
6-9 |
10-15 |
16-20 |
4-5 |
6-9 |
10-15 |
16-20 | |
|
|
4.0 |
2.0 |
1.6 |
1.3 |
3.0 |
1.5 |
1.4 |
1.2 |
|
0.6-1 |
3.0 |
1.6 |
1.5 |
1.2 |
2.2 |
1.4 |
1.3 |
1.1 |
|
1.1-2.9 |
1.8 |
1.5 |
1.4 |
1.1 |
1.4 |
1.3 |
1.2 |
1.0 |
|
3-5 |
1.4 |
1.3 |
1.2 |
1.0 |
1.2 |
1.2 |
1.1 |
1.0 |
|
|
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
1.0 |
0.5
5Для определения коэффициентов m и n в формуле (1.1) предварительно определяется скорость выхода газа из трубы по формуле (1.3):
м/с,
(1.3)
Далее рассчитывают промежуточные параметры по формулам (1.4) и (1.5):
(1.4)
(1.5)
По найденным величинам промежуточных параметров определяются значения коэффициентов m и n (1.6) и (1.7):
(1.6)
(1.7)
Определив максимальную величину концентрации вредного выброса на расстоянии Lmax от источника, находят суммарную концентрацию загрязняющего вещества в приземном слое атмосферы с учетом фоновой концентрации по формуле (1.8):
(1.8)
Найденная величина суммарной концентрации по каждому загрязняющему веществу сравнивается с соответствующим значением ПДКмрi (максимально-разовая).
Примечания к задаче:
Значения максимально-разового ПДКмр принять согласно нормативам
NO2 = 0,2 мг/м3
SO2 = 0,5 мг/м3
Зола = 0,5 мг/м3
Источник выброса дымовых газов расположен на ровной местности = 1
Коэффициент А в формуле 3.1 принять равным 140
Значения фоновой концентрации принять для всех вариантов
NO2 = 0,01 мг/м3
SO2 = 0,01 мг/м3
Зола = 0,5 мг/м3
Таблица 1.4 - Варианты условий для решения задачи к курсовой работе
|
№ |
в-во |
М г/с |
V м3/с |
Н м |
Д м |
t 0С |
тип мест- ности |
ПДКмр мг/м3 |
Сф мг/м3 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
1 |
Твердое Зола |
|
7 |
45 |
0,9 |
100 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
2 |
Твердое Зола |
|
10 |
20 |
0,7 |
120 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
3 |
Твердое Зола |
|
12 |
40 |
0,8 |
110 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
4 |
Твердое Зола |
|
10 |
30 |
0,8 |
100 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
5 |
Твердое Зола |
|
13 |
35 |
0,8 |
100 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
6 |
Твердое Зола |
|
9 |
20 |
0,7 |
110 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
7 |
Твердое Зола |
|
8 |
43 |
1,0 |
130 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
8 |
Твердое Зола |
|
10 |
30 |
0,9 |
120 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
9 |
Твердое Зола |
|
7 |
35 |
0,8 |
125 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
10 |
Твердое Зола |
|
11 |
25 |
0,7 |
130 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
11 |
Твердое Зола |
|
8 |
40 |
1,0 |
115 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
12 |
Твердое Зола |
|
12 |
50 |
1,0 |
110 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
13 |
Твердое Зола |
|
15 |
20 |
0,7 |
100 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
14 |
Твердое Зола |
|
10 |
30 |
0,8 |
120 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
15 |
Твердое Зола |
|
10 |
40 |
0,9 |
130 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
16 |
Твердое Зола |
|
9 |
45 |
0,9 |
130 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
| ||||||
|
17 |
Твердое Зола |
|
11 |
35 |
0,9 |
125 |
Ровная
|
|
|
|
Жидкое SO2 |
|
|
| ||||||
|
Газообразное NO |
|
|
|
Определение массового количества загрязняющих атмосферу веществ, выбрасываемых с вентиляционным воздухом из цехов: окрасочного, сварочного, механического, деревообработки
Задача 2.1
Определение массового количества загрязняющих атмосферу веществ, выбрасываемых с вентиляционным воздухом из окрасочного помещения и сушильной камеры цеха по ремонту подвижного состава
При
проведении окрасочных работ часть
краски, не попадая на поверхность
окрашиваемой детали, теряется в окружающую
среду. Величина этой потери зависит от
способа окраски изделий. Так, например,
при пневматическом распылении краски
в атмосферу поступает до 30% аэрозоля
(
=
0,3). При ручной окраске кистью величина
потерь составляет
=0,025,
при использовании пневмоэлектрического
способа окраски потери составляют
=0,035
и при использовании ручного
электростатического окрашивания
=0,003.
Таким
образом, эта доля краски и растворителя
в виде аэрозоля сразу же поступает в
атмосферу и оседает в помещении окраски
или же на стенках вытяжного вентиляционного
канала, откуда и происходит её испарение
в атмосферу. Краска вместе с растворителем,
нанесённая на поверхность изделия,
также испаряется в атмосферу. В конечном
итоге, на поверхностях окрашенных
деталей, а также на тех поверхностях,
на которых оседает потерянная краска,
остаётся сухой остаток
,
величина которого зависит от типа
краски. Так, например, для эмали МЛ12 доля
сухого остатка составляет
=
34%.
Поэтому из общей массы краски, используемой на производство, большая её часть выбрасывается в виде аэрозолей в атмосферу, а растворитель поступает в атмосферу практически полностью.
Учитывая, что процесс окрашивания изделий протекает в две стадии (непосредственно окрашивание и сушка), то и поступление загрязняющих веществ в атмосферу рекомендуется определять для каждой стадии отдельно. Это требование необходимо выполнять, в первую очередь, для таких условий, когда окраска изделий происходит в помещении или на улице, а сушка – в специальной сушильной камере. Удаление загрязняющих веществ в атмосферу при этом осуществляется различными вентиляционными системами.
Для определения валового выделения в атмосферу i-го летучего компонента, содержащегося в краске или j-го компонента в растворителе, на этапе окраски изделия используется следующая формула (10.1):
(10.1)
Валовое выделение в атмосферу i-го летучего компонента, содержащегося в краске и j-го компонента в растворителе, на этапе сушки изделия определяется по формуле (10.2):
,
(10.2)
где
,
- долиi-го
компонента в летучей части краски и
растворителя, %;
,
- количество краски и растворителя,
израсходованного за рассматриваемый
период (г/с; г/ч; т/месяц; т/год);
-
доля сухого остатка в краске, %;
,
- доли краски и растворителя, выделенные
в атмосферу в процессах окраски и сушки
изделий (табл. 10.1);
,
- долиi-го
компонента в летучей краске и j-го
компонента в растворителе в процентах
(табл. 10.2).
Если в краске и в растворителе содержатся летучие компоненты (i-й и j-й), не содержащиеся одновременно в краске и растворителе, то в формулах (10.1) и (10.2) один из членов правой части равен нулю.
Летучая часть краски МЛ12 содержит:
- бутиловый спирт
- уайт-спирит ;
Летучая часть растворителя №649 содержит:
- ксилол
- этилцеллозольва
-
изобутиловый спирт
Таблица 10.1- Долевые части летучих компонент краски и растворителя, выделяющихся в атмосферу в процессах окраски и сушки изделий
|
Способ окраски изделий |
|
|
|
Пневматическое распыление |
25 |
75 |
|
Безвоздушное нанесение краски |
23 |
77 |
|
Пневмоэлектростатическое окрашивание |
20 |
80 |
|
Электростатическое окрашивание |
50 |
50 |
%
%
Таблица 10.2- Процентное содержание летучих составляющих краски и растворителя, используемых при окраске
|
Тип краски |
Летучая часть краски i |
|
Тип растворителя |
Летучая часть растворителя j |
|
|
МЛ 12 |
Бутило- вый спирт |
10 |
№ 649 |
ксилол |
50 |
|
этилцеллозольва |
30 | ||||
|
уайт-спирит |
90 |
изобутиловый спирт |
20 |
,
%
,
%
Максимально-разовое выделение в (г/с) загрязняющего вещества в атмосферу определяется для наиболее напряжённого времени работы участка окраски или сушильной камеры, когда расходуется наибольшее количество окрасочного материала. Для этого используется формула (10.3):
,
г/с. (10.3)
где
- валовое выделениеi-го
или j-го
компонента краски или растворителя за
месяц наиболее напряжённой работы
(т/месяц); (бутиловый спирт, уайт-спирит,
ксилол, этилцеллозольва, изобутиловый
спирт)
-
число рабочих дней за месяц;
-
число часов работы за день окрасочной
или сушильной камер (участков)
Таблица 10.3- Варианты условий для решения задачи к курсовой работе
|
№ варианта |
Лакокрасочный материал |
Расход за год и месяц напряжённой работы (т/год / т/мес) |
Способ окраски |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
1 |
Эмаль МЛ12 Растворитель 649 |
эмаль 28/3,9 растворит 10/1,5 |
Пневматическое распыление |
|
2 |
10/1,2 4/0,6 | ||
|
3 |
12/1,5 4,8/0,6 | ||
|
4 |
14/1,8 6,0/0,8 | ||
|
5 |
16/2,0 6,5/0,9 | ||
|
6 |
18/2,5 7/0,9 | ||
|
7 |
20/3,0 8/1,0 | ||
|
8 |
Эмаль МЛ12 Растворитель 649 |
8/0,9 3/0,4 |
Пневмоэлектрос-татическое окрашивание |
|
9 |
10/1,2 4/0,6 | ||
|
10 |
12/1,5 4,8/0,6 | ||
|
11 |
14/1,8 6,0/0,8 | ||
|
12 |
16/2,0 6,5/0,9 | ||
|
13 |
18/2,5 7/0,9 | ||
|
14 |
20/3,0 8/1,0 | ||
|
15 |
Эмаль МЛ12 Растворитель 649 |
16/2,0 6,5/0,9 |
Пневматическое распыление |
|
16 |
18/2,5 7/0,9 | ||
|
17 |
20/3,0 8/1,0 |