Д
Рис. 4.14. Адсорбер
непрерывного действия
1
– адсорбер; 2 – десорбер; 3
– циклонС псевдоожиженным сорбентом:
Адсорбер работает в режиме, близком к идеальному смешению. Вре-
мя пребывания адсорбента в зоне реакции невысоко и неоднородно. В аппаратах такого типа невозможно достичь степени поглощения более высокой, чем равновесная по отношению к средней концентрации адсорбата в твердой фазе.
Лабораторная работа 4.1
Определение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу
при сжигании топлива
Расчет выбросов загрязняющих веществ от котельной проводится в соответствии с «Методикой определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час» (М., 1999).
Валовые (MNOx) и максимально разовые (GNOx) выбросы суммы оксидов азота с дымовыми газами (в тоннах в год и граммах в секунду) от котлов с неподвижной решеткой при слоевом сжигании твердого топлива рассчитываются по формулам
MNOx = 10-3BpQrkNOxβr,
GNOx = BрQrkNOxβr,
где Bр – расчетный расход топлива, т/год или кг/с, при расчете валовых и максимально разовых выбросов соответственно; Qr – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; kNOx – удельный выброс оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива, г/МДж; βr – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на образование оксидов азота.
Расчетный расход топлива определяется по формуле
Bр = B·(1 – q4/100),
где B – фактический расход топлива, т/год, кг/с; q4 – потери тепла от механической неполноты сгорания: значения q4 для топок с неподвижной решеткой и ручным забросом топлива приведены в табл. 2.
Удельный выброс оксидов азота рассчитывается по формуле
,
где α – коэффициент избытка воздуха в топке: характерные значения коэффициентов избытка воздуха приведены в табл. 2; R6 – характеристика гранулометрического состава угля (остаток на сите с размером ячеек 6 мм, %), принимается по сертификату на топливо; qr – тепловое напряжение зеркала горения, МВт/м2, принимается по паспортным данным котельной установки. Рекомендованные значения R6 и qr для рядовых углей приведены в табл. 2.
Коэффициент βr, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов, рассчитывается по формуле
,
где r – степень рециркуляции дымовых газов, %.
С учетом частичной трансформации оксида азота в атмосферном воздухе в диоксид суммарные выбросы оксидов азота разделяют на составляющие:
МNO2 = 0,8MNOx, GNO2 = 0,8GNOx,
MNO = 0,13MNOx, GNO = 0,13GNOx.
Валовые (MSO2) и максимально разовые (GSO2) выбросы оксидов серы, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами (т/год, г/с), вычисляют по формулам
MSO2 = 0,02BSr(1 – η1SO2)(1 – η2SO2),
GSO2 = 0,02BSr(1 – η1SO2)(1 – η2SO2),
где B – расход натурального топлива, т/год, г/с; Sr – содержание серы в топливе на рабочую массу, %; η1SO2 – доля оксидов серы, связываемых золой топлива: для бурых и каменных углей ориентировочное значение η1SO2 может быть принято равным 0,1; η2SO2 – доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе: при его отсутствии η2SO2 принимается равной нулю.
Оценка суммарного количества выбросов оксида углерода (т/год, г/с) может быть выполнена по соотношениям
MCO = 10-3BCCO(1 – q4/100),
GCO = 10-3BCCO(1 – q4/100),
где B – расход натурального топлива, т/год, г/с; CCO – выход оксида углерода при сжигании топлива, г/кг; q4 – потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, %, (табл. 2).
Выход оксида углерода рассчитывается по формуле
CCO = q3RQr,
где q3 – потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, %: для топок с неподвижной решеткой и ручным забросом топлива характерные значения q3 приведены в табл. 2; R – коэффициент, учитывающий долю потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива и принимаемый равным 1,0 для твердого топлива; Qr – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг.
Суммарное количество твердых частиц золы и несгоревшего топлива (взвешенных веществ), поступающих в атмосферу с дымовыми газами, (т/год, г/с) вычисляют по формулам
Mвв = 0,01B(aунAr + q4Qr/32,68)(1 – ηз),
Gвв = 0,01B(aунAr + q4Qr/32,68)(1 – ηз) ,
где B – расход натурального топлива, т/год, г/с; Ar – зольность топлива на рабочую массу, %; аун – доля золы топлива, уносимой дымовыми газами из котла (табл. 2); q4 – потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, %; Qr – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; ηз – доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях; 32,68 – теплота сгорания углерода, МДж/кг.
Выбросы бенз[а]пирена в атмосферу с дымовыми газами (т/год, г/с) рассчитываются по уравнениям
Мбп = 10-6СбпVсгВр,
Gбп = 0,283·10-3СбпVсгВр,
где Сбп – массовая концентрация бенз[а]пирена в сухих дымовых газах, мг/м3; Vсг – объем сухих дымовых газов, образующихся при полном сгорании 1 кг топлива и стандартном коэффициенте избытка воздуха α0 = 1,4, м3/кг; Вр – расчетный расход топлива: при определении максимально разовых выбросов значение Вр берется в т/ч, при определении валовых выбросов – в т/год.
Концентрацию бенз[а]пирена в сухих дымовых газах при слоевом сжигании твердого топлива Сбпрасч, мг/м3, находят по формуле
,
где А – коэффициент, характеризующий вид топлива (для углей значение коэффициента А принимается равным 2,5); Qr – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; tн – температура насыщенного пара на выходе из котла, оС; R – коэффициент, характеризующий температурный уровень экранов; α – коэффициент избытка воздуха; kд – коэффициент, учитывающий нагрузку котла; kзу – коэффициент, учитывающий степень улавливания бенз[а]пирена золоуловителем.
Коэффициент R при температурном уровне экранов tн ниже 150 оС принимается равным 290, при tн , равном или более 150 оС, R = 350.
Значение коэффициента kд определяется по формуле
kд = (Dн/Dф)1,2,
где Dн и Dф – номинальная и фактическая нагрузка котла, т пара/ч.
Значение коэффициента kзу при отсутствии золоуловителей принимается равным единице.
Расчетная концентрация бенз[а]пирена приводится к фактическому коэффициенту избытка воздуха по формуле
Сбп = Сбпрасчα/α0.
Объем сухих дымовых Vсг газов при нормальных условиях рассчитывают по уравнению
Vсг = V0г + (α – 1)V0 – V0H2O,
где V0г, V0 и V0H2O – объемы дымовых газов, воздуха и водяных паров при стехиометрическом сжигании одного килограмма топлива соответственно, м3/кг.
Для расчетов рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере объем газовоздушной смеси, отходящей от источника загрязнения V1, находят по формуле
V1 = B[k1 + k2Qr + (α –1)(k3 + k4Qr)](273 + t)/273,
где B – секундный расход натурального топлива, кг/с; t – температура отходящей газовоздушной смеси; ki – эмпирические коэффициенты, зависящие от вида топлива, значения которых приведены в табл. 1.
Таблица 1
Эмпирические коэффициенты для расчета объема
газовоздушной смеси
Вид топлива |
k1 |
k2 |
k3 |
k4 |
Бурые угли Каменные угли и антрацит |
1,219 0,403 |
0,234 0,265 |
0,355 0,062 |
0,251 0,264 |
Расчетное задание
Вычислите валовые (т/год) и максимально разовые (г/с) выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива, считая, что котлоагрегат работает круглосуточно в течение отопительного периода (217 суток) с постоянной нагрузкой. Рециркуляции дымовых газов нет. Характеристики котлоагрегатов приведены в табл. 3, характеристики видов топлива – табл. 4.
Номер варианта расчетного задания определяется по двум последним цифрам номера зачетной книжки студента. Таблицы исходных данных состоят из двух частей: в табл. 3 приведены данные для первой цифры номера варианта, в табл. 4 – для второй цифры номера варианта. Например, если номер зачетной книжки 225462, то номер варианта – 62. Исходные данные для этого варианта берутся из строки «Вариант 60» табл. 3 и из строки «Вариант 02» табл. 4.
Таблица 2
Характеристики топок с ручным забросом
на неподвижные горизонтальные колосники
Наименование показателей |
Вид топлива |
|||
Бурые угли |
Каменные угли |
Антра- циты |
||
Д, Г |
СС, Т |
|||
Видимое теплонапряжение зеркала горения qr, кВт/м2 |
755 |
930 |
870 |
1020 |
Видимое теплонапряжение топочного объема qU, кВт/м3 |
380 |
380 |
380 |
|
Коэффициент избытка воздуха в топке α |
1,35 |
1,40 |
1,35 |
1,30 |
Доля золы топлива в уносе aун |
0,195 |
0,210 |
0,190 |
0,435 |
Потери теплоты от химической неполноты сгорания q3, % |
2,0 |
2,0 |
1,0 |
|
Потери теплоты от механической неполноты сгорания q4, % |
8,0 |
7,0 |
10,0 |
|
Остаток на сите R6, % |
40 |
40 |
40 |
Таблица 3