Написание контрольных, курсовых, дипломных работ, выполнение задач, тестов, бизнес-планов
Новости все
Главная \ Методичні вказівки \ Методические указания и информация \ РОЗРАХУНОК ВИКИДІВ ЗАБРУДНЮЮЧИХ РЕЧОВИН ПРИ СПАЛЮВАННІ ПАЛИВА

РОЗРАХУНОК ВИКИДІВ ЗАБРУДНЮЮЧИХ РЕЧОВИН ПРИ СПАЛЮВАННІ ПАЛИВА

Дата публикации: 27.11.2016 10:40

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

”Київський політехнічний інститут”

 

 

 

 

 

РОЗРАХУНОК ВИКИДІВ

ЗАБРУДНЮЮЧИХ РЕЧОВИН ПРИ

СПАЛЮВАННІ ПАЛИВА

 

 

Методичні рекомендації

до виконання розрахункової роботи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ-2015

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

”Київський політехнічний інститут”

 

 

 

 

 

РОЗРАХУНОКВИКИДІВ

ЗАБРУДНЮЮЧИХ РЕЧОВИН ПРИ

СПАЛЮВАННІ ПАЛИВА

 

 

 

 

Методичні рекомендації

до виконання розрахункової роботи

для студентів напрямів підготовки «Теплоенергетика»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ

НТУУ «КПІ»

2015


Розрахунок викидів забруднюючих речовин при спалюванні палива [Текст]: метод. рек. до викон. розрахункової роботи для студ. напряму підготовки «Теплоенергетика» /Уклад: В.І Шкляр, В.В.Дубровська, – К.: НТУУ «КПІ»,  2014. – 29 с.

              

Рекомендовано вченою радою

Інституту енергозбереження та енергоменеджменту,

 НТУУ „КПІ”

(Протокол №  6  від  26 січня  2015  р.)

 

Навчальне видання

 

Розрахуноквикидів забруднюючих речовин

при спалюванні палива

 

Методичні рекомендації

до виконання розрахункової роботи

для студентів напрямів підготовки «Теплоенергетика»

 

 

 

 

Укладачі:              В.І. Шкляр,  канд. техн. наук, доц.

                            В.В. Дубровська,  канд. техн. наук, доц.

                                                       

Відповідальний 

редактор             В.О. Виноградов-Салтиков , канд. техн. наук, доц.

 

Рецензент            О.В. Кофанова, д. пед. н., к.х.н., проф.

 

 

 

Зміст

ВСТУП…………………………………………….........................

4

1 Мета розрахункової роботи…………………………...….........

5

2 Завдання на розрахункову роботу………..................................

5

3 Порядок виконання та оформлення завдання…………...….....

5

4 Розрахунок викидів забруднюючих речовин.............................

6

4.1 Розрахунок викидів твердих часток ……………………....

6

4.2Розрахунок викидів оксидів сірки…………………..……..

9

4.3 Розрахунок викидів оксидів вуглецю…………….....…….

11

4.4 Розрахунок викидів оксидів ванадію…………………...…

12

4.5 Розрахунок викидів оксидів азоту від котлів……………..

14

4.6 Розрахунок викидів бенз(а)пирена………..………………

17

4.7 Розрахунок викидів діоксиду вуглецю при

спалюванні органічного палива…………………………….…

 

21

4.8 Розрахунок викидів важких металів……………………....

21

Список рекомендованої літератури……………………..…….....

23

ДОДАТКИ………………..………………………..……………....

24

Додаток А Вихідні данні………………………………….……...

24

Додаток Б Визначення об’єму сухих димових газів……………

26

Додаток В Перерахунок характеристик газоподібного палива…

28

 


Вступ

 

Для забезпечення життєдіяльності людини необхідна енергія. Її отримують при спалюванні органічного палива, використанні сили вітру, енергії Сонця і атома. До основних видів енергії можна віднести теплову та електричну енергії. Майже половина енергії виробляється на теплових електричних станціях (ТЕС), які працюють на викопному паливі.

Виробництво централізованої теплової енергії забезпечують тепло-електроцентралі (ТЕЦ) та районні котельні (РК), які обладнані паровими чи водогрійними котельними агрегатами.

Для оцінки ефективності роботи котельних агрегатів визначають: втрати теплоти в елементах котельного агрегату, його ККД за прямим та зворотним балансами і витрату натурального та умовного палива, викиди шкідливих газів в навколишнє середовище.

 


1                   Мета розрахункової роботи

 

Мета роботи полягає в

-     оволодінні методикою розрахунку викидів забруднюючих речовин при спалюванні палива з використанням обладнання для їх знешкодження;

-     закріпленні теоретичних знань, отриманих при вивченні дисципліни «Екологічно чисті енерготехнології».

 

 

2  Завдання на розрахункову роботу

 

В розрахунковій роботі пропонується провести розрахунок валових викидів забруднюючих речовин при спалюванні палива з використанням обладнання для їх знешкодження для заданого твердого палива та природного газу. Провести порівняння викидів забруднюючих речовин та зробити висновки.

Вихідні дані для розрахунку наведено в Додатку А.

 

 

3  Порядок виконання та оформлення завдання

 

Розрахункова робота складається з наступних розділів:

  1. Розрахунок викидів забруднюючих речовин при спалюванні 1 т твердого палива.
  2. Розрахунок викидів забруднюючих речовин при спалюванні природного газу з отриманням еквівалентної кількості теплоти.
  3. Висновки по роботі.

Пояснювальна записка до розрахункової роботи повинна бути виконана на аркушах А4 і супроводжуватись відповідними рисунками та поясненнями до них.

 

 

4 РОЗРАХУНОК ВИКИДІВ ЗАБРУДНЮЮЧИХ РЕЧОВИН

 

При розрахунках максимальних викидів шкідливих речовин, значення витрати палива (г/с) береться, виходячи з найбільшого електричного і теплового навантаження електростанції за даний період, значення зольності і сірчистості палива - за найгіршими показниками за останні три роки. Витрата рідкого і твердого палива визначається в г/с, витрата газу - в м3/с.

 

4.1 Розрахунок викидів твердих часток

 

Кількість твердих часток леткої золи і незгорілого палива МТВ в тоннах в рік або в грамах в секунду, що викидається в атмосферу з димовими (відхідними) газами, обчислюють за формулою:

,

де В - витрата натурального палива за даний період, т/рік, г/с; АР - зольність палива на робочу масу %; hЗ - частка твердих часток, що уловлюються в золоуловлювачах (приймається за даними вимірів або з табл. 1); -  коефіцієнт , визначається з табл. 2; а ВИН - частка золи палива, що виноситься з топки відхідними газами (табл.3); ГУН - вміст горючих у відхідних газах, %.

 

Таблиця 1

Ступінь очищення золовловлювачів

Види золовловлювачів

Ефективність вловлювання, %,

частинок золи, мкм

5

2

1

Циклон

73

46

27

Мультіциклон

89

77

40

Скрубер

94

87

55

Рукавний фільтр

99,9

99,9

99

Електрофільтри

98,8

99,9

99

 

Таблиця 2

Значення коефіцієнтів f і  залежно від типу топки і виду палива

Тип тонкі

Вид палива

f

, кг/ГДж

З нерухомими решітками і ручним накиданням палива

Буре і кам'яне

вугілля

0,0023

1,9

Антрацити:

 

 

АС та АМ

0,0030

0,9

АРШ

0,0078

0,8

З пневмомеханічними накидачами і нерухомими решітками

Буре і кам'яне вугілля

0,0026

0,7

Антрацит АРШ

0,0088

0,6

З ланцюговими решітками прямого ходу

Антрацит АС і АМ

0,0020

0,4

З накидачами і ланцюговими решітками

Буре і кам'яне вугілля

0,0035

0,7

Шахтна

Тверде паливо

0,0019

2,0

Шахтно - ланцюгова

Торф кусковий

0,0019

1,0

Шарові топки побутових теплогенераторів

Дрова

0,0050

14,0

 

Буре вугілля

0,0011

16,0

 

Кам'яне вугілля

0,0011

7,01

 

Антрацит, пісне вугілля

0,0011

3,0

 

Камерні тонкі

Мазут

0,010

0,32

 

Парові і водогрійні котли

Газ природний, попутний і коксовий

 

0,25

 

Побутові теплогенератори

Газ природний

–

0,08

 

Легке рідке (пічне) паливо

0,010

0,16

 

 

Таблиця 3

Частка леткої золи aвин при різних технологіях спалювання палива

Котел

Вугілля

Мазут

З твердим (сухим) шлаковидаленням

0,95

1,00

Відкрита топка з рідким шлаковидаленням

0,80

1,00

Напіввідкрита топка з рідким шлаковидаленням

0,70

1,00

Двокамерна топка:

0,55

1,00

       з вертикальним передтопком

0,30

1,00

       горизонтальна циклонна

0,15

1,00

З циркулюючим киплячим шаром        

0,50

–

З бульбашковим киплячим шаром

0,20

–

З нерухомим шаром

0,15

–

За відсутності експлуатаційних даних про вміст горючих у відхідних газах кількість твердих часток, що викидаються, визначають за виразом:

,

де: q4 - втрати теплоти від механічної неповноти згорання палива з відхідними газами, %. За відсутності експлуатаційних даних q4 при спалюванні різних видів палива для наближеного розрахунку приймається нормативне значення q4      (табл. 4);  - нижча теплота згорання палива, кДж/кг; 32680 - теплота згорання вуглецю в кДж/кг.

Таблиця 4

Значення aТ,q3 та q4 в залежності від виду топок та котлів.

Вид топок і котлів

Паливо

aТ,

q3, %

q4, %

1

2

3

4

5

Топки з ланцюговими решітками

Донецький антрацит

1,5...1,6

0,5

13,5/10

Шахтно - ланцюгові топки

Торф кусковий

1,3

1,0

2,0

Топки з пневмомеханічним накидачами і ланцюговими решітками прямого ходу

Вугілля типу

«кузнецьких»

1,3...1,4

0,5...1

5,5/3

Вугілля типу

«донецького»

1,3...1,4

0,5... 1

6/3,5

Буре вугілля

1,3...1,4

0,5...1

5,5/4

Топки з пневмомеханічними накидачами і ланцюговими решітками зворотного ходу

Кам'яне вугілля

1,3...1,4

0,5... 1

5,5/3

Топки з пневмомеханічними накидачами і нерухомими  решітками

Донецький антрацит

1,6...1,7

0,5... 1

13,5/10

Буре вугілля типу «підмосковних»

1,4...1,5

0,5...1

9/7,5

«бородінських»

1,4...1,5

0,5...1

6/3

Вугілля типу «кузнецьких»

1,4...1,5

0,5... 1

5/3

Шахтні топки з похилими  решітками

Дрова, подрібнені відходи, тирса, торф кусковий

1,4

2

2

Топки швидкісного горіння

Дрова, тріска, тирса

1,3

1

4/2

 

 

Продовження таблиці 4

1

2

3

4

5

Шарові топки котлів паропродуктивністю більше 2 т/год

Естонські сланці

1,4

3

3

Камерні топки

з твердим шлаковидаленням

Кам'яні вугілля

1,2

0,5

5/3

Камерні тонкі з твердим шлаковидаленням

Буре вугілля

1,2

0,5

3/1,5

Фрезерний торф

1,2

0,5

3/1,5

Камерні топки

Мазут

1,1

0,5

0,5

Газ (природний, попутний)

1,1

0,5

0,5

Доменний газ

1,1

1,5

0,5

Примітка

aТ - коефіцієнт надлишку повітря; менші значення - для парогенераторів

D> 10 т/год,

q4 - більші значення - за відсутності засобів зменшення винесення, менші - при гострому дутті і наявності повернення винесення, а також для котлів продуктивністю 25 - 35 т/год.

 

Кількість леткої золи МЗ в тонні/рік або г/с, що входить в сумарну кількість твердих часток, які виносяться в атмосферу, обчислюють за формулою:

.

Кількість твердих часток МСГ в тонні/рік або г/с, що утворюються в топці за рахунок механічного недопалу і що викидаються у вигляді коксових залишків (при спалюванні твердого палива) або у вигляді сажі (при спалюванні мазуту) розраховується за виразом:

.

 

4.2 Розрахунок викидів оксидів сірки

 

Кількість оксидів сірки SO2 і SO3 в перерахунку на SO2 в тоннах в рік або в грамах в секунду, що викидається в атмосферу з димовими газами, обчислюють за формулою:

,

де SР - вміст сірки в паливі на робочу масу %;  - частка оксидів сірки, що зв'язуються леткою золою в котлі (табл. 5);  - частка оксидів сірки, що уловлюються в мокрому золоуловлювачі попутно з твердими частками (табл. 6);  - частка оксидів сірки, що уловлюються в установці для сіркоочищення (табл. 7); пОЧ, пК- тривалість роботи сіркоочисної установки і котла.

 

Таблиця 5

Ефективність зв’язування оксидів сірки золою або сорбентом у топці

Технологія спалювання

hI

Примітка

Факельне спалювання вугілля в котлах з рідким шлаковидаленням

0,05

Зв’язування золою палива

Факельне спалювання вугілля в котлах з твердим шлаковидаленням

0,10

Те саме

Факельне спалювання мазуту в котлах

0,02

“

Спалювання в киплячому шарі

0,95

Зв’язування сорбентом у котлі при мольному відношенні Ca/S m = 2,5

 

Таблиця 6

Ефективність уловлювання оксидів сірки hII під час золоочищення

за допомогою мокрого скрубера

Приведений вміст

сірки, %/(МДж/кг)

Лужність води на зрошення,

мг-екв/дм3

0

5

10

0,01

0,0250

0,1450

0,3000

0,02

0,0220

0,0850

0,1680

0,03

0,0195

0,0520

0,1010

0,04

0,0180

0,0390

0,0660

0,05

0,0175

0,0300

0,0520

0,06

0,0170

0,0260

0,0430

0,07

0,0165

0,0215

0,0350

0,08

0,0160

0,0200

0,0300

0,09

0,0155

0,0190

0,0275

0,10

0,0150

0,0180

0,0230

0,11

0,0145

0,0170

0,0205

0,12

0,0135

0,0160

0,0200

0,13

0,0130

0,0150

0,0185

0,18

0,0120

0,0120

0,0120

 

Таблиця 7

Ефективність та коефіцієнт роботи сіркоочисної установки.

Технологія десульфуризації димових газів

Параметри
сіркоочисної

установки

hII

b

Мокре очищення – у скрубері з використанням вапняку (вапна) або доломіту з одержанням гіпсу

0,95

0,99

Мокре очищення – процес Веллмана - Лорда з використанням солей натрію

0,97

0,99

Мокре очищення – процес Вальтера з використанням аміачної води

0,88

0,99

Напівсухе очищення – розпилення крапель суспензії або розчину сорбенту в реакторі (технології ESOX, GSA, Niro Atomizer…)

0,90

0,99

Сухе очищення – інжекція сухого сорбенту (DSI)

0,45

0,98

Напівсухе очищення – процес LIFAC як розвиток процесу DSI з розпилом крапель води

0,80

0,98

Напівсухе очищення – процес Lurgi CFB (з використанням реактора циркулюючого киплячого шару) з розпилом крапель води

0,90

0,99

Сухе очищення – абсорбція активованим вугіллям

0,95

0,99

Каталітичне очищення від оксидів сірки і азоту (DESONOX, SNOX)

0,95

0,99

 

4.3 Розрахунок викидів оксидів вуглецю

 

Кількість оксидів вуглецю МСО в тоннах за рік або в грамах за секунду, що викидається в атмосферу з димовими газами при спалюванні твердого, рідкого або газоподібного палива, обчислюють за формулою:

,

де ССО - вихід оксиду вуглецю при спалюванні твердого і рідкого (кг/т) або газоподібного(кг/тис.м3) палива, визначають за формулою:

,

де q3 - втрата теплоти від хімічної неповноти згорання палива, %, R - коефіцієнт, що враховує частка втрати теплоти від хімічної неповноти згорання палива, обумовлену вмістом в димових газах окислу вуглецю: для твердого палива - 1,0; для газу - 0,5; для мазуту - 0,65.

Орієнтовна оцінка викиду оксидів вуглецю(т/рік, г/с) може проводитися за формулою:

 

де КСО  -  кількість оксидів вуглецю, що утворюється на одиницю теплоти, що виділяється при горінні палива, кг/ГДж; приймається з таблиці 1.

КР - режимний коефіцієнт. При визначенні річних викидів оксиду вуглецю він характеризує відношення тривалості перехідних періодів nРЕЖ, год, при яких відбувається недопал палива, до тривалості роботи котла n, год:

 

де:

.

де: mПУСК- кількість пусків котла в рік; nПУСК - тривалість пуску котла, год; mПЕРЕХ- кількість днів за рік, впродовж яких змінюється режим роботи; nПЕРЕХ - тривалість перехідного режиму, год.

При визначенні максимальних викидів оксидів вуглецю КР = 1.

 

4.4 Розрахунок викидів оксидів ванадію

 

Кількість оксидів ванадію в перерахунку на п'ятиокис ванадію у тоннах в рік або в грамах в секунду, що викидаються в атмосферу з димовими газами при спалюванні рідкого палива, обчислюють за формулою:

,

де  - вміст оксидів ванадію в рідкому паливі в перерахунку на V2O5, г/т; hОС - коефіцієнт осідання оксидів ванадію на поверхнях нагріву котлів (табл. 8):      0,07 - для котлів з проміжними пароперегрівачами, очищення поверхонь нагріву яких проводитися в зупиненому стані; 0,05 - для котлів без проміжних пароперегрівачів за тих же умов очищення; 0 - для інших випадків;  hЗ(V) - частка твердих часток продуктів згорання рідкого палива, уловлюваних в прибудовах для очищення газів мазутних котлів, fV - емпіричний коефіцієнт, який враховує ефект збагачення ванадієм золи, що виходить після золоуловлювача (табл. 9).

Таблиця 8

Значення частки ванадію, яка осідає з твердими частинками

на поверхнях нагріву котлів

Котел

Значення

З проміжними пароперегрівачами, очищення поверхонь яких провадиться під час зупинки

0,07

Без проміжних пароперегрівачів (за тих самих умов очищення)

0,05

 

Таблиця 9  

Значення емпіричного коефіцієнта fV для розрахунку ефективності

уловлювання ванадію золоуловлювальною установкою

Золоуловлювальна установка

Емпіричний коефіцієнт

Електростатичний фільтр

0,6

Мокрий скрубер

0,5

Батарейний циклон

0,4

 

Для розрахунку ефективності очищення димових газів від мазутної золи (у перерахунку на ванадій) hЗ(V) в газомазутних котлах батарейними циклонами, які спеціально застосовуються для цього, що діє в діапазоні значень ефективності пилоочищення циклону 0,65…0,85 використовують емпіричну формулу:

,                          

де hЗ - ефективність очищення димових газів від твердих частинок.

За відсутності результатів аналізу палива вміст оксидів ванадію  у спалюваному паливі визначається орієнтовно при S Р > 0,4%:

,

де: SP - вміст сірки в мазуті на робочу масу, %.

4.5 Розрахунок викидів оксидів азоту від котлів

 

Приведена нижче формула для розрахунку викидів оксидів азоту емпірична і прийнятна для енергетичних котлів паропродуктивністю більше 30 т/год і водогрійних котлів тепловою продуктивністю більше 125 ГДж/год.

Сумарна кількість оксидів азоту (NO + NO2) в перерахунку на двоокис азоту  у тоннах в рік або в грамах за секунду, що викидаються в атмосферу з димовими газами при спалюванні твердого, рідкого або газоподібного палива, розраховують за виразом:

,

де  - коефіцієнт, що характеризує вихід оксидів азоту без урахування заходів по скороченню викидів, г/ГДж (табл 10, рис.1-2),

 

Таблиця 10  

Показник емісії оксидів азоту без урахування первинних заходів, г/ГДж

Технологія спалювання

Тверде паливо

Мазут

Газотурбінне паливо

Природний газ

1

2

3

4

5

 

Факельне спалювання:

 

 

 

 

 

Теплова потужність котла  ³ 300 МВт:

–

200

–

150

 

     з рідким шлаковидаленням при спалюванні антрациту

420

–

–

–

 

     з рідким шлаковидаленням при спалюванні кам’яного вугілля

250

–

–

–

 

     з твердим шлаковидаленням при спалюванні кам’яного вугілля

230

–

–

–

 

Теплова потужність котла  < 300 МВт:

 

140

–

100

 

     з рідким шлаковидаленням при спалюванні антрациту

250

–

–

–

 

     з рідким шлаковидаленням при спалюванні кам’яного вугілля

180

–

–

–

 

     з твердим шлаковидаленням при спалюванні кам’яного вугілля

160

–

–

–

 

 

Продовження таблиці 10

1

2

3

4

5

     з горизонтальною циклонною топкою для кам’яного вугілля

480

–

–

–

Циркулюючий киплячий шар

70

–

–

–

Киплячий шар під тиском

100

–

–

–

Нерухомий шар

100

–

–

–

Камера згоряння газової турбіни

–

150

150

120

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 1. Залежність  від теплової потужності котлоагрегату для різних палив:

а -при Q від 0 до 100 кВт; б - при Q від 100 кВт і більше;

1 - природний газ, мазут, 2 - антрацит; 3 - буре вугілля; 4 - кам'яне вугілля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 2 Залежність від паропродуктивності  котлоагрегату для різних палив:

1 - природний газ, мазут; 2 - антрацит; 3 - буре вугілля; 4 - кам'яне вугілля.

 

 

b1 - коефіцієнт, що враховує вид шлаковидалення. При рідкому шлаковидаленні - 1,4; в усіх інших випадках приймається рівним одиниці;

h1 – ефективність первинних (режимно-технологічних ) заходів по скороченню викидів (табл. 11);

hАЗ - частка оксидів азоту, що уловлюються в азотоочисній установці (табл.12);

nАЗ, nК - тривалість роботи азотоочисної установки і котла.

 

Таблиця 11

Ефективність первинних заходів hI скорочення викидів NOx.

Тип первинних заходів

Ефективність hI

Малотоксичні пальники

0,20

Ступенева подача повітря

0,30

Подача третинного повітря

0,20

Рециркуляція димових газів

0,10

Трьохступенева подача повітря та палива

0,35

Малотоксичні пальники + ступенева подача повітря

0,45

Малотоксичні пальники + подача третинного повітря

0,40

Малотоксичні пальники + рециркуляція димових газів

0,30

Ступенева подача повітря + подача третинного повітря

0,45

Ступенева подача повітря + рециркуляція димових газів

0,40

Малотоксичні пальники + ступенева подача повітря +
 рециркуляція димових газів

0,50

Малотоксичні пальники + ступенева подача повітря +
 подача третинного повітря

0,60

 

Таблиця 12

Ефективність та коефіцієнт роботи азотоочисної установки NOx

Технологія очищення димових газів від NOx

Ефективність hII

Коефіцієнт роботи b

Селективне некаталітичне відновлення (СНКВ)

0,50

0,99

Селективне каталітичне відновлення (СКВ)

0,80

0,99

Активоване вугілля

0,70

0,99

DESONOX – SNOX

0,95

0,99

Примітка. Технологія DESONOX і її різновид SNOX базуються на каталітичному очищенні димових газів одночасно від оксидів сірки та азоту.

 

Величини діоксиду NO2 і монооксиду NO азоту в сумарному змісті NОХ в димових газах, що викидаються в атмосферу, слід визначати за наступними формулами:

;

,

де: ,молекулярна вага NO і NOX; 0,8 — коефіцієнт трансформації монооксиду азоту в діоксид.

 

 

4.6 Розрахунок викидів бенз(а) пирена

 

Методика визначення концентрацій бенз(а)пирена С20Н12 ґрунтується на результатах випробувань енергетичних котлів тепловою потужністю більше 100 МВт і отриманих емпіричних залежностях.

Кількість бенз(а)пирена, що викидається в атмосферу з димовими газами МБ в грамах в секунду або в тоннах в рік, обчислюють за формулою:

,

де СБ - концентрація бенз(а)пирена в димових газах котла,  мкг/м3;

VГ - питомий об'єм димових газів, м3/кг - для рідкого і твердого палива або м3/м3 - для газоподібного палива.

При спалюванні мазуту наближене значення концентрації бенз(а)пирена в димових газах у мікрограмах на кубічний метр, приведене до a = 1,3, розраховують за виразом:

,

де qV - теплова напруга топкового об'єму при номінальному навантаженні, кВт/м3. У таблиці 13 приведені значення qV  для деяких типів котлів.

 

 

Таблиця 13

Тип котла

Номінальна потужність, DНОМ, т/год

Теплова напруга, qV, кВт/м3

ТГМ-151Б

220

230,8

ТГМ-84Б

420

205,3

ТП-85

420

164,7

ТП-87-1

420

147,3

ТГМ-96Б

480

223,9

ТГМ-104

670

219,2

БКЗ-320

320

251,4

БКЗ-420

420

215,3

ТГМ-84Б

1000

204,8

 

А – коефіцієнт залежить від коефіцієнта надлишку повітря за конвективним пароперегрівачем  (табл. 14). При значеннях > 1,1 концентрацію бенз(а)пирена в димових газах слід приймати рівною розрахованій при = 1,10.

Таблиця 14

 

А

 

А

1,005

0,8697

1,055

0,2233

1,010

0,7568

1,06

0,1956

1,015

0,6591

1,065

0,1715

1,020

0,5744

1,07

0,1504

1,025

0,5009

1,075

0,132

1,03

0,4371

1,08

0,1159

1,035

0,3817

1,085

0,1019

1,04

0,335

1,09

0,0895

1,045

0,2551

1,095

0,0788

1,05

0,2916

1,1

0,0693

 

КД - коефіцієнт, що враховує вплив навантаження:

 

де D, DНОМ - розрахункове і номінальне навантаження котла, т/год.

Формула для КД  застосовується в інтервалі значень D/DНОМ  від 1 до 0,5.

КГ - коефіцієнт, що враховує рециркуляцію газів, визначається за формулою:

,

де r - частка рециркуляції газів в інтервалі значень від 0 до 0,25; a - коефіцієнт, залежний від способу введення газів рециркуляції, рівний при поданні газів рециркуляції :

-   у повітряний короб і навколо амбразур пальників - 4,0;

-   у шліци під пальниками - 2,7;

-   у шліци навпроти пальників - 2,0;

-   у під топки - 1,0;

Ks – коефіцієнт, що враховує вплив ступінчастого спалювання, обчислюють за формулою:

,

де s - частка  вторинного повітря в інтервалі значень від 0 до 0,2; q - коефіцієнт, який залежить від способу організації ступінчастого спалювання : по «вертикалі» - плюс 7,0; по «горизонталі» - мінус 2,2.

Кs - коефіцієнт, що враховує вплив введення вологи в топку в період особливо несприятливих метеорологічних умов. Визначається залежно від частки вологи по відношенню до палива, що вводиться, і способу подачі вологи (таблиці. 15).

КОЧ - коефіцієнт, що враховує збільшення концентрації бенз(а)пирена при очищенні поверхонь нагріву працюючих парових котлів. Коли очищення не робиться, КОЧ приймають рівним 1. У таблиці 16 приведені значення коефіцієнта КОЧ залежно від способу очищення і періоду між очищеннями парових котлів.

Таблиця 15

Частка вологи, що вводиться по відношенню до палива, w

Спосіб введення вологи

При зональному  упорскуванні води в топку и подачі пари у пристінну зону топки, Кw

При подачі води у

дуттьове повітря, Кw

0,00

1

1

0,01

0,861

0,972

0,02

0,741

0,946

0,03

0,638

0,919

0,04

0,549

0,894

0,05

0,472

0,869

0,06

0,406

0,845

0,07

0,35

0,822

0,08

0,301

0,799

0,09

0,259

0,777

0,1

0,223

0,756

Таблиця 16

Період між очищеннями, год

КОЧ

дробоочищення конвективних поверхонь

Обдування ПН

12-24

1,2

1,1

40-48

1,5

1,25

72

2,0

1,5

 

При спалюванні газу наближену величину концентрації бенз(а)пирена в димових газах  у мікрограмах на кубічний метр, приведену до a = 1,3, обчислюють за формулою:

.

При спалюванні твердого палива наближену величину концентрації бенз(а)пирена в димових газах  у мікрограмах на кубічний метр, приведену до    α = 1,5, обчислюють за формулою:

,

де  - нижча теплота згорання палива, Мдж/кг;

hБ - частка бенз(а)пирена, яка уловлюється залежно від ефективності золоуловлювання (hЗ) визначається з формули:

.

Значення в залежності від  наведено в таблиці 17.

Таблиця 17

 

 

 

 

1,010

0,011

1,035

0,004

1,015

0,009

1,04

0,0032

1,020

0,0073

1,045

0,0026

1,025

0,0059

1,05

0,0021

1,03

0,0048

 

 

 

 

 

 

4.7 Розрахунок викидів діоксиду вуглецю при спалюванні органічного палива

 

Кількість діоксиду вуглецю у тоннах за розрахунковий період, що викидається в атмосферу з димовими газами при спалюванні твердого або рідкого палива, обчислюється за формулою:

,

де: 3,67 - кількість діоксиду вуглецю, що утворюється при повному спалюванні 1 тонни вуглецю, тонни/тонни; СР - вміст вуглецю в робочій масі палива %.

Кількість діоксиду вуглецю  у тоннах за звітний період, що викидається в атмосферу з димовими газами при спалюванні газоподібного палива, обчислюється за формулою:

,

де: 1,964 - питома вага діоксиду вуглецю, т/тыс.м3;  - вміст в паливі оксиду вуглецю, вуглеводнів, діоксиду вуглецю, %; В - витрата натурального палива за розрахунковий період, тис. м3/рік, і т. п.; т, п - число атомів відповідно вуглецю і водню у вуглеводнях.

 

 

4.8 Розрахунок викидів важких металів

 

Викид важких металів та їх з'єднань пов'язано з наявністю в мінеральній частині палива з'єднань важких металів. До важких металів, з'єднання яких найбільш шкідливі для довкілля, відносяться: арсен (Аs), кадмій (Сd), хром (Сr), мідь (Си), ртуть (Нg), нікель (Ni), свинець (Рb), селен (Se), цинк (Zn). Під час спалювання мазуту або важкого дизельного палива до важких металів відносять також ванадій (V) і його з'єднання. У частках леткої золи більшість цих елементів зустрічаються у вигляді оксидів і хлоридів. У газоподібних викидах можлива наявність ртуті, селену і арсену, які частково випаровуються з палива.

Під час спалювання вугілля показник емісії важкого металу є специфічним і визначається з формули:

,

де: СВМ - масовий вміст важкого металу в паливі, г/кг (табл. 18), fОБ - коефіцієнт збагачення важкого металу (табл. 19); fГ - частина важкого металу, яка виходить у газоподібній формі (табл. 20); hГЗ- ефективність уловлювання газоподібної фракції важкого металу в золоуловлювачі (табл. 21).

 

Таблиця 18

Вміст важких металів свм у енергетичному вугіллі, мг/кг

Вугілля

As

Cd

Cr

Cu

Hg

Ni

Pb

Se

Zn

Антрацитовий штиб АШ

20

0

47

29

0.28

26

20

0

40

Донецьке пісне ТР

20

0

47

29

0.20

26

18

0

40

Донецьке ГР

20

0

47

29

0.14

26

14

0

40

Донецьке довгополуменеве ДР

20

0

47

29

0.16

26

16

0

40

Львівсько-Волинське (ЛВ) ГР

20

0

47

29

0.16

26

16

0

40

Олександрійське буре Б1Р

20

0

47

29

0.16

26

14

0

40

 

Таблиця 19

Коефіцієнт збагачення важких металів після золоуловлювача

 

Ступінь уловлення

η £ 0.7

0.7 < η £ 0,97

0,97 < η £ 0,99

η > 0,99

Арсен (As)

1,0

3,70 ∙ η – 1,59

175 ∙ η – 167,75

5,5

Кадмій (Cd)

1,0

7,04 ∙ η – 3,93

205 ∙ η – 195,55

7,0

Хром (Cr)

1,0

1,0

1,0

1,0

Мідь (Cu)

1,0

0,37 ∙ η + 0,74

60 ∙ η – 57,10

2,3

Ртуть (Hg)

1,0

1,0

1,0

1,0

Нікель (Ni)

1,0

1,48 ∙ η – 0,04

95 ∙ η – 90,75

3,3

Свинець (Pb)

1,0

5,56 ∙ η – 2,89

175 ∙ η – 167,25

6,0

Селен (Se)

1,0

7,78 ∙ η – 4,44

220 ∙ η – 210,30

7,5

Цинк (Zn)

1,0

7,04 ∙ η – 3,93

205 ∙ η – 195,55

7,0

 

 

 

 

 

 

Таблиця 20

Частка газоподібної фракції важкого металу при спалюванні вугілля

Важкий метал

Частка газоподібної фракції

Арсен (As)

0,005

Ртуть (Hg)

0,900

Селен (Se)

0,150

Інші

0

 

 

Таблиця 21

Ефективність уловлювання газоподібної фракції важкого металу

золовловлювальною установкою під час спалювання твердого палива1)

Золовловлювальна установка

Ефективність

Електростатичний фільтр

0,35

Інші

0

 

 

 

 

 

Список рекомендованої літератури

  1. Варламов Г.Б., Любчик Г.М., Маляренко В.А. Теплоенергетичні установки та аспекти виробництва енергії. – К.: ІВЦ “Видавництво  «Політехніка»”, 2003. – 232 с.
  2. Сигал И.Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. – Л.: Недра, 1988. – 312 с.
  3. Родионов А.И., Клушин В.Н.,Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. – М. Химия, 1989. – 512 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

ДОДАТКИ

Додаток А

Вихідні данні

Варіант

Тверде паливо  -вугілля

Вид палива

Wp

Ap

Sp

Cp

Hp

Np

Op

Qpн

 масові %

МДж/кг

1

Антрацит

13

21,8

3

49,3

3,6

1

8,3

19,61

2

Донец. ТР

8

23

3,2

55,2

3,8

1

5,8

22,04

3

Донец. ГР

5

23,8

2,8

62,7

3,1

0,9

1,7

24,22

4

Донец. ДР

8,5

22,9

1,7

63,8

1,2

0,6

1,3

22,27

5

Л-Вол. ГР

5

20,9

2,4

66,6

2,6

1

1,5

25,27

6

Олекс. бур.

12

13,2

0,3

58,7

4,2

1,9

9,7

22,84

7

Антрацит

8,5

11

0,5

66

4,7

1,8

7,5

26,15

8

Донец. ТР

6,5

16,8

0,4

68,6

3,1

1,5

3,1

26,2

9

Донец. ГР

10

19,8

2,6

55,5

3,7

0,9

7,5

21,98

10

Донец. ДР

8

25,8

3,1

53,7

3,6

0,7

5,1

21,58

11

Л-Вол. ГР

13

21,8

3

49,3

3,6

1

8,3

19,61

12

Олекс. бур.

8

23

3,2

55,2

3,8

1

5,8

22,04

13

Антрацит

5

23,8

2,8

62,7

3,1

0,9

1,7

24,22

14

Донец. ТР

8,5

22,9

1,7

63,8

1,2

0,6

1,3

22,27

15

Донец. ГР

5

20,9

2,4

66,6

2,6

1

1,5

25,27

16

Донец. ДР

12

13,2

0,3

58,7

4,2

1,9

9,7

22,84

17

Л-Вол. ГР

8,5

11

0,5

66

4,7

1,8

7,5

26,15

18

Олекс. бур.

6,5

16,8

0,4

68,6

3,1

1,5

3,1

26,2

19

Антрацит

10

19,8

2,6

55,5

3,7

0,9

7,5

21,98

20

Донец. ТР

8

25,8

3,1

53,7

3,6

0,7

5,1

21,58

21

Донец. ГР

8,5

23

2,8

58,8

4,2

1

1,7

25,27

22

Донец. ДР

6,5

23,8

1,7

60,1

4,7

1,9

1,3

22,84

23

Л-Вол. ГР

10

22,9

2,4

58,3

3,1

1,8

1,5

26,15

24

Олекс. бур.

8

20,9

0,3

55,9

3,7

1,5

9,7

26,2

25

Олекс. бур.

13

13,2

0,5

61,3

3,6

0,9

7,5

23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Варіант

Природний газ

СО2

СН4

С2Н6

С3Н8

С4Н10

С5Н12

С6Н6

H2S

N2

QГН

об’ємні %

МДж/м3

1

0,06

98,89

0,12

0,01

0,01

 

 

0,01

0,9

33,08

2

0,08

98,87

0,13

0,01

0,01

 

 

0,03

0,87

33,12

3

0,14

98,24

0,29

0,2

0,09

0,04

 

 

1

33,12

4

0,08

98,65

0,16

0,08

0,01

 

 

0,02

1

33,33

5

0,1

98,94

0,25

0,04

0,02

 

 

0,05

0,6

33,12

6

0,28

94,24

3

0,89

0,39

0,17

0,13

 

0,9

33,24

7

1

94,08

2,8

0,73

0,3

0,07

0,02

 

1

34,79

8

0,32

90,29

2,8

1,1

0,75

0,34

0,2

 

4,2

34,21

9

0,15

96,57

1,4

0,4

0,18

0,07

0,03

 

1,2

34,16

10

0,01

86,43

3,9

1,72

0,87

0,3

0,07

 

6,7

33,83

11

0,14

98,63

0,12

0,01

0,01

0,09

 

 

1

34,04

12

0,07

94,02

0,12

0,2

0,75

0,01

0,13

 

4,7

33,08

13

0,09

96,48

0,13

0,08

0,18

0,02

0,02

 

3

34,79

14

0,15

98,35

0,29

0,01

0,01

0,39

0,2

 

0,6

34,21

15

0,09

98,58

0,16

0,01

0,09

0,17

 

 

0,9

34,16

16

0,11

98,36

0,25

0,2

0,01

0,07

 

 

1

33,83

17

0,29

92,07

3

0,08

0,02

0,34

 

 

4,2

34,04

18

1,01

94,49

2,8

0,04

0,39

0,07

 

 

1,2

33,33

19

0,33

88,23

2,8

0,89

0,75

0,3

 

 

6,7

33,12

20

0,16

96,47

1,4

0,73

0,18

0,03

0,03

 

1

34,79

21

0,02

94,23

3,9

1,1

0,01

0,07

0,07

 

0,6

34,21

22

0,15

98,41

0,12

0,4

0,01

 

 

0,01

0,9

34,16

23

0,08

96,97

0,12

1,72

0,09

 

 

0,02

1

33,84

24

0,1

95,52

0,13

0,01

0,01

 

 

0,03

4,2

34,04

25

0,16

96,57

0,29

1,72

0,02

 

 

0,04

1,2

33,33

 

Додаток Б

Визначення об’єму сухих димових газів

Питомий об’єм сухих димових газів, які утворюються під час повного згоряння палива, визначається на підставі даних про масовий елементний склад робочої маси палива та витрати повітря для його спалювання відповідно до стехіометричних співвідношень між паливом та повітрям. Для газоподібного палива перерахунок об’ємного вмісту його компонентів (індивідуальних газів) у масовий вміст хімічних елементів горючої маси наведено у додатку В.

Під час спалювання 1 кг робочої маси палива з урахуванням механічного недопалу питомий об’єм сухих димових газів , нм3/кг (за відсутності в них кисню) визначається за формулою.

,

де СР – масовий вміст вуглецю палива, що згорів, на робочу масу, %;

SР    – масовий вміст сірки в паливі на робочу масу, %;

NР   – масовий вміст азоту в паливі на робочу масу, %;

– питомий об’єм азоту повітря, необхідного для горіння палива, нм3/кг.

Питомий об’єм азоту , нм3/кг, в повітрі, яке необхідне для спалювання палива, визначається за формулою

,

де – питомий об’єм кисню, необхідного для проходження стехіометричних реакцій окислення, нм3/кг.

Питомий об’єм кисню , нм3/кг, необхідного для проходження стехіометричних реакцій окислення,

,

де OР– масовий вміст кисню в паливі на робочу масу, %.

Константи в рівняннях є стереометричними множниками.

Густина сухих димових газів , кг/нм3, визначається за формулою:

,

де  – питома маса сухих димових газів, кг/кг;

– питомий об’єм сухих димових газів при O2 = 0 %, нм3/кг.

Питома маса сухих димових газів  визначається за відсутності в них кисню та водяної пари, яка утворилася в результаті випарювання вологи палива та окислення водню.

Питома маса сухих димових газів , кг/кг, розраховується за формулою

,

Одержане значення  за відсутності кисню в димових газах (коефіцієнт надлишку повітря a = 1) може бути приведене до стандартного вмісту кисню в димових газах, наприклад, до 6 %,  за допомогою рівняння

,

де O2ст – стандартний об’ємний вміст кисню в сухих димових газах, %.

 

 

Додаток В

Перерахунок характеристик газоподібного палива

Для газоподібного палива, як правило, відомі його об’ємні характеристики:

- склад – метан (CH4), етан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10), пентан (C5H12) та більш важкі вуглеводні, азот (N2), сірководень (H2S), оксид (CO) і діоксид (CO2) вуглецю;

- теплота згоряння ;

- об’ємна витрата;

- об’єм використаного палива за певний проміжок часу.

У методиці для визначення величин викидів та питомого об’єму використовуються масові характеристики палива – масовий елементарний склад, масова теплота згоряння, маса використаного палива. Тому для газоподібного палива об’ємні характеристики необхідно перерахувати в масові.

Питома маса кожного індивідуального газу в сухому стані газоподібного палива визначається за формулами:

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

де mі– питома маса i-го індивідуального газу в 1 нм3 сухого палива, кг/нм3;

(i)v  – об’ємний вміст i-го індивідуального газу, %.

Густина сухого газоподібного палива rн, кг/нм3, за нормальних умовах визначається як сума питомих мас індивідуальних газів, що входять до складу палива,

,                                  

де mi – питома маса i-го індивідуального газу в 1 нм3 сухого палива за нормальних умовах, кг/нм3;

mCpHq – питома маса вуглеводню CpHq, який складається з p атомів вуглецю та q атомів водню при нормальних умовах, кг/нм3.

Масовий елементний склад сухого газоподібного палива визначається за формулами:

,

,

,

,

,

де індекс «daf»: dry ask freе – умовний стан палива , яке не має загальної вологи та золи, в українському еквіваленті індекс «г» – горюча маса палива;

Cdaf – масовий вміст вуглецю в паливі на горючу  масу, %;

Hdaf – масовий вміст водню в паливі на горючу масу, %;

Ndaf – масовий вміст азоту в паливі на горючу масу, %;

Sdaf – масовий вміст сірки в паливі на горючу масу, %;

Odaf – масовий вміст кисню в паливі на горючу масу, %;

rн  – густина сухого газоподібного палива при нормальних умовах, кг/нм3.

Для перерахунку об’ємної витрати газоподібного палива в масову використовують формулу

,                                                                

де b   – масова витрата газоподібного палива, кг/с;

bv    – об’ємна витрата газоподібного палива при нормальних умовах, нм3/с.

Маса використаного газоподібного палива В, т, за проміжок часу  та масова теплота згоряння  розраховуються за формулами:

,

,

де Bv  – об’єм використаного газоподібного палива за проміжок часу  при нормальних умовах, тис. нм3;

– масова нижча теплота згоряння газоподібного палива, МДж/кг;

  – об’ємна нижча теплота згоряння газоподібного палива при нормальних умовах, МДж/нм3.