Теоретическая часть. При сжигании топлива в паровых котлах в атмосферу выбрасываются большое количество вредных веществ: диоксид серы

 

При сжигании топлива в паровых котлах в атмосферу выбрасываются большое количество вредных веществ: диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота, твердые частицы | 5 |. В состав последних входит зола, коксовый остаток, бенз(а)пирен. Бенз(а)пирен относится к классу полициклических ароматических углеводородов, которые имеют высокую температуру кипения и с трудом поддаются разрушению.

Полициклические углеводороды не производятся промышленностью, а образуются в процессе горения. Благодаря чрезвычайной устойчивости при их систематическом образовании существует опасность накопления в природных объектах.

Суммарное массовое количество М_j загрязняющего вещества j, поступающего в атмосферу с дымовыми газами (г / с, т / год), определяется по уравнению

 

М_{j =}С_jV_сгB_pk_п, (1.56)

где С_j – массовая концентрация загрязняющего вещества j, в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха α₀ =1,4 и нормальных условиях, мг / нм³;

V_сг- объем сухих дымовых газов, образующихся пр полном сгорании 1 кг (1 нм³) топлива, при α₀ =1,4, нм³ / кг топлива (нм³/ нм³ топлива);

B_p – расчетный расход топлива; при определении выбросов в граммах в секунду B_p берется в т / ч (тыс. нм³ / ч); при определении выбросов в тоннах в год берется в т / год (тыс. нм³ / год);

k_п – коэффициент пересчета;

при определении выбросов в граммах в секунду k_п =0,278 ^.10^-3 при определении выбросов в тоннах в год k_п = 10^-6.

Расчетный расход топлива B_p, т / ч (тыс. нм³ / ч) или т / год (тыс. нм³ / год), определяется по соотношению

B_p= (1- q₄/100)^.В, (1.57)

где В - полный расход топлива на котел, т / ч (тыс. нм³/ч) или т/год (тыс. нм³ / год);

q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, % (q₄ = 10 %).

Значение В определяется по показаниям приборов или обратному тепловому балансу (при проведении испытаний котла). Расчет объема сухих дымовых газов V_сг проводится по нормативному методу по химическому составу сжигаемого топлива | 6 |. Состав некоторых топлив приведен в Прилож. 2. При этом объем сухих дымовых газов при нормальных условиях определяется по уравнению

V_сг = V_г⁰+ (α – 1) V⁰- V⁰_вод, (1.58)

 

где V_сг,V_г⁰,V⁰,V⁰_вод – соответственно объемы воздуха, дымовых газов и водяных паров при стехиометрическом сжигании одного килограмма (1 нм³) топлива, нм³ / кг (нм³ / нм³).

Для твердого и жидкого топлива расчет выполняют по химическому составу сжигаемого топлива по формулам:

 

V⁰ = 0, 0889(С^r + 0,375S^r_ор+к) = 0,265 H^r – 00333O^r , (1.59)

V⁰_вод = 0,111 H^r + 0,011124W^r +0,0161 V⁰, (1.60)

где W^r влажностьрабочей массы топлива, % мас.

V_г⁰ = 1,866^. (С^г + 375S^r_ор+к)/100 + 0,79 V⁰ +

+ 0,8 N^г/100 + V⁰_вод, (1.61)

 

где С^г,S^r_ор+к , H^r , N^г , О^{г –} соответственно содержание углерода, серы (органической и колчеданной), водорода, азота и кислорода в рабочей массе топлива, % мас.

Для газообразного топлива расчет выполняется по формулам

V⁰ =0,0476 (0,5 CO + 0,5Н₂ +1,5S(m +n4) CmHn - O₂), (1.62)

 

V⁰_вод = 001 (Н₂ + Н₂S + 0,5S nCmHn + 0,124 d_г.тп.) =

= 0,0161 V⁰ , (1.63)

 

V_г⁰ = 0,01 (CO₂ + CO + Н₂S + 0,5S mCmHn) + 0,79 V⁰ +

+ N₂/100 + V⁰_вод, (1.64)

где CO, CO_2,, Н₂ , Н₂S, CmHn, N₂ , O₂ - соответственно содержание оксида углерода, диоксида углерода, содорода, сероводорода, углеводородов, азота и кислорода в исходном топливе, % мас.

m и n – число атомов углерода и водорода соответственно;

d_г.тп. – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 нм³ сухого газа, г / нм^3.

Суммарное массовое количество оксидов азота _NОх в пересчете на NО₂ (г/с, т/год), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами при сжигании природного газа определяются по формуле

 

М_NОx =В_рQК_NО2 β_к β_t β_α (1- β_г)(1- β_δ)k_n, (1.65)

 

где В_р – расчетный расход топлива, нм³ / с (тыс. нм³ / год);

Q – низшая теплота сгорания топлива, МДж / нм³, К_NО2 - удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г / МДж.

Для паровых котлов К_NО2 = 0,01ÖD + 0,03,

где D – фактическая производительность котла, т / ч.

Для водогрейных котлов К_NО2 = 0,0113ÖВ_рQ+ 0,03,

где β_к - безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки(для дутьевых горелок напорного типа;
β_к =1,0_, для инжекционного типа β_к =1,6, для горелок двухступенчатого сжигания β_к =0,7;

β_t – безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения β_t =1+0,002(t_гв –30), где t_гв – температура горячего воздуха;

β_α – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота, в общем случае значение β_α = 1,225 (при сжигании природного газа); β_г- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота, β_г= 0,16√r, где r- степень рециркуляции дымовых газов,%;

β_δ- безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру, β_δ =0,022;

k_n- коэффициент пересчета, при определении выбросов в г / с

k_n =1; при определении выбросов в т / год k_n= 10^-3.

Суммарное количество оксидов азота _NОх в пересчете на NО₂ (г/с, т/год), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами при сжигании мазута определяются по формуле

 

М_NОx =В_рQК_NО2 β_t β_α (1- β_г)(1- β_δ)k_n,, (1.66)

 

где обозначения приняты те же, что и в формуле (1.65);

для паровых котлов К ^м_NО2 = 0,01ÖD + 0,01;

для водогрейных котлов К ^м_NО2 = 0,0113ÖВ_рQ+ 0,01;

β_г= 0,17√r;

β_α =1,113 (при сжигании мазута);

β_δ =0,018.

Суммарное массовое количество оксидов серы М_so2 выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами (г / с, т / год) при сжигании мазута определяются по формуле

 

М_so2 =0,02 ВS^r(1-η _so2)(1- η^′ _so2),

где В - расход натурального топлива за рассматриваемый период, г / с (т / год);

S^r- содержание серы в топливе на рабочую массу, % мас.;

η _so2 – доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле;

η^′ _so2 - доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоулавителе попутно с улавливанием твердых частиц. Ориентировочное значение η^′ _so2 при сжигании мазута – 0,02.

Оценка суммарного массового количества выбросов оксида углерода в атмосферу с дымовыми газами (г / с, т / год) при сжигании мазута может бытиь выполнена по соотношению:

М_со = 10^-3В С_со(1-q₄/100),

где С_со – выход оксида углерода при сжигании топлива, г / кг (г / нм³) определяется по формуле

С_{со =} q₃ RQ,

где q₃ - потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, %. q₃ =0,2;

R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, принимается для мазута –0,65, для газа- 0,5.

Концентрация бенз(а)пирена в дымовых газах промтеплоэнергетических котлов малой мощности при использовании мазута в качестве топлива рассчитывается по формулам:

 

для α^,,_Т = 1,08 – 1,25

 

C^м_бп=[10^-3 R(0,34 + 0,42 • 10^-3 q_v)/ exp(3,8 (α^,,_Т –1)]К_ДК_РК_СТ;; (1.67)

 

для α^,,_Т > 1,25

 

C^м_бп=[10^-3 R(0,172 + 0,23•10^-3 q_v)/ exp(1,14 (α^,,_Т –1))]К_ДК_РК_СТ (1.68)

 

Концентрация бенз(а)пирена, мг / нм³, в дымовых газах промтеплоэнергетических котлов малой мощности при использовании природного газа в качестве топлива рассчитывается по формулам:

для α^,,_Т = 1,08 – 1,25

 

С^г_бп= [10^{-3 .} 0,059+0,079 ^.10^-3q_v / exp(3,8 (α^,,_Т –1)] К_Д К_р К_ст ; (1.69)

для α^,,_Т > 1,25

 

С^г_бп= [10^-3. 0,032+0,043 ^.10^-3q_v /exp(1,14 (α^,,_Т –1))] К_Д К_р К_ст . (1.70)

 

Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания мазута на выходе из топочной камеры водогрейных котлов определяется по формулам:

 

для α^,,_Т = 1,05 – 1,25 и q_V = 250 –500 кВт/м³

 

 

C^м_бп = [10^-6 R(0,445 q_v –28,0)/ exp(3,5 (α^,,_Т –1)] К_Д К_Р К_СТК₀;(1.71)

для α^,,_Т > 1,25 и q_V = 250 –500 кВт/м³

 

C^м_бп=[10^-6 R(0,52 q_v–32,5)/ 1,16 exp(3,5 (α^,,_Т –1)]К_ДК_РК_СТ К₀ ; (1.72)

Концентрация бенз(а)пирена, мг / нм³, в сухих продуктах сгорания природного газа выходе из топочной камеры водогрейных котлов определяется по формулам:

 

для α^,,_Т = 1,05 – 1,25 и q_V = 250 –500 кВт/м³

 

С^г_бп= [10^{-6 .}0,11 q_V – 7,0 / exp(3,5 (α^,,_Т –1)] К_Д К_Р К_СТ; (1.73)

для α^,,_Т > 1,25 и q_V = 250 –500 кВт / м³

 

С^г_бп= [10^{-6 .} 0,13 q_V – 5,0 / 1,3 exp(3,5 (α^,,_Т –1)] К_Д К_Р К_СТ; (1.74)

В формулах (1.67)-(1.74) приняты следующие обозначения:

α^,,_Т – коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки;

q_V – теплонапряжение топочного объема кВт / м³;

К_Д- коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания;

К_Р- коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания;

К_СТ - коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания.

R – коэффициет, учитывающий способ распыливания мазута для паромеханических форсунок R =0,75, в остальных случаях R = 1.

Для расчета максимальных и валовых выбросов по формуле (1.56) концентрации бенз(а)пирена, рассчитанные по формулам (1.66)-(1.74) приводятся к избыткам воздуха α = 1,4 по формуле

 

С_j = С_j^изм α / α₀ (1.75)