Министерство транспорта Российской Федерации. Определение выбросов

С. В. ПРИХОДЬКО, В. М. ЛЕБЕДЕВ

 

Определение выбросов

Загрязняющих веществ в атмосферу

От котельных установок

 

ЧАСТЬ 1

 

Омск 2010

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

_______________________

 

С. В. Приходько, В. М. Лебедев

 

 

Определение выбросов

загрязняющих веществ в атмосферу

от котельных установок

 

Часть 1

 

 

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний для практических занятий

 

 

Омск 2010

УДК 621.182: 504.054(07)

ББК 31.350.43я2

П77

 

Определение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок. Часть 1: Методические указания для практических занятий. 2-е изд., испр. и доп. / С. В. Приходько, В. М. Лебедев; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2010. 38 с.

 

 

В методических указаниях изложена методика для определения объема выбросов характерных загрязняющих веществ (оксидов азота, диоксида серы, оксида и диоксида углерода, бенз(а)пирена) от паровых котлов паропроизводительностью до 75 т/ч и водогрейных котлов тепловой производительностью до 58 МВт в соответствии с имеющимися нормативными документами. Приведены характеристики загрязняющих веществ, кратко изложены процессы их образования, даны рекомендации по выбору режимно-технологических мероприятий, направленных на уменьшение объема выбросов.

Предназначены для студентов 4-го и 5-го курсов очной и заочной форм обучения по специальности «Промыш­ленная теплоэнергетика», могут быть использованы работниками, занимающимися эксплуатацией объектов теплоэнергетики.

 

 

Библиогр.: 14 назв. Табл. 7. Прил. 1.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор Б. Т. Грязнов;

доктор техн. наук, профессор Е. И. Сковородников.

 

 

_________________________ Ó Омский гос. университет путей сообщения, 2010

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

Введение....................................................................................................................
1. Определение расчетного расхода топлива и объема сухих дымовых газов...
2. Определение выбросов газообразных загрязняющих веществ........................
2.1. Оксиды азота..............................................................................................
2.2. Оксиды серы...............................................................................................
2.3. Оксид углерода...........................................................................................
2.4. Диоксид углерода.......................................................................................
2.5. Бенз(а)пирен...............................................................................................
Библиографический список.....................................................................................
Приложение. Значения удельного выброса загрязняющих веществ при сжигании различных видов топлива в котельных установках ТЭС...……

 

Введение

 

Основными видами органического топлива, используемого на предприятиях теплоэнергетики, являются газообразное (природный газ, доменный, попутный), жидкое (мазут) и твердое (уголь, сланцы, торф) топливо.

При сжигании природного газа в атмосферу выбрасываются оксиды азота (NO, NO₂), оксиды углерода (CO, СО₂) и бенз(а)пирен (C₂₀H₁₂).

При сжигании твердого топлива к перечисленным выше загрязняющим веществам добавляются оксиды серы (SO₂, SO₃), зола, токсичные микроэлементы, радиационные составляющие минеральной части, а при сжигании мазута – оксид ванадия (V₂O₅).

Примерные значения удельного выброса загрязняющих веществ при сжигании различных видов топлива в котельных установках приведены в приложении.

Количество образующихся вредных веществ зависит от характеристики топлива, конструктивного исполнения топочной камеры и горелочных устройств, поэтому при проектировании и реконструкции котельных установок необходимо проводить расчет ожидаемого объема выбросов и предусматривать меры по снижению их до объема, максимально приближающегося к нормативам удельных выбросов в атмосферу.

 

1. Определение расчетного расхода топлива и

объема сухих дымовых газов

 

При вычислении объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферу определяющей является величина расхода топлива, расчет которой выполняется на основе нормативного метода [3].

Полный расход натурального топлива для одного котла, кг/с (м³/с), определяется по уравнению обратного теплового баланса:

 

,

(1.1)

 

где – тепло, полезно отданное в котельном агрегате, кДж/ч; зависит от типа котельных агрегатов;

– рабочее располагаемое тепло топлива, МДж/кг (МДж/м³); без учета тепла, внесенного в топку с горячим воздухом, и физического тепла топлива [3] ( – низшая рабочая теплота сгорания топлива, МДж/кг или МДж/м³);

- КПД котельного агрегата, принимается по справочнику [2] или по данным тепловых испытаний.

Для паровых котлов

 

,

(1.2)

 

где , – соответственно номинальный расход насыщенного (перегретого) пара и продувочной воды, кг/ч, принимаются по справочнику [2];

, , - соответственно энтальпия насыщенного (перегретого) пара, продувочной и питательной воды, кДж/кг, определяются по справочнику [4].

Для водогрейных котлов , принимается по справочнику [2] или по данным тепловых испытаний.

Для определения максимального расхода топлива котельной в целом величина B вычисляется для каждого котлоагрегата, затем полученные значения складываются.

Полный расход натурального топлива котельной за расчетный период (год, отопительный или летний сезон), т/год (тыс. м³/год), рассчитывается по формуле:

 

,

(1.3)

 

где - коэффициент использования тепловой нагрузки котельной, порядок расчета коэффициента использования приведен в учебном пособии [5];

N - число типов котельных агрегатов;

- расход топлива котельным агрегатом i -го типа, кг/с (м³/с), определяемый по формуле (1.1);

- число котельных агрегатов i -го типа;

- число суток работы котлоагрегата i-го типа в расчетном периоде, сут./год.

Расчетныйрасход натурального топлива, кг/с (м³/с), рассчитывается по формуле:

 

,

(1.4)

 

где – потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %; значения для паровых котлов производительностью более 30 т/ч и водогрейных котлов мощностью более 23 МВт приведены в методических указаниях [6], для паровых котлов производительностью менее 30 т/ч и водогрейных котлов мощностью менее 23 МВт – в работе [1, табл. П.4.1].

Для жидкого и газообразного топлива расчетный расход натурального топлива равен полному.

В некоторых случаях для расчета выбросов используется значение расхода условного топлива, кг/с, которое может быть определено из соотношения:

 

,

(1.5)

 

где и - соответственно расход, кг/с (м³/с), и низшая рабочая теплота сгорания, МДж/кг (МДж/м³), натурального топлива;

и - соответственно расход, кг/с, и теплота сгорания, МДж/кг, условного топлива; = 29,33 МДж/кг [2].

Через значение секундного полного или расчетного расхода натурального или условного топлива рассчитывается максимальный выброс загрязняющего вещества (оксида азота, оксида серы, оксида углерода и т. д.) М, г/с, по формулам, приведенным в разд. 2 настоящих методических указаний и работе [1, разд. 1].

Валовой годовой выброс для каждого из выбрасываемых вредных веществ, т/год, определяется с учетом значения полного расхода топлива за расчетный период, т. е. по формуле, аналогичной (1.3):

 

,

(1.6)

где - максимальный секундный выброс загрязняющего вещества от i -го котлоагрегата, г/с.

Для определения объема выбросов также используется значение объема сухих дымовых газов на выходе из котла, расчеткоторогопроводится по химическому составу сжигаемого топлива. Химический состав твердого, жидкого и газообразного топлива приведен в работах [2, 3, 6].

Объем сухих дымовых газов,м³/кг (м³/м³), при нормальных условиях рассчитывается по уравнению:

 

,

(1.7)

 

где , и – соответственно объем дымовых газов, воздуха и водяных паров при полном сжигании 1 кг (1 м³) топлива, м³/кг (м³/м³), с теоретически необходимым количеством воздуха;

a - коэффициент избытка воздуха на выходе из котла, порядок расчета a приведен в работе [6] (в общем случае значение a рекомендуется принимать равным 1,4).

Для твердого и жидкого топлива расчет объема дымовых газов, воздуха и водяных паров выполняют по формулам:

 

	;	(1.8)
	;	(1.9)
	,	(1.10)

 

где , , , и – соответственно содержание углерода, серы (органической и колчеданной), водорода, кислорода и азота в рабочей массе топлива, %;

– влажность рабочей массы топлива, %;

для газообразного топлива –

 

	;	(1.11)
	;	(1.12)
,	(1.13)

 

где СО, , , , , и – соответственно содержание оксида углерода, диоксида углерода, водорода, сероводорода, углеводородов, азота и кислорода в исходном топливе, %;

m и n – число атомов углерода и водорода соответственно;

– влагосодержание газообразного топлива, г/м³, при температуре природного газа 20 °C = 19,4 г/м³ [1].

Объем сухих дымовых газов, м³/кг (м³/м³), также можно рассчитать по приближенной формуле, приведенной в источнике [11]:

 

,

(1.14)

 

где K – коэффициент, учитывающий характер топлива и равный для газа 0,345, мазута, нефти, дизельного и других видов жидкого топлива – 0,355, каменных углей - 0,365, бурых углей - 0,375, сланцев, торфа и дров - 0,375.

 

2. Определение выброса газообразных

загрязняющих веществ