Расчет концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах тепловых стан (стр. 1 из 2)

Министерство Образования Российской Федерации

Архангельский Государственный Технический Университет

Кафедра эксплуатации автомобилей и МЛК

Расчетно–графическая работа

Расчет концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах тепловых станций

Вариант № 5

Студент: Починков А.В.

МФ III-I

Руководитель: доцент

Пугин Б.И.

Архангельск

2004

1. Вредные примеси в дымовых газах

Наибольшие загрязнения атмосферного воздуха поступают от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (мазут, уголь, природный газ, бензин и дизельное топливо, керосин и др.).

Количество загрязнений определяется составом и объёмом сжигаемого топлива.

Одними из основных источников загрязнений атмосферы являются тепловые станции (ТС).

Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива в энергоустановках,- нетоксичные диоксид углерода СО₂ и водородный пар Н₂О. Однако кроме них в атмосферу выбрасываются такие вредные вещества, как оксид углерода СО, оксиды серы SО_n, азота NO_n, сажа, соединения свинца, канцерогенные вещества (бенз(а)пирен) и др.

При сжигании твердого топлива в котлах ТС образуется большое количество золы, диоксида серы, оксидов азота. В дымовых газах, образующихся при сжигании мазута, содержатся оксиды азота, соединения ванадия, газообразные и твердые продукты неполного сгорания.

Токсичность при сжигании природного газа обуславливается в основном содержанием оксидов азота и серы.

Для рассеивания вредных веществ с целью уменьшения их концентрации на поверхности земли все ТС оборудуются дымовыми трубами. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывает состояние атмосферы, расположение предприятий, характер местности, высота трубы и диаметр её устья. Горизонтальное перемещение примесей обусловливается в основном скоростью ветра, а вертикальное - распределением температур в вертикальном направлении.

По мере удаления от трубы в направлении распространения промышленных выбросов можно условно выделить три. зоны загрязнения, атмосферы: зона переброса факела, характеризующаяся относительно, невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы, зона задымления с максимальным содержанием вредных примесей и зона постепенного снижения уровней загрязнения (рис. 1).

Рис.1. Распределение концентрации вредных веществ в атмосфере

от организованного высокого источника выбросов.

Зона задымления является наиболее опасной для населения. Ширина этой зоны в зависимости от метеорологических условий находится в пределах 10-49 высот трубы.

Максимальная концентрация вредных примесей прямо пропорциональна производительности источника и обратно пропорциональна квадрату высоты дымовой трубы. Подъём горячих струй обуславливается подъемной силой газов, имеющих более высокую температуру чем окружающий воздух.

При выбросах в условиях безветрия рассеивание вредных веществ происходит под действием вертикальных потоков. При наличии ветра перемешивание примесей с воздухом происходит в направлении ветра, при этом разбавление их происходит пропорционально средней скорости ветра.

Вместе с тем с увеличением скорости ветра уменьшается высота выброса факела над устьем трубы, что может привести к увеличению приземной концентрации вредных веществ. Поэтому на ТС при проектировании устройств для отвода дымовых газов главным условием является достижение превышения скорости выбрасываемого газа более чем вдвое опасной скорости ветра на уровне устья трубы.

Основным документом, регламентирующим расчет высоты дымовой трубы, является "Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий". В основу методики положено условие, при котором суммарная концентрация каждого вредного вещества не должна превышать максимальную разовую предельно допустимую концентрацию данного вредного вещества в атмосферном воздухе, т.е.

С = (С_ma_х+ С_ф) < С_ПДК,

где C_max - максимальная концентрация загрязняющих веществ в приземном воздухе, создаваемая источниками выбросов, мг/м³;

С_ф - фоновая концентрация одинаковых или однонаправленных вредных веществ, характерная для данной местности, мг/м³;

С_ПДК - нормативное значение предельно допустимой концентрации вредного вещества, мг/м;

При одновременном присутствии в атмосферном воздухе нескольких веществ, обладающих аддитивными свойствами, для каждой точки местности должно выполняться условие

где i — i-я примесь.

2. РАСЧЕТ РАСХОДА ТОПЛИВА

Расход топлива одним котлом, г/с,

г/c

где Q_п_i^н - номинальная паропроизводительность i -го котла, т/ч;

i_п - энтальпия пара,кДж/кг; при сжигании угля i_п = 2932,5 ;

i_п.в- энтальпия питательной чоды, кДж/кг; в расчетах принимают

i_п.в=420кДж/кг;

Q_н^р - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

η_к - коэффициент полезного действия котла.

2. Суммарный расход топлива всеми котлоагрегатами тепловой станции В_сум, г/с,

г/с

где n - количество котлов

3. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

1. Выбросы твёрдых частиц (золы), г/с,

М_з = В_сум А^рf (1- η₃) = 656 * 32,5 * 0,0035 * (1- 0,825 ) = 13,06 г/с

где А^р - зольность топлива на рабочую массу, %;

f - безразмерный коэффициент, зависящий от типа топок и вида топлива;

η₃ - коэффициент полезного действия золоуловителей.

2. Выбросы оксидов серы, г/с,

г/с

где S^p - содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η`_so₂ - доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива (для углей – 0,1);

η``_so₂- доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе.

3. Выбросы оксидов азота, г/с,

г/с

где К_NO₂- количество оксидов азота, образующееся на единицу тепла, выделяющегося при горении топлива, кг/ГДж; принимают по графику (рис.2);

β - коэффициент, учитывающий степень снижения выбросов оксидов азота в результате применения технических решений;

Рис.2. Зависимость К_NO₂ от паропроизводительности котлоагрегата для различных топлив: 1 - природный газ, мазут; 2 - антрацит; 3 - бурый уголь; 4 - каменный уголь

4. Расчет выбросов окиси углерода, г/с,

г/с

где К_CO- количество оксидов углерода, образующееся на единицу тепла, выделяющегося при горении топлива, кг/ГДж;

q₄ - потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, %.

4. РАСЧЕТ ВЫСОТЫ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ

1. Объём дымовых газов, выходящих из трубы за 1 с, м³/с,

м³/с

где Т_г - температура уходящих газов, °С ;

К_г - действительный суммарный объём продуктов сгорания, м³, на 1 кг топлива;

= 1,1 + 4,77 + 0,71 + 0,7*6,02 =10,8

Здесь

- теоретический объём продуктов сгорания соответственно трёхатомных газов, азота, водяных паров и воздуха, м³, на 1 кг топлива; (α-1) = 0,70 для котлов, работающих на угле.

2. Диаметр устья дымовой трубы, м,

где ω_o- средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья дымовой трубы, м/с; принимается в пределах 7...10 м/с для железобетонных и кирпичных труб высотой до 45 м и 12... 15 м/с для металлических труб высотой до 44 м.

3. Предварительное значение минимальной высоты дымовой трубы, м.

м для золы

м для SO₂

м для NO₂

м для СО