Экология объекта

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Институт транспортной техники и организации производства

Кафедра: «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта»





















Курсовая работа по дисциплине

«Источники загрязнения и технические средства защиты окружающей среды»

Экология объекта



















Москва 2009 г.




Котельная с n=5 котлами КЕ-25-14МТ



1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЁМОВ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ



Теоретический объём воздуха, необходимый для полного сжигания топлива:





Объём трёхатомных газов:





Объём сухих дымовых газов при полном сгорании топлива:









(м3/кг)



(м3/кг)

(м3/кг)

Объём водяных паров вычисляется по формуле:



- коэффициент избытка воздуха в топке

(м3/кг)

Действительно необходимое количество воздуха при =1,25:

 (м3/кг)




2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ С ДЫМОВЫМИ ГАЗАМИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ



1.Фактический расход на котёл, кг/с.







где D-фактическая паропроизводительность котла, т/ч ;

-низшая теплота сгорания топлива в МДж/кг ;

-К.П.Д. котла при ном. нагрузке ;

 (кг/с)

2.Расчётный расход топлива, кг/с



 ,



где -потери от механической неполноты сгорания ;

 (кг/с)

3. Годовая выработка тепла

Ти – число часов использования установленной мощности Ти = 4000 ч/год



 (МДж/год)



Годовой расход топлива: 




3. ДИСПЕРСНЫЙ (ФРАКЦИОННЫЙ) АНАЛИЗ ПЫЛИ



Дисперсный состав уноса твёрдых продуктов сгорания:

dч,мкм

<10

10-20

20-30

30-40

40-50

50-60

60-86

86-100

>100

mi, %

6

10

10

10

8

8

10

3

35



0,06

0,1

0,1

0,1

0,08

0,08

0,1

0,03

0,35

Д

0,06

0,16

0,26

0,36

0,44

0,52

0,62

0,65



X

-1.55

-0.99

-0.64

-0.355

-0.15

0.05

0.31

0.39



dгр

10

20

30

40

50

60

86

100



Lg dч

1

1,301

1,477

1,602

1,699

1,778

1,934

2





, 



где -масса взвеси (в нашем случае равна 100) ,

Рассчитаем суммы:









Из уравнения:  путём интегрирования получим систему уравнений с двумя неизвестными
















;



;

. 

 




4. ВЫБОР ЗОЛОУЛОВИТЕЛЯ



Полный объём продуктов сгорания:







(м3/кг)

Объёмный расход продуктов сгорания:



 м3/с



где - расчётный расход топлива;

- объём газа;

Объём продуктов сгорания, выходящий из трубы: 

 м3/с

Выбираю батарейный циклон БЦ :

Wопт=3.5 м/с – оптимальное значение скорости газов в циклоне с направляющим аппаратом типа «розетка» 25˚(табличное значение)

ξ90=90 – опытное значение коэффициента сопротивления циклона(табличное значение)

dт50=3.85 мкм – медианный размер опытных частиц 

lg ση=0.46 – среднеквадратичное отклонение частиц от медианного размера

Параметры эксперимента:

Dц=0.25 м

Wцт=4.5 м/с – опытное значение скорости газа в циклоне

 (Па - динамическая вязкость газов

 (кг/м3) – плотность опытных частиц

Суммарное количество твёрдых продуктов сгорания (летучей золы и несгоревшего топлива) в дымовых газах перед золоуловителем:

,

Концентрация твёрдых веществ в продуктах сгорания:

 г/м3 

Объёмный расход продуктов сгорания при температуре уходящих газов:

 м3/с 

Принимаем Dц=0.25; 



Принимаю nц= 64, выбираю батарейный циклон типа БЦ 1x8x8 

Уточняю скорость:

м/с ≈ Wопт

Коэффициент гидравлического сопротивления циклона:







К1 = 1 для D ≥ 250 мм 

 К2 – поправка на запыленность газов

К3 = 35 – поправка на компоновку циклонов в группу

 Па – гидравлическое сопротивление циклона

Параметры уходящих газов:

 - плотность золы

; 

Медианный размер частиц, улавливаемый циклоном:



 мкм

 



по таблице нормальной функции распределения Ф (x)=0.95635

Максимальная степень очистки ηmax=0.955

Среднеэксплуатационная степень очистки η=ηз=0.85∙0.95635=0.8129




5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ГАЗООБРАЗНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ



5.1 Оксиды серы



Суммарное количество оксидов серы МSO2 в г/с, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегатов, вычисляют по формуле:



 ,



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

- доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле ( по табл 2 (2)составляет 0,1);

- доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием твёрдых частиц (для сухих золоуловителей принимаем равным нулю);

(г/с)

(г/с)



5.2 Оксиды углерода



Количество выбросов оксида углерода в г/с определяется по соотношению:



,



где - выход оксида углерода на единицу топлива, г/кг;

Здесь q3-потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, %;

R-доля потери теплоты q3, обусловленная наличием в продуктах неполного сгорания оксида углерода (принимают для твёрдого топлива 1,0 );

 (г/кг)

 (г/с)

(г/с)



5.3 Расчёт выбросов оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива



Топка ТЧЗМ - топка с пневмомеханическим забрасывателем и цепной чешуйчатой решеткой обратного хода. Удельный выброс оксидов азота при сжигании твердого топлива, г/с:



,



где - удельный выброс оксидов азота, г /МДж;



где αт – коэффициент избытка воздуха в топке 

R6 – остаток на сите с размером ячеек 6 мм%, принимаю R6= 0

- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов при подаче их в смеси с дутьевым воздухом под колосниковую решетку ,на образование оксидов азота; принимаю r=0 6.801*10-3г /МДж







=1.415МВт/ м2

МNO2 = 0.126*5=0.63 г/с


6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ТВЁРДЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ



6.1 Расчёт выбросов твёрдых продуктов сгорания



Суммарное количество твёрдых продуктов сгорания (летучей золы и несгоревшего топлива) , поступающих в атмосферу с дымовыми газами котлов в г/с, вычисляются по формуле:



,



где - зольность топлива на рабочую массу, % ;

- доля золы, уносимой газами из котла (доля золы топлива в уносе);

- доля твёрдых частиц, улавливаемых в золоуловителях;

32,68- теплота сгорания углерода, МДж/кг;

,



Количество летучей золы  в г/с, уносимой в атмосферу в составе твёрдых продуктов сгорания, вычисляют по формуле:



,



 (г/с)

Количество коксовых остатков при сжигании твёрдого топлива  в г/с, образующихся в топке в результате механического недожога топлива и выбрасываемых в атмосферу, определяют по формуле:




,



(г/с)



6.2 Расчет выбросов бензапирена



Выброс бензапирена  поступающего в атмосферу с дымовыми газами в г/с рассчитывают по уравнению :







массовая концентрация бензапирена в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха  ; 

 объем сухих дымовых газов ,образующихся при полном сгорании 1 кг (1 н)

топлива при 



При сжигании твердого топлива







А – коэффициент, характеризующий тип колосниковой решетки, для угля – 2,5

R - коэффициент, характеризующий температурный уровень экранов (при р=24 ата, 

tn=221,78>150 0C ; R=350

Кд = 1 – коэффициент, учитывающий концентрацию бензаперена при неполной нагрузке котля 

Кзу - коэффициент, учитывающий степень улавливания бензапирена золоуловителем. 

Z – понижающий коэффициент (бензаперен улавливается в меньшей степени, чем зола. При температуре газов перед золоуловителем tзу = tух = 180 oC < 185 oC и сухих золоуловителях.

Кзу = 1-ηз*Z =1- 0.81290.8= 0.35

= 1.463*10-3 мг/нм3 



 г/с 




7. РАСЧЕТ МИНИМАЛЬНО НЕОБХОДИМОЙ ВЫСОТЫ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ



Диаметр устья дымовой трубы ,м :







температура уходящих газов;

скорость продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы, принимаю 25 м/с

Принимаю Dутр = 1,8

Предварительная минимальная высота дымовой трубы по приведенным газам м :

Масса приведенного газа:









А – коэффициент стратификации атмосферы для Мурманска 160

F=1

- коэффициент, зависящий от степени очистки циклона



- значение коэффициентов в первом приближении





- коэффициент рельефа местности

Фоновая концентрация приведенного газа:








максимально разовые предельные допустимые концентрации;





- фоновая концентрация SO2





- фоновая концентрация NO2





- фоновая концентрация NO





- фоновая концентрация золы





- ПДК максимально разовая для SO2







- ПДК максимально разовая для NO2





- ПДК максимально разовая для NO





- ПДК максимально разовая для CO





- ПДК максимально разовая для NO





- ПДК максимально разовая для золы

 

 

Определяются коэффициенты f и  : 

 

Опасная скорость ветра на высоте устья трубы 








Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f :







Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра  :

Определяется минимальная высота дымовой трубы во втором приближении :







Выполняем второй уточняющий расчет .

Определяются коэффициенты f и v : 



 

 



Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f :

 





Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра  :

Определяется минимальная высота дымовой трубы в третьем приближении :








Выполняем третий уточняющий расчет .

Определяются коэффициенты f и v :



 

 



Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f :



 



Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра  :n3 =2,4 

Определяется минимальная высота дымовой трубы в четвертом приближении:







Т.к. разница между меньше 0.5 м ,то расчет выполнен верно .

Выбираем дымовую трубу из кирпича со следующими 

стандартными размерами : 

Предварительная минимальная высота дымовой трубы для твердых веществ м :




 (г/с)







Определяются коэффициенты f и  :



 





Опасная скорость ветра на высоте устья трубы: 







Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f :







Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра  :n=2,5 Определяется минимальная высота дымовой трубы во втором приближении :







Окончательно выбираем дымовую трубу из кирпича со следующими стандартными размерами : Dтр = 1.8м Hтр = 75м


8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА И КОЛИЧЕСТВА СТОЧНЫХ ВОД КОТЕЛЬНОЙ



При регенерации Na – катионитных фильтров кроме солей, содержащихся в исходной воде, сбрасываются продукты регенерации фильтров – СаCl2 и MgCl2, а также избыток поваренной соли, который берется для более глубокой регенерации фильтрующего материала. При проведении операции взрыхления возможно попадание в сток измельченного фильтрующего материала; используемая для регенерации техническая поваренная соль содержит до 7% различных примесей, которые также попадают в сток.

Котловая вода в котлах низкого среднего давления после необходимых стадий обработки воды в основном содержит легкорастворимый катион натрия и анионы: .

 Все катионы и анионы, поступающие в котел с химически очищенной водой, не претерпевают изменений с повышением давления, температуры и концентрации солей при испарении, кроме бикарбоната натрия, который частично (около 60%) разлагается в барботажном деаэраторе и окончательно в котле по уравнению:







Показатели воды, приходящей на ВПУ.

















мг/л

мг/л

мг/л

мг/л

мг/л

мг/л

мг/л

мг/л

2

6

20,9

42,7

9,5

150

35,5

21



1) Пересчитываем данные анализа в мг-экв/л:

















- верно



2) Общая жесткость:



3) Карбонатная жесткость:

 



4) Некарбонатная жесткость:

мг-экв/л

Количество сточной воды:







Расход воды на продувку



Расчёт расхода воды на собственные нужды:






Расход соли на приготовление регенерирующего раствора:



 (кг/сут)



где = 100 (г/г-экв)-удельный расход соли на регенерацию при общей жесткости воды до 5 г-экв/м3 

Расход воды на регенерацию:



 (м3/сут)





- доля химически чистой соли

СРР = 6 % - концентрация регенерационного раствора.

= 1041.3 (кг/м3) – плотность регенерационного раствора.

Расход воды на отмывку катионита от продуктов регенерации:



 (м3/сут)

 - удельный расход воды на отмывку



 (м3/сут)



Количество сточной воды: 










В стоках ВПУ будут CaCl2,MgCl2 и избыточный NaCl.

Доля кальция, удаляемого из фильтра в продуктах регенерации: 



Количество CaCl2 и MgCl2 , сбрасываемое в течение суток:

(кг/сут.)

 (кг/сут.)

где 55,5 и 47,6 – эквивалентная масса CaCl2 и MgCl2 .

 (кг/сут)

где 58,5 (г/г-экв) – теоретический удельный расход соли на регенерацию.

Общее количество солей, сбрасываемых в сутки:



 (кг/сут.)

2HCO3- =CO2+3+CO2+H2O

Na2CO3+H2O=2NaOH+CO2

kуп=Sкв/Sпв=25































(г/л) < 10г/л –сточные воды котельной можно отправить без очистки в дренаж.




9. РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ГАЗАХ ЗА КОТЛОМ



1) массовая концентрация:

;

 мг/;

;



2) Объемная концентрация в частях на миллион :



где:-плотность газа при НФУ, кг/н;

;



Определение удельных выбросов:





 (МВт)



 МВт

 г/МДж.

 г/МДж

 г/МДж

 г/МДж – до золоуловителя

 г/МДж – после золоуловителя

3)Токсичность выбросов за котлом и в устье трубы

Токсичность за котлом:









Токсичность после золоуловителя (в устье трубы):











Эффективность установки золоуловителя:



С помощью золоуловителя снизилась токсичность на 37.77%





2