Методы расчетов выбросов и сбросов вредных веществ

«МЕТОДИ РОЗРАХУНКІВ ВИКИДІВ ТА СКИДІВ ШКІДЛИВИХ РЕЧОВИН»




Оглавление:



1.Объем и задание по выполнению расчетов

2. Исходные данные для расчета

3. Выполнение расчетов

4. Очистка дымовых газов от окислов серы известняком

5. Очистка дымовых газов от золы

6. Расчет нефтеловушки

7.Список литературы




Объем и задание по выполнению расчетов



В объем работы входят:

		расчет массы продуктов сгорания: частиц золы и недотопа;

		расчет окислов серы, азота и бензопропилена, выбрасываемых с продуктами сгорания;

		расчет окиси углерода, триоксида серы и пентаоксида ванадия (V2 O5)

		расчет высоты дымовой трубы с учетом ПДК;

		расчет и выбор батарейного циклона;

		расчет и выбор электрофильтра;

		расчет количества замазученных вод;

		расчет и выбор нефтеловушки и флотатора;

		расчет количества коммунальных сточных вод;

		расчет отстойника и аэротенка.



Исходные данные для расчета



- марка топлива;

		элементный состав топлива;

		источник потребления топлива;

		единичная мощность источника;

		количество источников;

		расчетное число жителей поселка.



Выполнение расчетов



Из [1] и [2] в соответствии с заданными условиями необходимо выбрать марку топлива, его элементный состав, техническую характеристику источника потребления топлива и его марку.

Располагая физико-химической характеристикой топлива, определяем следующие величины:

Высшую и низшую теплоты сгорания, кДж/кг



;







;



=25,9 МДж

где  - содержание компонентов в топливе, %.

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива:

объемный расход, м3/кг



;





массовый расход, кг/кг









Полный объем продуктов сгорания, м3/кг








где  - объем сухих трехатомных газов; 



 

 - объем азота;







 - объем сухих газов;



 



- теоретический объем водяных паров;





 -избыток воздуха, не использованный при горении топлива при известном 

 

Теоретический объем продуктов сгорания, м3/кг











Действительный объем продуктов сгорания, м3/кг








Действительный объем водяных паров, м3/кг









Полный объем сухих газов, м3/кг









Содержание СО2 в сухих газах, %









Содержание SО2 в сухих газах, %









В случае отсутствия в дымовых газах продуктов неполного сгорания топлива ( при ), то:

		количество избыточного кислорода

, м3/кг; 



, м3/кг; %;

		количество избыточного азота 



, м3/кг; 



, м3/кг; %;

- количество 3-х атомных газов







%

Топливная характеристика









Коэффициент избытка воздуха для данной марки топлива








Масса продуктов сгорания на 1 кг топлива, кг/кг









Масса золы, выбрасываемой в атмосферу, с учетом улавливания ее в золоуловителе, г/с









aун=0,950,6 - доля твердых частиц, уносимых из топки;

q4=0,52,0 - потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива;

- теплотворная способность топлива, мДж/кг;

 - степень улавливания твердых частиц в золоулавливателях =0,8-0,99



Масса окислов серы, выбрасываемых в атмосферу, г/с








где =0,10,2 (твердое топливо) – доля окислов серы, улавливаемых летучей золой;  = 0,02 - при сжигании мазута;

 - доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителе,  = 0 в сухих золоуловителях; = 0,0150,03 - в мокрых.

Теоретическая концентрация сернистого ангидрида в уходящих газах при условии окисления всей серы топлива до SO2



, м3/кг



, м3/кг

Масса окислов азота в пересчете на NO2, выбрасываемых в атмосферу, г/с









где β1 = 0,178 + 0,47 • Nг (для энергетических котлов, сжигающих твердое топливо); β1 =1 при >1,05; β1 =0,9 при =1,03  1,05 β1 =0,75 при <1,03 

(при сжигании мазута) – коэффициент, учитывающий влияние на выход окислов азота качества сжигаемого топлива; β2 – коэффициент, учитывающий конструкцию горелок (β2 =1 для вихревых; β2 = 0,85 для прямоточных); β3 - коэффициент, учитывающий вид шлакования (β3 = 1,4 при жидком; β3 = 1 – в остальных случаях); В – полный расход топлива, кг/с; 

 - коэффициент, характеризующий выход окислов азота на 1т сожженного условного топлива; 



Дф и Дн - фактическая и номинальная производительность котла, т/ч; r=0 ч 0,25 – степень рецеркуляции дымовых газов.

Концентрация бенз(о)пирена (С20 Н12 ) при сжигании твердого топлива



; мг/м3



; мг/м3

где  - теплота сгорания, МДж/кг; 

 = 1,25ч1,30 – коэффициент избытка воздуха за пароперегревателем;

 - степень улавливания бензопирена в золоуловителях

 = 60ч80% - для электрофильтров; = 60ч70% - мокрые золоуловители.



Концентрация бензопирена при сжигании мазута, мг/м3 









где  - тепловое напряжение объема топки, ;

qv= 165ч175  при сжигании твердого топлива; qv= 291  - мазут;

 = 1,1 ч 1,15.

Для случая неполного сгорания топлива, когда в дымовых газах из продуктов неполного сгорания содержится только окись углерода, справедливо уравнение, %



,





где   - содержание избыточного кислорода.

Примечание: расчеты СО выполнить при значениях  = 1,15;  = 1,10; 

 = 1,05;  = 1,0;  = 0,95

Содержание триоксида серы (SO3), образующееся в зоне горения топлива, в %









где  - объемная доля диоксида серы,

  - номинальное тепловое напряжение сечения топки, МВт/м2; 

( aт и bт - ширина и глубина топки, м).

Масса загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, г/с

М = Мзолы+ МSO2 + МNO2 



	M = 989.9 + 702 + 239 = 1930,

Объем дымовых газов, проходящих через дымовую трубу, м3 /с



,



,

где	n – число котлоагрегатов, подсоединенных к одной трубе, 

В – расход топлива на котел, кг/с;

 = 1,45 ч 1,50 – коэффициент избытка воздуха перед дымовой трубой; 

tд.т = tр + (15 ч 20)= 184+15=148.8 єС – температура газов перед дымовой трубой;

tр = 50 +  = 50 + - температура точки росы продуктов сгорания, єС;

  - - приведенная сернистость топлива;

  - приведенная зольность топлива; 

Рб = (97 ч 98)· 103 - барометрическое давление воздуха в Па.

Проверка высоты дымовой трубы с учетом ПДК, м

	

	,

	,

	где А = 160 – коэффициент стратификации атмосферы; F = 1,0 – коэффициент, учитывающий скорость сгорания вредных веществ в воздухе ( для газообразных примесей); m = 0,7ч 0,9; K = 1 ч 3 – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья трубы; n – количество котлов; ПДКSO2= 0,5 мг/м3, ПДКNO2 = 0,085 мг/м3 – предельно допустимые концентрации для двуокиси серы и двуокиси азота; Z – число дымовых труб; ∆t - разность между температурой газов на выходе из дымовой трубы и температурой окружающего воздуха самого жаркого месяца в 14.00.

	

Очистка дымовых газов от окислов серы известняком

	

	Метод очистки основан на нейтрализации сернистой кислоты, получающейся в результате растворения двуокиси серы, содержащейся в дымовых газах, карбонатом кальция известняка

	

	СаСО3 + SО2 = СаSО3 + CО2

	

		В результате этой реакции получается сульфид кальция , частично окисляющийся в сульфат. В большинстве случаев продукты нейтрализации не используются и направляются в отвал, хотя можно их перерабатывать в гипс.

	Расход известняка на сероулавливающую установку, кг/с

	

	

	


	где  = 3,125 – отношение молекулярных масс СаСО3 и серы;

	 – степень очистки газов от SО2 ;

	KCaCO3 = 0,65 ч 0,80 – содержание углекислого кальция в природных известняках ( в зависимости от месторождения ); Kисп = 0,7 ч 0,8 – коэффициент использования известняка.

	Количество твердых сухих отходов, получающихся в результате очистки газов, кг/с

	

	,

	

	,

	где  = 1,72 – отношение молекулярных масс сульфата кальция СаSO4 · 2H2O и известняка СаСО3

	

Очистка дымовых газов от золы

	

	Очистка дымовых газов способствует не только снижению выбросов золы в атмосферу, но и повышению надежности эксплуатации рабочих колес дымососов.

	Для выделения твердых частиц из дымовых газов наибольшее применение получили золоуловители, действующие на принципе использования центробежных сил – механические циклоны, мокрые скрубберы – с использованием электростатических сил – электрофильтры.

	Расчет батарейного циклона

	Батарейные циклоны применяются для улавливания золы за котлами умеренной паропроизводительности от 2,5 до 500 т/ч. Степень улавливания находится на уровне 0,88 ч 0,92 при гидравлическом сопротивлении 500 ч 700 Па. Для энергоустановок рекомендуется применение элемента циклона ш 231 мм. Расчетное сечение одного элемента ωц= 0,042 м2 .

	 Расчет необходимого сечения всех элементов батарейного циклона, м2

	

	

	

	

	где  - объем дымовых газов, образующихся при сжигании топлива в топке одного котлоагрегата, м3/с ;

	U – скорость газа, отнесенная к поперечному сечению циклона, м/с. Рекомендуется принимать U = 4,5 м/с.

	Число элементов батарейного циклона на один котел, шт.

	

	Z = 

	

	Z = /3=1320.3 шт.

	По [ 3, табл. 10.2] подбирают соответствующий типоразмер батарейного циклона и их количество на котел. Уточняют скорость ( Uп ), отнесенную к полному сечению циклона. 

		Выбираем цикл типа БЦУ-М 4*14*м=1320.3 	м=23,5=23ряд, тогда число элементов в циклоне будет 4*14*23=1288 шт.=zy

		Uп= 748,8/(42,3*3)=4,6 м/с

	Определение параметра золоулавливания

	

	

	


	где Uп – скорость газа, отнесенная к полному сечению циклона, м/с

	di - средний диаметр частиц золы, мкм, di = 0,7 ч 0,8 мкм;

	К – коэффициент, учитывающий тот или иной тип циклона, К = 0,3 для батарейных циклонов типа розетки БЦ, К=0,5 для циклонов с улиточным подводом типа БЦУ.

	 Степень улавливания (η ) и проскок частиц (р ) определяют по [2, рис. 10.1]

	

	как η = ƒ ( Пi ), = ѓ ( Пi ).

	η =0,97; р=1-0,97=0,03

	

	Аэродинамическое сопротивление циклона, Па

	

	∆Р = 

	

	∆Р = 

	где == - плотность газов перед батарейным циклоном, кг/ м3 ; Т о = 273є К;

	 кг/м3 

	 - коэффициент сопротивления, для циклонов БЦ принимается  = 90, для БЦУ -  = 115.

	Расчет мокрого золоуловиттеля ( скруббера )

	Увеличение эффективности центробежного пылеулавливателя можно достичь за счет равномерного орошения стенок циклона золоуловителя пленкой жидкости, которая препятствует вторичному уносу частицы золы. При толщине пленки большей, чем поперечный размер частицы, работа отрыва частицы значительно превосходит работу, необходимую для ее погружения в слой жидкости. Мокрые золоуловители рекомендуется применять при Sпр≤0,3% кг/МДж для котлов производиттельностью до 670 т/ч.

	Необходимая площадь сечения золоуловителя, м2

	

	

	

	

	Uопт = 4 ч 5 м/с – оптимальная скорость в свободном сечении скруббера.

	Задаваясь количеством скрубберов (N = 1ч 3), определяют диаметр скруббера, м

	

	

	

	

	По [3, табл. ] подбирают соответствующий типоразмер золоуловителя, рекомендуемого промышленностью.

	Выбираем МС-ВТИ, диаметром4,5; Н=15,25 м, F=15.2 м2

	Расход воды на орошение скруббера, кг/с

	

	

	

	

	Параметр золоуловителя

	П = 

	

	П = 

	где  , кг/ м3 - удельный расход воды на работу скруббера; 

	Uг = 50 ч 70 м/с – скорость газа в горловине трубы Вентури.

	Высота орошаемой части скруббера, м

	

	Н = (3 ч 4) D

	

	Н = 3*4,5=13,5

	Общее гидравлическое сопротивление скруббера, Па

	

	∆Р = 

	

	∆Р = 

	где Uвх = 20 ч 22 м/с – скорость газа при входе в каплеуловитель.

	Расчет электрофильтра

	Действие электрофильтра основано на осаждении заряженных частиц золы в высоконапряженном электростатическом поле. В процессе горизонтального движения газов происходит зарядка частиц вблизи коронирующих электродов и последующее их осаждение на осадительных электродах. 

	Осадительные и коронирующие электроды объединяют по ходу движения газов в поля длиной от 2,5 до 4,0 м. Количество полей от 2 до 5.

	По [3, табл. 10.5] находят критерий электрофизических свойств золы топлива Кф в зависимости от месторождения и марки топлива ( Кф = 12 ч 177).

	Выбирают скорость дымовых газов в сечении электрофильтра 

	Uэ = 1,0 ч 1,2 м/с - для золы топлив с высоким удельным электрическим сопротивлением (Кф > 100 ); Uэ = 1,6 ч 1,8 м/с - для прочих топлив.

	Принимают число параллельно включенных электрофильтров, которое желательно выбирать равным числу дымососов, Z = 1 ч 3 .

	Определяют необходимое сечение корпуса электрофильтра, (площадь активного сечения), м2 

	

	

	

	

	По [2, табл.10.4] данной площади соответствуют несколько типоразмеров электрофильтров (2 ч 4). Выбирают один из них и выписывают их техническую характеристику.

	ЭГА 2-76-12-6-4, что означает двухсекционный электрофильтр с 72 газовыми проходами, высотой электродов 12 м, с шестью элементами в осадительном электроде при 4-х последовательно установленных полях .

	В случае различия площадей рас и табл уточняют скорость дымовых газов в сечении электрофильтра, м/с

	

	

	

	

	По [3, табл.10] в зависимости от марки топлива и его месторождения находят среднюю напряженность электрического поля Е, кВ/м и коэффициент обратной короны Кок

	Е=240 кВт

	Кок=0,62

	Кф=160

	

	По [3, табл. ] в зависимости от марки топлива находят медианный размер частиц летучей золы d

D=22*10-6 м

	5.3.9. Определяют теоретическую скорость дрейфа, м/с

	

	,

	

	,

	где Еэф = Е · Кок =240*0,62=148,8 , кВ/м - эффективная напряженность электрического поля.

	Определяют коэффициент вторичного уноса

	

	Кун = Кв · Кэл · Квс · [1 – 0,25 (U-1)],

	

	Кун = 0,625· 1,0· 1,3· [1 – 0,25 (1,51-1)]=0.710,

	где Кв = =  - коэффициент высоты электродов. Он учитывает, что при большой высоте электрода Н, часть золы не успевает осесть в бункере; 

	Кэл ≈ 1,0 – коэффициент, учитывающий тип электродов; Квс = 1,2 ч 1,5 – коэффициент, учитывающий влияние режима встряхивания электродов на унос.

	Определяют параметр золоулавливания при равномерном потоке

	

	,

	,

	где  - длина поля, м, выбирается по [3, табл.10.4]; n = 2 ч 5 количество полей; lср - расстояние между осадительными и коронирующими электродами, 

	lср = 0,15 м.

	

	Определяют степень улавливания () и проскок частиц ( ) по [3, рис.10.1]; 

	

	Р = ѓ(П);  = ѓ(П).

	

	=0,96; Р=0,334 величина проскока в зависимости от величины параметра.

	

Расчет нефтеловушки

	

	В схемах очистки нефтесодержащих стоков основными сооружениями являются нефтеловушки, в которых улавливаются до 85 ч 90% нефти, используемую затем в качестве топлива.

	Нефтеловушки рассчитывают, исходя из объема сточных вод и 2-х часового пребывания воды в ней. Расчет сводится к определению геометрических размеров нефтеловушки, эффективности ее работы и уточнения остаточной концентрации частиц нефтепродуктов в сточных водах после нефтеловушки.

	Определяют предельный размер частицы нефтепродукта, которая всплывает при ламинарном режиме движения среды, м

	

	,

	,

		где  - кинематическая вязкость воды; 

		 - плотность нефтепродуктов;  - плотность воды; g – ускорение свободного падения, м/с2.

	Скорость всплывания частицы нефтепродукта, м/с

		

		,

		

		,

	Расход воды, проходящей через отстойную зону нефтеловушки, состоит из расхода пара, затраченного на разогрев мазута в цистернах и расхода мазута, оставшегося после его слива из цистерн. Зная единичную мощность блока [N в МВт], их количество (n) и приняв удельный расход мазута bм = 328 г/кВт·ч, определяют расход топлива на ТЭС, т/ч

		

		,

		

		,

	Расход пара на разогрев мазута в цистернах, т/ч

		

		Gп =0,15· Вм .

		

		Gп =0,15· 820=123

	Количество цистерн мазута, поступивших на ТЭС, шт/ч

	
,

	

	шт ,

	где Vц = 60 т Vц = 90 т – емкость цистерн.

	Принимая поверхность цистерн F60 = 93,0 м2 или F90 = 142,0 м2 и среднюю толщину пленки мазута на внутренней поверхности цистерны после слива 

	 = 3,0 мм, определяют расход мазута, поступившего в сточные воды, т/ч

	

	

	

	

	Расход сточных вод, проходящих через отстойную зону нефтеловушки, м3/с

	

	Qb =  ,

	

	Qb =  ,

	где  = 0,982 т / м3 - плотность нефтесодержащих стоков.

	Исходя из 2-х часового пребывания воды в нефтеловушке ( τ = 7 200 с) и скорости воды в отстойной зоне Vв = 2 ч 4 мм/с, глубина нефтеловушки (Н) определяется из соотношения, м

	

	 , a= 0.38*10-3

	=0.003/0.00367=0.81; 

	

	7200= ; Н=7200*0,38*10-3*0,81=2,21(м)

	

	где а =  - коэффициент, учитывающий турбулентность потока, определяемый из соотношения горизонтальной () и вертикальной () скоростей

	

	

	2,3

	1,3

	1,02

	0,576

	0,383

	0,205

	a

	

	

	

	

	

	

	

	Ширина нефтеловушки, м

	

	В = 

	

	В = 

	Длина нефтеловушки, м

	

	L = 

	

	L = 

	Начальная концентрация частиц мазута в сточной воде

	
Со =  мг/мг

	

	Со =  мг/мг

	Остаточная концентрация частиц мазута в сточной воде после прохождения нефтеловушки, мг/мг

	

	

	

	

	Эффективность работы нефтеловушки

	

	

	

	

	где К – экспериментальный коэффициент, учитывающий турбулентность потока воды на практике (при ламинарном режиме К=1)

	ПДК нефтепродуктов в сточных водах допускается 0,05 мг/л. В случае, когда остаточная концентрация частиц мазута С > 0,05 мг/л, необходимо дополнительно оборудовать систему очистки флотационными установками или механическими фильтрами.


Список литературы

	

Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). - М.: Энергия, 1973. – 296 с.

Тепловые и атомные электрические станции: Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 625 с.

Рихтер Л.А. и др. Вспомогательное оборудование тепловых электростанций. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 625 с. 

Яковлев С.В., Ласков Ю.М. Канализация (водоотведение и очистка сточных вод).- М.: Стройиздат, 1987.- 319 с.