Эколого-экономическое обоснование промышленного объекта

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РБ



БЕЛОРУСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ























КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: Инженерная экология

Эколого-экономическое обоснование промышленного объекта









Выполнил:

Бурблис В.С. гр.110411











МИНСК-2004


СОДЕРЖАНИЕ



1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.1 Краткое описание технологического процесса

2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ

2.1 Расчет выбросов твердых частиц

2.2 Расчет выбросов оксида серы

2.3 Расчет содержания оксида углерода в дымовых газах

2.4 Расчет выброса двуокиси азота

3. АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ

3.1 Выявление веществ обладающих суммацией вредного действия и определение для них приведенных концентраций и массового выброса

3.2 Нахождение доминирующих веществ

4. Расчёт рассеивания вредных веществ газовых выбросов

5. Расчет ПДВ

6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОП

7. ВЫБОР И РАСЧЕТ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ

8. РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

9. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ИХ АНАЛИЗ

ЛИТЕРАТУРА


1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ



Номер варианта : 5

Город : Витебск

Высота трубы : Hм=50м.

Средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника: 

ωо=5м/с.

Степень очистки газов от вредных примесей : η=0,9.

Выброс B=750+30(N+5),

где N номер варианта;

B=750+30(5+5)=1050 т/год 

B(г/с)=(Вт 106)/(3600 τ)=182,29 (г/с)

Температура t=100+2.5N=100+2,5*5=112,5 0C

Время τ =1000+30(N+15)=1600 (час/год).

Координаты точки: 

X=300+42(N+2)=594 (м)

Y=10+15N=85 (м)

Топливом для работы котельной является каменный уголь Донецкого Бассейна ТР

Его основные параметры следующие:

Влажность WP=6 % 

Зольность Ap= 25 %

Содержание серы Sp=2,7 % 

Низшая теплота сгорания Qн= 24,03 МДж/кг

Количество воздуха необходимого для сжигания топлива L0г=7,48 м3/кг

Город расположен на 52 градусах северной широты, температура t=36


1.1 Краткое описание технологического процесса



В городе Витебск находится отопительная котельная на твердом топливе, в которой сжигается уголь в количестве В=1050т/год. Котельная имеет трубу высотой H=50м. В атмосферу при этом выделяются следующие вредности: зола, оксид углерода, двуокись азота, оксид серы.

Задачей курсовой работы является эколого-экономическое обоснование данных котельной, т.е. выявление количества выделяемых вредностей и предотвращение нанесения ущерба окружающей среде.


2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ



2.1 Расчет выбросов твердых частиц



Количество золы и несгоревшего топлива(т/год,г/с),выбрасываемого в атмосферу с дымовыми газами от котлоагрегатов при сжигании твердого топлива, находят по следующей формуле:



Mт=BApƒ(1-η)



Где Ap -зольность топлива в %

η з -степень очистки газов в золоуловителях

ƒ=0,0026



 (г/с)

(г/с)

 (т/год)



2.2 Расчет выбросов оксида серы



Расчет выбросов в атмосферу окислов серы в пересчёте на SO2 (т/год, г/с) при сжигании твердого и жидкого топлива производится по следующей формуле: 



Mso2=0,02 B Sp (1- η’so2 ) (1- η’’so2 ),



Где Sp – содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η’so2-доля окислов серы, связываемых летучей золой топлива (принимается при сжигании углей равной 0,1, мазута 0,02);

η’’so2- доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителях, принимается равной нулю для сухих золоуловителей, для мокрых зависит от щёлочности орошаемой воды и приведенной сернистости топлива. 







2.3 Расчет содержания оксида углерода в дымовых газах



Расчет образования оксида углерода в еденицу времени(г/с, т/год) ведется по следующей формуле:



Mco=0,001 Cco B (1-q4/100),



Где Ссо- выход оксида углерода при сжигании топлива;

Cco=q3 R Qн, 

Где q3- потери теплоты вследствие химческой неполноты сгорания топлива.%;

R-Коэффициент, учитывающий долю потерь теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленной наличием в продуктах сгорания оксида углерода(для твёрдого топлива R=1, для газа – 0,5. для мазута – 0,65);

q4- потери теплоты вследствие неполноты сжигания топлива.



 МДж/кг

 (г/с)

 (т/год)


2.4 Расчет выброса двуокиси азота



Количество оксида азота, в пересчёте на NO2, выбрасываемых в единицу времени (г/с, т/год), рассчитывается по формуле:



MNO2=0,001 B Q K NO2 (1-β), 



где B- расход натуральног топлива за рассматриваемый период времени(г/с,тыс.м3/год,л/с т/год);

Qн- низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг, МДж/м3; 

K NO2-параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1ГДж теплоты, кг/ГДж;

β – коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применения технических решений.



Значения K NO2 определяются по графикам (рис 3.2 в методическом пособии) для различных видов топлива в завмсимости от еоминальной нагрузки теплогенератора. При нагрузке котла, отличающейся от номинальной, K NO2, следует умножить на (Qф/Qр)0,25, где Qф,Qр- соответственно фактическая и номинальная мощности топливосжигающей установки, кВт.

Теплопроизводительность топливоиспользующего оборудования (кВт) определяется по формуле: 





K NO2=0,24

 (кВт)



где B- расход топлива, кг/ч, м3/ч;

Qн- теплота сгорания топлива, кДж/кг, кДж/м3.



 (г/с)

(т/г)


3. АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ



3.1 Выявление веществ, обладающих суммацией вредного действия и определение для них приведенных концентраций и массового выброса



Основными критериями качественной воздушной среды является предельно допустимая концентрация (ПДК). При этом требуется выполнение соотношения:



ПДКС



С-концентрация вещества в воздухе, мг/м3.



К вредным веществам однонаправленного действия, следует относить вещества, близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека.

Суммацией вредного воздействия обладают двуокись азота (NO2) и сернистый ангидрид (SO2).

Приведенная концентрация (Сп) к веществу с концентрацией С1 и ПДК1 рассчитывается по формуле:









При одновременном выбросе в атмосферу из одного источника нескольких вредных веществ, обладающих суммацией действия, расчеты выполняют после приведения всех вредных к валовому выбросу Мп одного из них М1, по последующей зависимости:



 



Объём удаляемых дымовых газов:



, 



где α- коэффициент, зависящий от класса опасности (α=1,3)

- температура дымовых газов, К



 К



 кг/ч

м3/с



Концентрации веществ в дымовых газах определяем следующим образом:





 (г/м3)

 (г/м3)

 (г/м3)

 (г/м3)



3.2 Нахождение доминирующих веществ



Для проектируемой котельной согласно данным по выбросу вредных веществ в атмосферу, приведенных в графах 1-8 таблицы 1, рассчитаем максимальное значение параметра П (характеризующего степень воздействия проектируемого объекта на загрязнение атмосферного воздуха).

Решение приведено в графах 9-13 таблицы 1.



Табл.1 определение доминирующего вещества

№ источ-ника

H, м 

Д,м

 

 Д H+Д

 

L,

м3/с 

 

Вещество 

ПДКм.р.

мг/м3 

М,

мг/с 

гр.8

гр.7

м3/с

гр.8,Св,

гр.5

м3/с 

гр.10,

гр.7

Св/ПДКм.р.

гр.11хгр.4,

R 

гр.12хгр.9,

П,м3/с

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1

50

1

0,016

2,5

зола

0,5

1180

2360

470

939,64

14,80

34922,1

 

 

 

 

 

SO2

0,5

8859

17718

3527

7054,47

111,09

1968363,0

 

 

 

 

 

CO

3

3100

1033

1234

411,42

6,48

6695,1

 

 

 

 

 

NO2

0,09

1050

12353

418

4918,36

77,45

956789,8



На основании анализа полученных результатов (табл.1) делаем вывод: степень воздействия проектируемой котельной на загрязнение атмосферного воздуха характеризуется максимальным значением параметра П=1968363 м3/с, по действию SO2.


4. РАСЧЁТ РАССЕИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ



Расчет рассеивания вредных веществ в атмосфере выполняется согласно нормативному документу ОНД-86. Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующей неблагоприятным метеорологическим условиям. В том числе и опасной скорости ветра.

При расчётах определяют приземную концентрацию в двухметровом слое над поверхностью земли, а в случае необходимости – в заданной точке в вертикальном направлении.

В зависимости от высоты H устья источника выброса вредного вещества над земной поверхностью они относятся к одному из четырёх классов: высокие H>50 м; средней высоты H=10…50; низкие - H=2…10; наземные H<2.

Опасная скорость ветра - это скорость определяемая на уровне 10 м. от земной поверхности, при которой для заданного состояния атмосферы концентрация вредных примесей на уровне дыхания людей(высота – 2 м.) достигает максимальной величины.

Максимальное значение приземных концентраций и входящие в них коэффициенты определяют в зависимости от параметров f, υм, υ’м, fе.

Из формулы для скорости выхода газовых выбросов из устья трубы :







выражаем диаметр устья трубы(м):





 (м)



Вычисляем вспомогательный параметр – f:







где ω0- средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника, м/с;

Δt – разность между температурой выброса и окружающим воздухом;







Так как f<100 и Δt=82>0, то расчет ведём по формулам для нагретых газов. Находим параметр υм (м/с) и опасную скорость ветра ω (м/с).







где L- количество выброса в атмосферу, м3/с



 (м/с)



Так как 0,5< υм≤2,то



ω= υм =1,018 (м/с)


Определяем коэффициенты F,n,m и вычисляем максимальную приземную концентрацию вредности. 

F-безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газов F=1)

m и n – коэффициенты , учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника;

Коэффициент m определяют в зависимости от f



При f<100







Коэффициент n при f<100 определяют в зависимости от υм 

при 0,5≤υм<2 его определяют по формуле:







так как υм=1,1 (м/с) ,то условие выполняется. Следовательно, считаем по вышеприведенной формуле:







Определяем максимальную концентрацию (мг/м3):



;


где А- коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы для неблагоприятных метеорологических условий, определяющих рассеивание вредных веществ(для Европейской территории СНГ и Урала севернее 520 с.ш.-160,ниже 500 с.ш.-200)

ηр- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности(при условии перепада высот не превышающей 50 м. на 1 км. ηр=1)



 (мг/м3)



Находим безразмерный параметр d и вычисляем расстояние по оси X, на котором наблюдается максимальная приземная концентрация .

При f<100 и 0,5< υм≤2 коэффициент d находим по формуле:



 

 

Xм=dH

 (м.)



Определяем S1-безразмерный коэффициент, зависящий от Xср=X/Xм



При 1<X/Xм≤8 



так как  и 1<2,12≤8 , то 




При опасной скорости ветра приземная концентрация по оси факела СX на расстоянии XМ, м, определяется по формуле:



Сx= S1Cм

 



Определяем коэффициент ty в зависимости от скорости ветра ω и коэффициент S2, зависящий от ω и ty

при ω≤5













Значение приземной концентрации в атмосфере Сy на расстоянии Y, м, по перпендикуляру к оси факела выброса определяют по формуле:









Определяем действительную концентрацию в заданной точке и сравниваем с допустимой



С= Сy+Сф







С<ПДКм.р.

0,15<0,5



Следовательно, нет необходимости ставить дополнительные очистные устройства.


5. РАСЧЕТ ПДВ (предельно допустимого выброса)



Расчет ПДВ ведется в зависимости от класса вещества:

1и2 классы (NO2)-наибольшая опасность, для них ПДВ рассчитывается по полной программе;

3 класс (тв.вещ.,SO2)-ПДВ рассчитывается по сокращенной программе;

4 класс (СО)-ПДВ можно не рассчитывать.

Рассмотрим пример расчета ПДВ вещества 3 класса (SO2).

Значение ПДВ для одиночного источника в случае, когда f<100 определяют по формуле:







р=1 – коэффициент учитывающий влияние рельефа местности.



t=112.5-36=76,5 С



Подставив значения в формулу, получим значения (для каждого вещества) :












6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОП



Расчет коэффициента опасности предприятия определяется по формуле:







n - количество вредностей

Мi-количество i-го загрязняющего вещества

ПДКi-допустимая норма i-го вещества

i-безразмерный коэффициент, позволяющий привести степень вредности i-го вещества к вредности SO2.



Для веществ 1 класса-i=1.7

2 класса-i=1.3

3 класса-i=1.0

4 класса-i=0.9



Условие:

Мi/ПДКi>1, КОП рассчитывается.

Мi/ПДКi<1, КОП не рассчитывается, т.е.  равен нулю.



Тогда для нашего случая



376,88



Таким образом, т.к.КОП <103 размер санитарно-защитной зоны 100м


7.ВЫБОР И РАСЧЕТ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ



В каждом конкретном случае размеры санитарно-защитной зоны и возможности отклонения должны подтверждаться расчетом. Полученный при расчете размер зоны уточняется в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от розы ветров и относительно расположения котельной и зоны застройки. Корректировка производится по формуле

Расчет ведется по следующей формуле:







где -определяемая величина санитарной зоны, м;

-величина зоны в соответствии с классификацией;

-повторяемость ветра в заданном направлении согласно розе ветров, %;

 -средняя повторяемость ветра при круговой розе ветров=12,5%.

Роза ветров и санитарно–защитная зона изображены на формате под номером 2.

Исходные данные для расчета розы ветров: средняя повторяемость ветра за июль месяц



С=10;СВ=11;В=8;ЮВ=9;Ю=13;ЮЗ=14;З=18;СЗ=17;ШТИЛЬ=6;

С 

CВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ


8. РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ



Под экономическим ущербом подразумеваются фактические и возможные потери, урон или отрицательные изменения природы, которые вызваны загрязнением окружающей среды, выраженные в денежной форме.

Экономический ущерб может быть фактическим(Yф), возможным(Yв) или предотвращённым(Yп).

Возможный экономический ущерб(Yв) рассчитывается для случаев отсутствия природоохранных предприятий. 

Предотвращенный экономический ущерб(Yп) равен разности между ущербом возможным и ущербом фактическим.



Yп=Yв-Yф



Расчет экономического ущерба ведётся по формуле:



Y=γ f  M,



где γ- костанта(γ=2,4)

f- поправка, учитывающая характер рассеивания вредных веществ в атмосферу.

-константа, учитывающая характер местности (для леса =0,2, пасбища-0,05, пашни-0,25).



М=∑Ai mi



где Ai-коэффициент опасности вещества;

mi- выброс вещества предприятием(т/г);


Все данные сводим в таблицу



табл. 2 Расчет экономического ущерба без учёта природоохранных мероприятий.

№

Наименование выброса

Рас. привед. массы год. выбр.

Рас. ущерба от выбр. вредностей





mi

Аi

гр.3хгр4

Значение

значение ущерба











γ

δ

f







т/год



т/год









1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

зола

2,7616

2,5

69,04

2,4

0,4

10

662,784

2

SO2

7,587

16,5

125,185

2,4

0,4

3,78

454,2713

3

CO

17,9

1

17,9

2,4

0,4

3,78

64,9555

4

NO2

6062

41,1

249,148

2,4

0,4

3,78

904,1083















∑Yв

2086,1191



Ущерб от налогов и штрафов равен ( считается для каждого вещества) :







где mi- предельно допустимый выброс(ПДВ)

mш- количество выброшенного вещества, кот облагается штрафом

nш- ставка, по которой облагают штрафом (nш=15n)

n- по которой облагают налогом.



Δmi=mф-ПДВ



где mф - количество вредного вещества, которое выбрасывает предприятие.

Рассчитаем ущерб от налогов и штрафов для таблицы 2.



 (у.е.)

 (у.е.)

 (у.е.)

 (у.е.)



 (у.е.)



табл. 3 Расчет экономического ущерба с учётом природоохранных мероприятий.

№

Наименование выброса

Рас. привед. массы год. выбр.

Рас. ущерба от выбр. вредностей





mi

Аi

гр.3хгр4

Значение

значение ущерба











γ

δ

f







т/год



т/год









1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

зола

2,7616

2,5

6,904

2,4

0,4

10

66,2784

2

SO2

7,587

16,5

125,185

2,4

0,4

3,78

454,2713

3

CO

17,9

1

17,9

2,4

0,4

3,78

64,9555

4

NO2

6062

41,1

249,148

2,4

0,4

3,78

904,1082















∑Yв

1489,6135



Вычислим ущерб от налогов и штрафов для таблицы 3.



 (у.е.)

 (у.е.)

 (у.е.)

 (у.е.)



 (у.е.)



Рассчитаем возможный и фактический экономический ущерб:



Yв=Y1+Yн.ш.1

Yф=Y2+Yн.ш.2

Yв=9391,286+2086,1191=11474,4051 (у.е.)

Yф=1592,5392+1489,6135=3082,1527 (у.е.)



Путём нахождения разности возможного и фактического экономического ущерба получим первую стадию экономической эффективности.



Yп=Yв-Yф=11474,4051-3082,1547=8392,2524 (у.е.)



Текущие затраты на эксплуатацию систем очистки от вредных выбросов считаются по формуле:



Зт=Зэ+Зам+Зр



где Зт - затраты текущие;

Зэ - затраты энергетические;

Зам - затраты на амортизацию;

Зр - затраты на ремонт.



Зэ= Nг ηз Сэ;

Зам=0,0273 Кз;

Зр=0,0333 Кз;





NГ=Nτ=0,263*2090=549,67 кВт/год



P-давление (P=200Па)

Сэ- стоимость электроэнергии (Сэ=0,076 у.е./кВт)

Кз- капитальные затраты:

Кз=(3N+300) ,



Где N-номер студента по списку

Кз=354 (у.е.)

Зэ=0,076*549,67=41,77 (у.е.)

Зам=0,0273*354 (у.е.)

Зр=0,33*354=11,68 (у.е.)

Зт=63,1142у.е.



Посчитаем вторую стадию экономического эффекта:



Эо=Yп- Зт,

Эо=8392,2524-63,1142=8329,1382 (у.е)



Суммарный экономический эффект от очистки выбросов вредных веществ будет равен:



Эк=Эо-Зт Кн,



где Кн- коэффициент, равный Кн=0,12



Эк=8329,1382-63,1142*0,12=8321,5644 (у.е)


9. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ИХ АНАЛИЗ



Очистка газовых выбросов это отделение от них или превращение в безвредное состояние загрязняющих атмосферу веществ. Промышленная очистка имеет последующую утилизацию или возврат в производство отделенного от газа или превращенного в безопасное состояние вещество.

Санитарная очистка имеет место, когда остаточное содержание в газе загрязняющих веществ позволяет обеспечить установленные предельно допустимые концентрации в воздухе населенных мест или промышленных помещений.

Выбор системы очистки зависит от исходного состава удаляемых газов, вредных примесей, воздухоохранных требований.

В нашей работе мы очищаем удаляемый воздух от пыли,CO,NO2,SO2.

В учебных целях устанавливаем сухой циклон со степенью очистки =0.75…0.9.


ЛИТЕРАТУРА



1.ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ: ХРУСТАЛЬВ Б.М.,СЕНЬКЕВИЧ Э.В., МИНСК «ДИЗАЙН ПРО»1997.

2.МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОНЦЕНТРАЦИЙ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ВЫБРОСАХ ПРЕДПРИЯТИЙ. ОНД -86 . Л :ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ ,1987.-93С.





1