611_CHernovskij_L.A._Promyshlennaja_ehkologija_Praktikum_

Федеральное агентство связи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» (СибГУТИ)

Л.А. Черновский

Промышленная экология

Практикум

Новосибирск

2016

УДК 676.08

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ

Рецензенты: к.т.н., доцент Сибирского государственного университета геосистем и технологий Селезнев Б.В.,

к.в.н., доцент Сибирского государственного университета телекоммуникаций и информатики Удальцов Е.А.

Черновский Л.А. Промышленная экология: Практикум / Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики. – Новосибирск, 2016. – 88 с.

Учебное пособие содержит задания и методические указания к практическим работам по расчету рассеивания выбросов вредных веществ в атмосфере, по очистке сточных вод перед сбросом, расчету оборудования для очистки отходящих газов, расчету оборотных и замкнутых систем водоиспользования. Используется в процессе обучения для закрепления теоретических знаний и формирования практических умений по дисциплине «Промышленная экология».

Предназначено для студентов направления 280700 – "Техносферная безопасность" – квалификация (степень) бакалавра, профиль "Безопасность технологических процессов и производств".

Кафедра безопасности жизнедеятельности и экологии

В авторской редакции

© Черновский Л.А., 2016 © Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики, 2016

2

3

Введение

Чрезмерная эксплуатация природной среды резко ухудшило ее состояние. Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются пресные воды суши и воздушный бассейн, основным источником загрязнений которых является промышленное производство.

Снижение загрязнений атмосферы, прекращение сброса сточных вод в водоемы, увеличение объема оборотного водоснабжения и мощности очистных сооружений возможно только на основе знаний инженерных методов обезвреживания и переработки газообразных и жидких промышленных отходов.

Будущие специалисты в области безопасности технологических процессов и производств должны иметь не только хорошие теоретические знания устройства и принципы работы природоохранного оборудования, но и иметь навыки их расчета.

Надеемся, что проработка приведенных далее задач позволит студентам приобрести некоторые навыки в этой области.

4

Практическая работа № 1

ВЫБРОСЫ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ СЖИГАНИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ТОПЛИВА

Большая часть энергии, потребляемой обществом, покрывается за счет сжигания органического топлива.

При сжигании органического топлива на теплоэлектростанциях производится электротепловая энергия, а при сжигании в топках промышленных и коммунальных котлоагрегатов и теплогенераторов производится только тепловая энергия (водяной пар или горячая вода на отопление или горячее водоснабжение). Котельные установки, предназначенные для снабжения паром предприятий, принято называть производственными котельными; в случае, когда котельная вырабатывает пар и нагревает воду для предприятия и нужд отопления, ее называют производственно-отопительной, а когда котельная установка сооружается лишь для потребностей отопления и горячего водоснабжения, ее называют отопительной.

Котельные могут быть различной мощности: различают котельные с паропроизводительностью до 30 т/ч и выше 30 т/ч.

Сжигание органического топлива приводит к загрязнению атмосферы выбросами загрязняющих веществ.

Загрязняющее вещество (ЗВ) – любое вещество, попадающее в атмосферу или возникающее в ней в количествах, выходящих за рамки естественного фона.

Существенное влияние на состав образующихся вредных веществ при сжигании топлива оказывают: 1) его вид; 2) режим горения.

На тепловых электростанциях и котельных используется твердое, жидкое и газообразное топливо.

Вкачестве твердого топлива в теплоэнергетике используют угли (бурые, каменные), горючие сланцы и торф.

Топливо включает горючую (органическую) и негорючую части. Органическая часть, состоящая из углерода, водорода, кислорода,

органической серы, является источником энергии и причиной образования загрязняющих веществ. Негорючая (минеральная) часть топлива состоит из влаги и золы. Основная часть минеральной составляющей топлива переходит в процессе сжигания в летучую золу, уносимую дымовыми газами. Другая часть

взависимости от конструкции топки и физических особенностей минеральной составляющей топлива может превращаться в шлак.

Вкачестве жидкого топлива в теплоэнергетике применяются мазут, дизельное топливо. В мазуте, сжигаемом в котельных и на ТЭЦ, содержится много сернистых соединений. В состав золы мазута входят пентаоксид ванадия (V2О5), а также Ni2O3, А1203, Fe2O3, SiO2, МgО и другие оксиды.

5

Газообразное топливо представляет собой наиболее “чистое” органическое топливо, так как при его полном сгорании из токсичных веществ образуются только оксиды азота. При неполном сгорании в выбросах присутствует оксид углерода (СО).

Врезультате сжигания топлива с дымовыми газами котельных в воздушный бассейн выбрасывается большое число твердых и газообразных ЗВ, среди которых такие вредные вещества как зола, оксиды углерода, серы и азота. Помимо этого в воздушный бассейн попадает огромное количество диоксида углерода и водяных паров.

Диоксид углерода и пары воды - основные по массе отходы производства - поступают в атмосферу, включаются в природные циклы и поглощаются растительностью в процессе синтеза органических соединений и регенерации кислорода. В этом качестве эти отходы нельзя признать вредными.

Зола, оксиды серы, азота и многие другие компоненты дымовых газов являются вредными веществами, превышение концентрации которых над санитарными нормами в воздушном бассейне недопустимо.

С этой точки зрения очень важно знать объем этих выбросов.

Расчёт выбросов ЗВ является в сложной задачей, решение которой зависит от источника выбросов, объёма этих выбросов и состава выбросов. При этом сам расчёт осуществляется с применением сложных зависимостей и полуэмпирических формул.

Вданной работе рассмотрен расчёт выбросов на примере наиболее распространённого источника загрязнения атмосферного воздуха – малых котлов производительностью до 30 т/ч пара или 20 Гкал/ч тепловой энергии.

Источник выбросов ЗВ в этом случае труба, а главные контролируемые вещества – твёрдые взвешенные вещества, сернистый ангидрид (SO2), двуокись азота (NO2), оксид углерода (СО) и мазутная зола при сжигании мазута.

При определении валовых выбросов загрязняющих веществ в тоннах в год значения исходных величин, входящих в расчётные формулы, принимаются по отчетным данным предприятия, с усреднением их за этот период.

При определении максимальных выбросов загрязняющих веществ в граммах в секунду значение расхода топлива принимаются исходя из наибольшей нагрузки котельной установки за отчётный период.

Твёрдые взвешенные вещества. К ним относятся мельчайшие твёрдые частицы золы и недогоревшего топлива.

Расчёт выбросов этих частиц (Мтв; т/год, г/с), выбрасываемых в атмосферу

сдымовыми газами в единицу времени при сжигании твёрдого топлива,

где В – расход топлива, т/год, г/с; Аr - зольность топлива, %;

6

- доля твёрдых частиц, улавливаемых в золоуловителях;- безразмерный коэффициент, характеризующий долю уносимой с

дымовыми газами летучей золы, зависит от типа топки и топлива.

Значения Аr, , принимаются по фактическим средним показателям, а при отсутствии этих данных по характеристикам сжигаемого топлива, по техническим данным топок и применяемых золоуловителей.

Оксиды серы. Расчёт выбросов оксидов серы в пересчёте на сернистый ангидрид (т/год, г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами

где Sr – содержание серы в топливе в рабочем состоянии, %;

SO' 2 - доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива, принимается

по фактическим показателям, а при отсутствии этих данных принимается равной: для эстонских и ленинградских сланцев – 0,8; остальных сланцев – 0,5; для углей Канско-Ачинского бассейна – 0,2 (берёзовских – 0,5); экибастузских углей – 0,02; прочих углей – 0,1; торфа – 0,15; мазута – 0,02; газа – 0;

где ССО – выход оксида углерода при сжигании топлива (кг/т, кг/ тыс.м3

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

R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленной наличием в продуктах сгорания оксида углерода. Для твёрдого топлива R равен 1, для газа

– 0,5, для мазута – 0,65;

Qir - низшая теплота сгорания топлива в рабочем состоянии (МДж/кг,

МДж/м3);

q4 - потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива,

%.

Оксиды азота. Расчёт выбросов оксидов азота (в пересчёте на NO2) углерода в единицу времени (т/год, г/с) выполняется по формуле:

MNO2 = 0,001 (1 - ) KNO2 В Qir , (5)

где - коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применения технических решений. Для малых котельных , как правило, равно нулю;

7

KNO2 - параметр, характеризующий зависимость образования оксидов азота

в расчёте на 1 ГДж тепла от номинальной нагрузки котлоагрегата и вида топлива, кг/Дж.

Таблица 1 Характеристика топлив (при нормальных условиях)

Таблица 2 Значения коэффициента χ в зависимости от типа топки и топлива

Таблица 3 Средние эксплуатационные эффективности аппаратов пылеулавливания и газоочистки отходящих газов котельных

Таблица 4 Характеристики топок котлов малой мощности

Примечание:

большие значения q4 - при отсутствии средств уменьшения уноса, меньшие - при остром дутье и наличии возврата уноса, а также для котлов производительностью 25-35 т/ч.

Таблица 5 Коэффициент KNO2 для котлоагрегатов производительностью до

30 т/ч

Примечание: (1 кал = 4,1868 Дж, 1 т/ч пара = 0,641 Гкал/ч = 743,6 КВт)

ЗАДАНИЕ

Определить количество вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух при сжигании топлива в топках поселковой котельной за год и в самый холодный месяц года (январь). Отопительный сезон – 8 месяцев. В январе сжигают 18% годового запаса топлива.

Исходные данные: