9655

183

где Qхим – химическая теплота горючих веществ, кВт; Qri – низшая теплота сгорания горючих, кДж/м3; Vг.в. – расход горючих компонентов обезвреживаемых выбросов, м3/с.

По расходу топлива подбирается горелочное устройство. Конструкция и габариты топочного устройства выполняются так, чтобы обеспечить необходимое время пребывания газов в зоне высоких температур. Объём топки, м3 рассчитывается по формуле:

где Qт – теплота, необходимая для нагрева выбросов, кВт; qv – теплонапряжение топочного объёма, кВт/м3. Для прямоточных конструкций топок qv рекомендуется принимать не более 200 кВт/м3 [29]. Для циклонных топок эта величина может быть увеличена в 4…5 раз.

Затем определяется эквивалентный диаметр Deq, длина l и высота h, м топочного устройства:

Время пребывания обезвреживаемой смеси в топке:

где Vт – объём камеры дожигания, м3; Vтг – расход топливных газов (суммарный расход продуктов сгорания и выбросов), м3/с.

Примечание: при расчёте Vтг учитывается доля выбросов, используемая в качестве дутьевого воздуха.

4.3.2. Расчёт возможности термического обезвреживания вентиляционных выбросов в топках существующих котлов и

печей

Возможность термического обезвреживания вентиляционных выбросов в существующих топочных камерах определяется на основе анализа величин: расхода выбросов, содержащих в своем составе вредные вещества (Vвыбр), и потребности в дутьевом воздухе (Vдут).

Если Vвыбр≤Vдут даже при минимальной нагрузке топочной камеры, то это количество выбросов может быть подано на обезвреживание при условии, что примеси не окажут негативного воздействия на оборудование или аппаратуру котла (или печи).

184

При Vвыбр > Vдут анализируются следующие варианты:

1.возможность герметизации технологического оборудования, выделяющего вредные вещества, с целью снижения расхода выбросов;

2.подача части выбросов непосредственно в топочную камеру.

Во втором случае необходимо убедиться, что:

−достигаются условия безопасного горения, в частности стабилизация факела (при α≥1,8 возможен отрыв факела);

−разбавление газов не вызовет резкого снижения температуры в топке;

−увеличение потерь теплоты с уходящими газами и рост аэродинамического сопротивления не окажут существенного влияния на эксплуатационные показатели.

Таким образом, для принятия окончательного решения о возможности термического обезвреживания необходим поверочный тепловой расчет котла (печи) в новых условиях работы.

Пример 4.1. Определить возможность термического обезвреживания вентиляционных выбросов, содержащих горючие компоненты, в действующей котельной предприятия.

Исходные данные: Расход обезвреживаемых выбросов Vвыбр=8 300 м3/ч.

Котельная с 3-мя котлами ДЕ-6,5-14 ГМ (летом работает 1 котёл). Топливо – природный газ с низшей теплотой сгорания Qri=35,0 МДж/м3. КПД брутто котельного

агрегата ηбрКА=92%. Значения Vв0, α"т принять самостоятельно.

Решение:

1. Расход топлива, потребляемого котлоагрегатом:

= 6500 (2789 − 419)+ 0,01 5 6500 (826 − 419) = 482,5м3 ч 35000 0,92

2. Расход дутьевого воздуха на один котёл (летний период):

Vв = Вка Vв0 (α′т′ − αт ) (tв + 273,15)273,15 =

=482,5 9,52 (1,1− 0,05) (30 + 273,15)273,15 = 5352,8м3/ч

3.Расход дутьевого воздуха на три котла (зимний период):

Vв = 5352,8 3 = 16 058,4 м3/ч

4. Коэффициент избытка воздуха при подаче выбросов в летний период составит: α = Vвыбр (Vв0 Вка )= 8300(9,52 482,5)=1,81

Выводы:

- в зимний период термическое обезвреживание выбросов в существующих топках котлов принципиально возможно и не окажет негативного воздействия на

185

эксплуатационные показатели инсинератора, т.к. расход дутьевого воздуха (16 058 м3/ч) значительно превышает расход обезвреживаемых газов (8 300 м3/ч);

- в летний период работы котельной при подаче выбросов на обезвреживание коэффициент избытка воздуха на входе в топочную камеру превысит допустимые пределы. Следовательно, часть выбросов необходимо подать непосредственно в топочную камеру (мимо горелок) и выполнить тепловой расчёт котельного агрегата при работе в новых условиях.

Пример 4.2. Определить способ термического обезвреживания отходящих газов от реакторов окисления битума.

Исходные данные: Расход обезвреживаемых выбросов 2000 м3/ч. Усреднённый состав

выбросов: СО=0,3%; Н2=3,9%; ΣСnН2n+2=2,2% (из них СН4=1%; С2Н6=0,7%; С3Н8=0,5%); О2=5,8%; СО2=1%; N2=86,8%. Теплоёмкость -1,46 кДж/м3°С

Решение:

1. Низшая теплота сгорания обезвреживаемой смеси:

Qir = 0,01(Qir(СО) CO + Qir(Н2 ) Н2 + Qir(CН4 ) CН4 + Qir(C2Н6 ) C2Н6 + Qir(C2Н6 ) C3Н8 )=

=0,01(12640 0,3+10800 3,9 + 358401+ 63730 0,7 + 93370 0,5)=1730кДжм3

2.Необходимый объём воздуха на горение обезвреживаемой смеси с учётом наличия кислорода в газах реакторов окисления:

=0,0476 (0,5 0,3 + 0,5 3,9 + 2 1+ 3,5 0,7 + 5 0,5 − 5,8)= 0,155м3 м3

3.Теоретический объём азота в продуктах сгорания:

VN02 = 0,79 Vв0 + N2 /100 = 0,79 0,155 + 86,8 /100 = 0,990 м3/м3 4. Объём трехатомных газов:

VRO2 = 0,01(СО2 + СО + Н2S + ∑m CmHn )=

=0,01(1+ 0,3+1 1+ 2 0,7 + 30,5)= 0,052 м3м3

5.Теоретический объём водяных паров:

VH02O = 0,01(Н2S + Н2 + ∑(n2) CmHn )+ 0,0161Vв0 =

=0,01(3,9 + 21+ 3 0,7 + 4 0,5)+ 0,01610,155 = 0,102 м3м3

6.Объём продуктов сгорания при α=1:

С целью надежного дожигания горючих ингредиентов смеси температура в топочной камере должна превышать в 1,5-2,0 раза температуру воспламенения компонентов смеси.

Вывод:

−наибольшая температура воспламенения – у оксида углерода 652°С (см. табл. 4.1);

−температура в зоне обезвреживания токсичных горючих веществ (1037°С) превышает температуру воспламенения горючих компонентов смеси в 1,6 раза.

Таким образом, будет обеспечено автотермическое дожигание газов.

186

Контрольные вопросы к разделу 4.

1.Каковы особенности обезвреживания выбросов дожиганием? Охарактеризуйте условия, необходимые для эффективной очистки выбросов дожиганием.

2.Сопоставьте способы ввода обезвреживаемых выбросов в топочную камеру? Проанализируйте конструкции автономных топочных камер.

3.Приведите основы расчета автономной топки и охарактеризуйте этапы расчета.

4.Каковы условия огневого обезвреживания выбросов в топках существующих котлов и печей? Оцените изменения в работе топливосжигающего оборудования при подаче выбросов в топочную камеру.

5.Какие требования по безопасности предъявляются к газовоздухопроводам, транспортирующим выбросы в установку термического обезвреживания?

6.Сопоставьте методы каталитического и термокаталитического обезвреживания вредных веществ. Каково их аппаратурное исполнение?

7.Назовите области применения окислительных и восстановительных катализаторов.

8.Какие виды сорбционной очистки Вы знаете?

9.Какие существуют методы очистки от аэрозольных частиц?

10.Какие вещества улавливаются методом фильтрации газовых смесей?

11.Как осуществляется биологическая очистка вредных выбросов?

12.В чём заключается принцип аэростатического улавливания аэрозолей?

13.Какими устройствами можно очистить пылевые выбросы от ядовитых веществ?

14.В чём заключается принцип работы пылеулавливающей установки ЛПУ-1,5-10?

15.Назовите достоинства аппарата ПУМА-4000. Частицы какого фракционного состава улавливаются в данном аппарате?

187

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Экологическая доктрина Российской Федерации, утверждённая распоряжение Правительства РФ от 31.08.2002г. № 1225-р

2.Закон РФ № 2061 – 1 «Об охране окружающей среды» от 19.12.91г.

3.Закон РФ № 96 ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» от 4.05.99 г.

4.РД 34.02.305-98 Методика определения валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок ТЭС. – М.: 1998. – 23с.

5.Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час. – М.: 1999. – 43 с.

6.Методическое письмо НИИ Атмосфера № 335/33-07 от 17 мая 2000 г. «О проведении расчетов выбросов вредных веществ в атмосферу по «Методике определения выбросов вредных веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час».

7.Методическое пособие по расчёту, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух (дополненное и переработанное) – СПб.: НИИ Атмосфера, 2005. – 138 с.

8.Методика расчета выбросов вредных веществ в атмосферу при сжигании попутного нефтяного газа на факельных установках – СПб.: НИИ Атмосфера, 1997.

9.Методика расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу при нанесении лакокрасочных материалов (по величинам удельных выделений) / Разраб. НИИ Атмосфера. Утв. приказом Гос. комитета РФ по охране окружающей среды от 12 ноября 1997 года N 497

10.Методика расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу при сварочных работах (по величинам удельных выделений) – СПб: НИИ Атмосфера, 1997.

11.Методика расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу при производстве металлопокрытий гальваническим способом (по величинам удельных показателей) – М.: Госкомэкология России, 2000.

188

12.Методика расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу при механической обработке металлов (по величинам удельных показателей) – М.: Госкомэкология России, 1997.

13.Методика расчета параметров выбросов и валовых выбросов вредных веществ от факельных установок сжигания углеводородных смесей – М.: Госкомэкология России, 1995.

14.Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами. - Л.: Метеоиздат, 1986. - 183 с.

15.ГН 2.1.6.1338-03 (с доп. №1-5) Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населённых мест

16.Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I-IV групп : справ. / под ред. В. А. Филова.–Л.:Химия,1988.–512с. : ил.

17.Обзор состояния и загрязнения окружающей среды в российской федерации за 2008 г. – М.: Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. Росгидромет, 2009. – 182 с.: ил.

18.Беспамятнов, Г. П. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде / Г. П. Беспамятнов, Ю. А. Кротов – Л.: Химия, 1985. – 528 с.

19.Иссерлин, А. С. Основы сжигания газового топлива: Справочное

пособие / А. С. Иссерлин: 2-е изд., перераб. и доп.–Л.:Недра, 1987. –336с.: ил. 20. Ахмедов, Р. Б. Технология сжигания горючих газов и жидких топлив

/ Р. Б. Ахмедов, Л. М. Цирульников. – 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Недра, 1984. – 283с: ил.

21.Лавров, Н. В. О механизме образования бенз/а/пирена / Н. В. Лавров,

Н.Л. Стаскевич, Г.П.Комина//ДокладАНСССР.–1972.–т.206–С.1363-1366

22.Лавров, Н. В. Некоторые вопросы теории пиролиза метана и возможные схемы сажеобразования / Н. В. Лавров / / Химия твердых топлив. – 1976. – № 2. – С. 100-107

23.Шабад, Л. М. О циркуляции канцерогенов в окружающей среде /Л. М. Шабад. - М.: Медицина, 1973.

189

24. Сигал, И. Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива

/И. Я. Сигал. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Л.: Недра, 1988. – 312 с.: ил.

25.Котлер, В. Р. Оксиды азота в дымовых газах котлов / В. Р. Котлер. – М : Энергоатомиздат, 1987. – 144 с. : ил. – (Б-ка теплоэнергетика)

26.Лебедев, В. И. Расчёт и проектирование теплогенерирующих установок систем теплоснабжения: Учеб. пособие для вузов / В. И. Лебедев, Б. А. Пермяков, П. А. Хаванов. – М.: Стройиздат, 1992. – 360 с.: ил.

27.Тепловой расчёт котлов (Нормативный метод) / ЦКТИ– ВТИ: изд. 3-е, перераб. – Санкт-Петербург, 1988.- 258 с: ил.

28.Кривоногов, Б. М. Повышение эффективности сжигания газа окружающий среды / Б. М. Кривоногов. – Л : Недра, 1986. – 280 с. : ил.

29. Зиганшин, М. Г. Проектирование аппаратов пылегазоочистки

/М.Г.Зиганшин,А.А.Колесник,В.Н.Посохин –М.:Экспресс–3М,1998–505с.:ил.

30.Котлер, В. Р. Экологические характеристики отопительных и промышленных котлов малой мощности / В. Р. Котлер, С. Е. Беликов / / Теплоэнергетика. – 1998. – № 2. – С.38–42

31.Сухарчук, Ю. С. Плавка чугуна в вагранках: Учебник для профессионального обучения рабочих на производстве. – 2-е изд., перераб. и доп. / Ю.С. Сухарчук, А. К. Юдкин – М.: Машиностроение, 1989. – 176 с.: ил.

32. Дубинская, Ф. Е. Очистка газов чугунолитейных вагранок / Ф.Е. Дубинская, Г. К. Лебедюк, Н. А. Пантюхов, А. К. Юдкин / /

ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1978. – Обзорная информация: Промышленная и санитарная очистка газов. – Серия ХМ-14

33.Роддатис, К. Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности / К. Ф. Роддатис, А. Н. Полтарецкий; под редакцией К.Ф. Роддатиса – М. : Энергоатомиздат, 1989. – 488 с.: ил.

34.Экологические проблемы энергетики / Кошелев А. А., Ташкинова Г. В., Чебаненко Б. Б. и др.- Новосибирск: Наука.Сиб. отд-ние, 1989. – 322с. : ил.

35.Ионин, А. А. Газоснабжение: Учебник для вузов. / А. А. Ионин – М.: Стройиздат, 1989. – 430 с.: ил.

190

36.Немзер В. Г. Экология строительства региона нефтехимии / В. Г. Немзер, О. Г. Крестинская, И. И. Алмазов – М.: Стройиздат, 1993г –216 с.: ил.

37.Рихтер, Л. А. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов

тепловых электростанций: Учебник для вузов / Л. А. Рихтер, Э. П. Волков,

В.Н. Покровский; под ред. П.С.Непорожнего.–М.:Энергоиздат,1981.–296с.: ил.

38.Хофман, Е. Энерготехнологическое использование угля. Пер. с англ. / Е. Хофман – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 328 с.: ил.

39.Равич, М. Б. Газ и эффективность его использования в народном хозяйстве / М. Б. Равич – М.: Недра, 1987

40.Опыт применения технологии СКВ Денокс Топсе для очистки выхлопных газов дизельных двигателей и газовых турбин от оксидов азота : междунар. науч. – практ. семинар, 13 нояб. 2002 г. / Ком. охраны окружающей среды и природ. ресурсов Н. Новгорода : Компания «Хальдор Топсе А/О». –

Н.Новгород, 2002. – 16 с.

41.Лебедева, Е. А. Дожигание токсичных компонентов продуктов сгорания котельных и вентиляционных выбросов с целью охраны окружающей среды / Е. А. Лебедева: Автореф. дис. … канд. техн. наук. – М. : МИСИ, 1982.

42.Лебедева, Е. А. Экозащитная техника в системах теплогазоснабжения: учеб. пособие / Е. А. Лебедева, А. В. Гордеев. – Н.Новгород: ННГАСУ, 2007. – 60 с.

43.Спейшер, В. А. Огневое обезвреживание промышленных выбросов /

В.А. Спейшер. – М. : Энергия, 1977. – 263 с. : ил.

44.Штокман, Е. А. Очистка воздуха: учеб. пособие для студентов по спец. 290700 "Теплогазоснабжение и вентиляция" / Е. А. Штокман; – М. : АСВ, 1999. – 319 с. : ил.

45.Швыдкий, В.С. Теоретические основы очистки газов: учебник

для студентов вузов по направлению "Металлургия" / В. С. Швыдкий, М. Г. Ладыгичев, Д. В. Швыдкий. - М. : Машиностроение-1, 2001. - 502 с: ил.