Лабораторна робота №1

ТЕМА: РОЗРАХУНОК ВИКИДІВ ЗАБРУДНЮЮЧИХ РЕЧОВИН, ЩО ПОТРАПЛЯЮТЬ В АТМОСФЕРНЕ ПОВІТРЯ ВІД СТАЦІОНАРНИХ ДЖЕРЕЛ

Мета:

Теоретична частина

До стаціонарних джерел забруднення атмосфери відносять генератори, міні електростанції, газозварювальне обладнання, котлоагрегати котелень, плавильні печі металургійних підприємств та інші установки, які для своєї роботи використовують паливо, при спалюванні якого утворюються та викидаються в атмосферне повітря забруднюючі речовини або суміш таких речовин.

Енергетичні установки працюють на різних видах палива (твердому, рідкому і газоподібному). Викиди забруднюючих речовин залежать як від кількості і виду палива, так і від типу пристрою.

Тверде паливо. У теплоенергетиці використовують вугілля (буре, антрацитний штиб), горючі сланці і торф.

Вугілля поділяється на марки: А – антрацит; Б – бурий; Г – газовий; Д – довгополум’яне; Ж – жирний; ГЖ – газові жирні; КЖ – коксові жирні; К – коксовий та ін. В основу такого поділу покладені параметри, які характеризують властивості вугілля в процесі термічного впливу на нього. Найнижча теплота згоряння в бурого вугілля, а найвища – у антрацитів.

За фракціями розрізняють: П – (плита) більше 100 мм; В – (великий) 50-100 мм; Г – (горіх) 25-50 мм; Д – (дрібний) 13-25 мм; Н – (насінини) 6-13 мм; Ш – (штиб) 0-6 мм; Р – (рядовий) шахтний 0- 200 мм, К – кар’єрний 0-300 мм.

Марки вугілля Д, Г і антрацити знаходять своє застосування, як правило, в котельнях, тому що вони можуть горіти без піддування. У чорній металургії використовуються зазвичай марки Г, Ж для виробництва сталей і чавуну. Для напівкоксування та виробництва цементу, вапна, цегли призначені вугілля марок Б і Д.

У процесі спалювання частина палива переходить в оксиди сірки (SO2 і SO3), азоту (NO і NO2) і вуглецю (СО і СО2), основна частина мінеральної складової перетворюється на летку золу або сажу, що виноситься димовими газами, а менша частина мінеральної складової утворює шлак.

Джерелом оксидів азоту NOx на ТЕС, крім азотовмісних компонентів палива, є молекулярний азот повітря.

Рідке паливо. У теплоенергетиці використовується мазут (малосірчистий, сірчистий, високосірчистий), сланцеве масло, дизельне та котельно-пічне паливо.

У рідкому паливі сірка знаходиться переважно у вигляді органічних сполук, елементарної сірки і сірководню H2S. Її вміст залежить від сірчистості нафти, з якої одержано мазут. До складу золи мазуту входять пентоксид ванадію V2O5, а також Ni2O3, AL2O3, Fe2O3, Si2O3 та ін. оксиди. Зольність енергетичних мазутів значно нижча, ніж вугілля (<0,3%). При неповному згорянні рідкого палива в димових газах утворюються липкі частинки сажі, які здатні адсорбувати бенз(а)пірен, в результаті чого її частки набувають канцерогенні властивості.

Газоподібне паливо. Природний газ – паливо без золи, як правило, не містить і сполук сірки. При повному його згоранні з токсичних речовин утворюються тільки оксиди азоту (NO і NO2) і діоксид вуглецю СО2, при неповному згорянні – оксид вуглецю СО і деякі вуглеводні (СхНу, бенз(а)пірен).

Теплотворна здатність різних видів палива неоднакова: Qвігілля = 19600 кДж/кг

Qмазут = 38800 кДж/кг

Qгаз = 36100 кДж/кг

Отже, 1 кг вугілля за енергетичним співвідношенням рівноцінний 0,51 кг мазуту, 0,54 кг газу.

Порядок виконання роботи:

1. Маса викиду забруднюючої речовини котельним агрегатом або іншим видом теплогенератора розраховується за формулою:

де М – кількість забруднюючої речовини, г/с; V – об’єм відхідних газів, м3/с; q – концентрація забруднюючої речовини у відхідних газах, г/м3.

При спалюванні палива обсяг відхідних (димових) газів залежить від виду та якості палива, а також від коефіцієнта надлишку повітря – α (табл. 1).

Обсяг продуктів згоряння на одиницю маси спалюваного палива розраховується за емпіричними рівняннями (табл. 2), або береться з технічних характеристик палива у % (табл. 3).

Таблиця 2 Розрахункові характеристики різних видів палива

1V – леткі речовини, є показником якості, що характеризують придатність палива для енергетичних або технологічних цілей, займистість палива і швидкість його згорання (чим вищий в паливі вихід летких речовин, тим воно має меншу температуру займання); 2А – зола, є негорючим залишком мінеральних домішок, які утворюються після згоряння палива,

її наявність знижує якість палива, збільшує витрати на транспортування і видалення золи з топок.

(електрофільтрах, батарейних циклонах), приймається рівною нулю, в мокрих золоуловлювачах (скруберах) ця частка залежить від загальної лужності зрошувальної води і наведеної сірчистості палива Sn=103·Sr/Qрн. Для прийнятих на ТЕС питомих витрат води на зрошення золоуловлювачів 0,1-0,15 л/м3 ця залежність показана на діаграмі (рис. 1).

Рис. 1. Залежність ступеня вловлювання оксидів сірки в мокрих золовловлювачах від наведеної сірчистості палива та лужності зрошуваної води. Лужність зрошуваної води: 1 – 10 мг-екв./л; 2 –

5мг-екв./л; 3 – 0 мг-екв./л

4.Кількість оксидів вуглецю (г/с, т/рік), що викидається в атмосферу з димовими газами при спалюванні твердого, рідкого і газоподібного палива, обчислюється за формулою:

кг/тис. м3; q4 – втрати теплоти від механічної неповноти згоряння

палива, % (табл. 1).

Вихід оксиду вуглецю визначається за формулою:

де q3 – втрати тепла від неповноти згорання, % (табл. 1); R – коефіцієнт, що враховує частку втрат теплоти внаслідок хімічної неповноти згоряння палива, обумовлену вмістом СО в продуктах згорання; R приймають рівним: для твердого палива – 1,0; для газу

– 0,5; для мазуту – 0,65; Qpн – найнижча теплота згорання, кДж/кг

(табл. 3).

5. Сумарна кількість твердих частинок (леткої золи і незгорілого палива), що викидається в атмосферу з димовими газами при відсутності експлуатаційних даних про вміст горючих частинок у виносі, розраховується за формулою:

де В – витрати палива (т/рік, т/год, г/с); Qвин – доля виносу золи з топки (табл. 1); Ар – зольність палива, % (табл. 3); q4 – втрати

теплоти від механічної неповноти згоряння палива, % (табл. 1); Qpн – найнижча теплота згорання, кДж/кг (табл. 3).

6. Кількість леткої золи, що викидається в атмосферу з димовими газами від теплогенератора при спалюванні твердого та рідкого палива, розраховується за формулою:

де В – витрати палива (т/рік, т/год, г/с); Ар – зольність палива, % (табл. 3); Qвин – доля виносу золи з топки (табл. 1); ηз – частка твердих часток, що вловлюються в золовловлювачі, залежить від типу золовловлювача, марки палива та потужності ТЕС. Для ТЕС потужністю 500 МВт і вище ηз дорівнює 0,99-0,995, при менших потужностях ηз дорівнює 0,93-0,97.

При відсутності необхідності в більш точних розрахунках для визначення кількості леткої золи можна скористатися більш короткою формулою:

де β – частка золи, яка виноситься димовими газами. Залежить від виду, марки палива і від типу топки. Для вугільних топок коливається в інтервалі 0,002-0,008. Для мазутних топок становить 0,02; В – витрати палива (т/рік, т/год, г/с); Ар – зольність палива, % (табл. 3).

7. Кількість твердих частинок незгорілого палива Мнп, т/рік, г/с, що утворюються в топці в результаті механічного неповного згорання пального (незгоріле паливо) і викидаються в атмосферу у вигляді коксових залишків (при спалюванні твердого палива) або у вигляді сажі (при спалюванні мазуту), визначають за формулою:

8. Для речовин, що володіють сумацією шкідливої дії, аналогічно розраховується сумарний викид Мпрсум, (г/с), умовно приведений до викиду одного з них:

де М1, М2, Мп – потужності викиду кожної з n речовин; ГДК1, ГДК2,

..., ГДКn – максимально разові гранично допустимі концентрації цих речовин.

До шкідливих речовин, що володіють ефектом сумації, відносяться, як правило, близькі за хімічною будовою і характером впливу на організм людини, наприклад:

діоксид сірки і аерозоль сірчаної кислоти;

діоксид сірки і сірководень;

діоксид сірки і діоксид азоту;

діоксид сірки і фенол;

діоксид сірки і фтористий водень;

діоксид та триоксид сірки, аміак, оксиди азоту;

діоксид сірки, оксид вуглецю і діоксид азоту.

Вихідні дані

1.Розрахувати теоретично можливу масу SO2 (в г/с), що утворюється при повному згорянні 160 т/год кам’яного вугілля Донецького басейну марки АШ.

2.Розрахувати теоретично можливу масу SO2 (в г/с), що утворюється при повному згорянні 76 т/год кам’яного вугілля Донецького басейну марки АМ.

3.Розрахувати теоретично можливу масу SO2 (в г/с), що утворюється при повному згорянні 132 т/год кам’яного вугілля Донецького басейну марки АК.

4.Розрахувати теоретично можливу масу SO2 (в г/с), що утворюється при повному згорянні 95 т/год кам’яного вугілля Донецького басейну марки Д.

5.Який об’єм димових газів утворюється при згоранні 1700 кг вугілля Донецього басейну, якщо коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,2?

6.Який об’єм димових газів утворюється при згоранні 1950 кг вугілля Донецього басейну, якщо коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,17?

7.Який об’єм димових газів утворюється при згоранні 1400 кг високосірчистого мазуту, якщо коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,1?

8.Який об’єм димових газів утворюється при згоранні 2100 кг вугілля Донецького басейну марки АШ, якщо коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,21?

9.Який об’єм димових газів утворюється при згоранні 1800 кг високосірчистого мазуту, якщо коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,15?

10.Розрахувати масу СО2, що утворюється при згоранні 3 т кам’яного вугілля, що не містить жодних домішок.

11.Визначити масову частку газів (SO2, NO2, CO), які утворилися у продуктах згоряння при спалюванні 25 т/год вугілля Донецького басейну марки Д в камерній топці з твердим шлаковидаленням. Коефіцієнт надлишку повітря 1,2.

12.Розрахувати масу СО2, що утворюється при згоранні 2 т кам’яного вугілля, що містить 5% домішок.

13.Розрахувати масу СО2, що утворюється при згоранні 4,5 т кам’яного вугілля, що містить 9% домішок.

14.Розрахувати масу NO2, що міститься в продуктах згоряння 1,7 т високосірчистого мазуту, якщо коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,16.

15.Розрахувати масу NO2, що міститься в продуктах згоряння 1500 кг вугілля Донецького басейну марки Д, якщо коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,3.

16.Розрахувати масу NO2, що міститься в продуктах згоряння 1,65 т вугілля Донецького басейну, якщо коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,21.

17.Розрахувати масу NO2, що міститься в продуктах згоряння 2500 кг вугілля Донецького басейну, якщо коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,2.

18.Розрахувати масу NO2, що міститься в продуктах згоряння 1,46 т вугілля Донецького басейну, якщо коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,18.

19.Розрахувати масу NO2, що міститься в продуктах згоряння 1,9 т ставропольського природного газу, якщо коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,1.

20.Розрахувати масу NO2, яке утворюється при згоранні 1,25 т вугілля Донецького басейну.

21.Котельня спалює 80 т/добу вугілля Донецького басейну, коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,14. Оцінити з екологічної точки зору доцільність заміни палива на високосірчистий мазут із збереженням виробничої потужності котельні (порівняти тільки за

SO2).

22.Котельня спалює 135 т/добу високосірчистого мазуту,

коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,1. Оцінити з екологічної точки зору доцільність заміни палива на вугілля Донецького басейну марки Д із збереженням виробничої потужності котельні (порівняти тільки за SO2).

23.Котельня спалює 110 т/добу вугілля Донецького басейну, коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,16. Оцінити з екологічної точки зору доцільність заміни палива на високосірчистий мазут із збереженням виробничої потужності котельні (порівняти тільки за

SO2).

24.Котельня спалює 95 т/добу вугілля Донецького басейну

марки АШ, коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,1. Оцінити з екологічної точки зору доцільність заміни палива на високосірчистий мазут із збереженням виробничої потужності котельні (порівняти тільки за SO2).

25.Котельня спалює 70 т/добу вугілля Донецького басейну марки Д, коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,5. Оцінити з екологічної точки зору доцільність заміни пального на вугілля Донецького басейну марки Г із збереженням виробничої потужності котельні (порівняти лише за SO2).

26.Котельня спалює 115 т/добу високосірчистого мазуту, коефіцієнт надлишку повітря дорівнює 1,22. Оцінити з екологічної точки зору доцільність заміни палива на вугілля Донецького басейну із збереженням виробничої потужності котельні (порівняти тільки за SO2).

27.У два котельних агрегати подається однакова кількість (за масою) палива: в один – мазут малосірчистий, в інший – вугілля Донецького басейну. У якому з агрегатів об’єм димових газів буде меншим? Коефіцієнт надлишку повітря, що подається на горіння – однаковий.

28.Яка марка вугілля, яке добувається в розрізі Донецького басейну, буде найбільш екологічною з точки зору утворення оксидів сірки та золи (для використання на ТЕС)?

29.Визначити кількість твердих частинок незгорілого палива та леткої золи при спалюванні вугілля Донецького басейну в кількості 50 т/год.

30.Визначити, яке паливо буде більш екологічним з точки зору утворення оксидів вуглецю: мазут високосірчистий чи вугілля Донецького басейну марки АШ при використанні в камерній топці. Якою кількістю мазуту можна замінити вказане вугілля, якщо його потрібно 30 т/год?