Практическая работа №2

Укрупненная оценка ущербов от загрязнения атмосферы котельными предприятий железнодорожного транспорта

Цель работы: оценка ущербов от загрязнения атмосферы выбросами дымовых газов котельными при сжигании различных видов топлива; знакомство с принципами очистки газовых выбросов и основными примерами их конструктивной реализации.

Исследование структуры загрязнения атмосферы стационарными источниками железнодорожного транспорта показывает, что порядка 90 % валового объема загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу линейными предприятиями, приходится на долю энергетических теплоагрегатов котельных, около 5 % загрязняющих веществ выбрасывается в атмосферу при работе энерготехнических теплоагрегатов (кузнечных печей, агрегатов термической обработки изделий, сушильных установок и т.д.), использующих твердое, жидкое и газообразное топливо. Приблизительно такое же количество загрязняющих веществ попадает в атмосферу от технологических агрегатов (станков, моечных ванн, окрасочных камер, сварочных постов и т.д.) [16].

Котлоагрегаты котельных работают на различных видах топлива, и выбросы загрязняющих веществ зависят как от количества и вида топлива, так и от вида теплоагрегата. Учитываемыми загрязняющими веществами, выделяющимися при сгорании топлива, являются: твердые частицы (зола), оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, пятиокись ванадия.

Валовый выброс твердых частиц (золы) в дымовых газах котельных определяется по формуле [13]

М_ТВ = q_т×m×f×(1- Lт), (2.1)

где q_т – зольность топлива, % (прил. 1);

m – количество израсходованного топлива за год, т;

f – безразмерный коэффициент, зависящий от типа топки и топлива; для котельных, работающих на мазуте, принять f = 0,01; на угле f = 0,0023;

Lт – эффективность золоуловителей; при использовании циклона для очистки отходящих газов котельной Lт = 0,85.

Валовый выброс оксида углерода рассчитывается по формуле

М_СО = С_СО×m×(1- 0,01×q1)×10-3, (2.2)

где q1 - потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, %; для мазута q1 = 0,5, для угля q1 = 5,5;

С_СО – выход окиси углерода при сжигании топлива, кг/т:

С_СО = q2×R×Qi^r, (2.3)

где q2 – потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания, %; для котельных предприятий железнодорожного транспорта принимается q2 = 0,5;

R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания: R = 1 для твердого топлива; R = 0,5 для газа; R = 0,65 для мазута;

Qi^r – низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг (прил.1).

Валовый выброс оксидов азота, т/год, определяется по формуле

М_NO2 = m× Qi^r ×K_NO2×(1-b)×10-3, (2.4)

где K_NO2 – параметр, характеризующий количество окислов азота, образующихся на 1 ГДж тепла, кг/ГДж для различных видов топлива в зависимости от производительности котлоагрегата; для мазута K_NO2 = 0,11; для угля K_NO2 = 0,23;

b - коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксида азота в результате применения технических решений. Для котлов производительностью до 30 т/час b = 0.

Валовый выброс оксидов серы, т/год, определяется только для твердого и жидкого топлива по формуле

M_SO2 = 0,02×m×Sr×(1-η^’_so2)×(1-η^’’_so2), (2.5)

где Sr – содержание серы в топливе, % (прил. 1);

η^’_so2– доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива. Для углей Канско-Ачинского бассейна принимается равной 0,2, экибастузских – 0,02, прочих углей - 0,1; мазута – 0,2;

η^’’_so2– доля оксидов серы, улавливаемая в золоуловителе. Для сухих золоуловителей принимается равной 0.

Расчет выбросов пятиокиси ванадия, поступающей в атмосферу с дымовыми газами при сжигании жидкого топлива, выполняется по формуле

M_V2O5 = C_V2O5×В’×(1-η_ОС)×(1- η_т)×10^-3, (2.6)

где В’- количество израсходованного мазута за год, т;

С_V2O5 – содержание пятиокиси ванадия в жидком топливе, г/т; (при отсутствии результатов анализа топлива для мазута с Sr > 0,4% определяют по формуле (2.7);

η_ОС – коэффициент оседания пятиокиси ванадия на поверхности нагрева котлов:

0,07 – для котлов с промежуточными паронагревателями, очистка поверхностей нагрева которых производится в остановленном состоянии;

0,05 – для котлов без промежуточных паронагревателей при тех же условиях очистки (принять при расчетах);

0 – для остальных случаев;

η_т – доля твердых частиц в продуктах сгорания жидкого топлива, улавливаемых в устройствах для очистки газов мазутных котлов (оценивается по средним показателям работы улавливающих устройств за год). В практической работе принимается h_т = 0,85.

Содержание пятиокиси ванадия в жидком топливе ориентировочно определяют по формуле

С_V2О5 = 95,4× Sr - 31,6. (2.7)

Для каждого источника загрязнения воздушной среды устанавливаются нормативы предельно-допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферу. ПДВ устанавливаются с учетом ПДК загрязняющих веществ, уровня их фоновых концентраций, гидрологических, гидрохимических, климатологических, геофизических характеристик территорий и природных объектов. Сущность внедрения ПДВ – ограничение разовых выбросов [17].

Предельно-допустимый выброс (ПДВ) – масса загрязняющих веществ, выброшенная в воздушный бассейн в единицу времени, которая не создает в приземном пространстве уровень загрязнения выше, чем ПДК.

Платежи предприятия за нормативный выброс загрязняющих веществ в атмосферу, тыс. руб./год, определяются зависимостью [5]

при Мi < Мпдвi, (2.8)

где Пуд.нi – ставка платы за выброс 1 т i-го загрязняющего вещества в пределах ПДВ, руб.;

Мi – фактическая масса выброса i-го загрязняющего вещества, т/год;

МПДВi – масса предельно-допустимого выброса i-го загрязняющего вещества, т/год.

Ставка платы, руб./т, за нормативный выброс i-го загрязняющего вещества определяется по формуле

Пуд.н.i = Нбл.i × Кэ.атм×Ки, (2.9)

где Нбл.i - базовый норматив платы за выброс i-го загрязняющего вещества, руб./т;

Кэ.атм – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости атмосферы; для Восточно-Сибирского экономического района Кэ.атм = 1,4;

Ки – коэффициент индексации (утверждается по каждому году Минприроды России по согласованию с Минфином и Минэкономики России). В практической работе принимается Ки = 90.

При отсутствии нормативов ПДВ для источника выбросов в атмосферу плата за загрязнение считается сверхнормативной и взимается в пятикратном размере. В практической работе принимается, что масса выбросов котельной не превышает имеющихся значений ПДВ во всех вариантах заданий, поэтому эти нормативы не приводятся.

В практической работе требуется определить массы выбросов загрязняющих веществ в зависимости от вида и количества израсходованного топлива (Мi), годовой ущерб от загрязнения атмосферы каждым из загрязняющих веществ (Пi) и суммарные значения этих величин (М, П). Результаты расчетов сводятся в таблицу по типу табл. 2.1

. Исходные данные

№ вар.	Вид топлива	Расход топлива, т/год
3	Уголь Черемховский	12000

Таблица 2.1

Индивидуальная таблица расчетов ущербов от загрязнения атмосферы

i	Ингредиенты загрязнения	Mi, т/год	Нбл.i, руб./т	Пi, тыс.руб./год
			уголь
1	Зола	111,78	0,17	19
2	Оксид углерода (CO)	101,6631	0,005	0,51
3	Оксиды азота (NOх)	49,4868	0,42	20,78
4	Оксиды серы (SOх)	216	0,33	71,28
5	Пятиокись ванадия (V2O5)	-	-	-
	Итого	475,9299		111,58

Рассчитаем.

Валовый выброс твердых частиц (золы) в дымовых газах котельных

q_т = 27%;

m = 12000 т;

f = 0,0023;

Lт = 1-0,85.

М_ТВ = 27×12000×0,0023×(1- 0,85) = 111,78,

Валовый выброс оксида углерода

q1 = 5,5%;

q2 = 0,5%;

R = 1;

Qi^r = 17,93МДж/кг,

Ссо = 0,5×1×17,93 = 8,965 (кг/т)

Мсо = 8,965×12000×(1- 0,01×5,5)×10^-3 = 101,6631;

Валовый выброс оксидов азота

K_NO2 = 0,23;

b = 0.

М_NO2 = 12000× 17,93 ×0,23×(1-0)×10^-3=49,4868 (т/год)

Валовый выброс оксидов серы

S^r = 1 %;

η^’_so2 = 0,1;

η^’’_so2 = 0.

MSO2 = 0,02×12000×1×(1-0,1)×(1-0) = 216 (т/год)

С целью снижения вредных выбросов в атмосферу, возникающих при сжигании топлива в топках котельных, а также в других технологических процессах следует применять технические средства очистки газов. Эти технические средства реализуют ограниченный набор различных принципов действия (эффектов осаждения): гравитационный, инерционный, поверхностное взаимодействие, сорбционный, химический, электроосаждение и ряд других [7, 11]. В рамках любого из них созданы разнообразные по конструктивному решению устройства, отвечающие требованиям конкретного производства, эффективности, технической эстетики и т.д. В практической работе рассмотрены схемы трех типов очистных устройств, каждое из которых реализует некоторый принцип осаждения.

ЦИКЛОН

Получил наибольшее распространение в промышленности и на предприятиях транспорта вследствие простоты конструкции. Осаждение твердых (пыль, зола, окалина) и жидких (капли) частиц основано на действии инерционных сил, проявляющихся при изменении скорости или направления потока. На рис. 2.1 изображена схема циклона для сухой очистки запыленного потока газа. Здесь инерционный принцип реализован путем закрутки потока 3 при тангенциальном, по касательной к внутренней поверхности цилиндрического (конического) корпуса 1, вводе 2. Относительно тяжелые твердые частицы, стремясь сохранить прямолинейное движение, выносятся к поверхности корпуса, за счет действия сил трения теряют свою скорость и стекают по стенкам вниз (гравитационное осаждение) в приемный бункер 4. Сконцентрированная в бункере пыль периодически удаляется через заслонку (затвор) в днище (поток 7). Конструкция заслонки должна обеспечивать приемлемую герметичность корпуса, так как из-за подсоса наружного воздуха возможен вынос пыли в поток очищенного газа 6 через выходную трубу 5. Вихрь запыленного потока, совершив опускное вращательно-поступательное движение, в нижней части корпуса вынужден изменить на 180° направление своего перемещения и по приосевому объему устремиться вверх к единственному выходу – трубе 6. В момент крутого поворота происходит дополнительное осаждение твердых частиц непосредственно в бункер.

Циклон относится к устройствам грубой (предварительной) очистки газового потока: он улавливает относительно крупные частицы (20 – 300 мкм) с КПД h = 0,6…0,85. Инерционный принцип может быть осуществлен и иным образом: искусственной закруткой потока газа (ротационный и вихревой циклоны и др.). Существует оптимальное по эффективности значение скорости потока в корпусе циклона (около 3,5 м/с). При больших расходах очищаемого газа оно выдерживается путем распараллеливания потока по совокупности одинаковых циклонов, конструктивно оформленных в одном корпусе (например, батарейный циклон ЦН-15х4).