Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Одним из главных факторов нарушения экологического равновесия в природе является антропогенное загрязнение атмосферы. Известно, что человек и его состояние здоровья зависит от качества воздуха, которым он дышит.

С каждым годом увеличивается количество выбросов в атмосферу от промышленных предприятий. Одним из основных по массе загрязнителей атмосферы является углекислый газ. В XX веке наблюдается рост концентрации СО₂ в атмосфере, доля которого с начала века увеличилась почти на 25 %, а за последние 10 лет - на 13 %. Выброс СО₂ в окружающую среду неразрывно связан с потреблением и производством энергии.

Экологи предупреждают, что если не удастся уменьшить выброс в атмосферу углекислого газа, то нашу планету ожидает катастрофа, связанная с повышением температуры вследствие так называемого парникового эффекта.

Расчет и оценка загрязнения атмосферного воздуха в районе промышленного предприятия позволяет прогнозировать ожидаемую ситуацию и предпринять меры по снижению его загрязнения, а также определить эффективность проведенных мероприятий.

Поэтому, проведение специальных экологических исследований и мониторинга качественного состава атмосферного воздуха на отдельно взятых территориях с промышленными предприятиями, остается актуальным и на сегодняшний день.

Исходя из вышесказанного, целью моего исследования является: расчет выбросов углекислого газа в атмосферу от печей ОАО «Белорусский цементный завод».

Для достижения цели, были поставлены следующие задачи:

1. Рассчитать выбросы СО₂ в атмосферный воздух от сжигания котельно-печного топлива от печей № 1 и № 2 цеха по производству извести ОАО «Белорусский цементный завод» до реконструкции.

2. Рассчитать выбросы СО₂ в атмосферный воздух от сжигания котельно-печного топлива от печей № 1 и № 2 цеха по производству извести ОАО «Белорусский цементный завод» после реконструкции.

атмосфера загрязнение диоксид углерод печь



Глава 1. Обзор литературы

1.1 Проблема загрязнения атмосферы диоксидом углерода

Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли в сентябре 2016 года превысила значение в 400 ppm. [1] Роль углекислого газа (CO2, или диоксид углерода) в жизнедеятельности биосферы состоит прежде всего в поддержании фотосинтеза, который осуществляется растениями. Являясь парниковым газом, диоксид углерода в воздухе влияет на теплообмен планеты с окружающим пространством, эффективно блокируя переизлучаемое тепло на ряде частот, и таким образом участвует в формировании климата планеты.

В связи с активным использованием человечеством ископаемых энергоносителей в качестве топлива происходит быстрое увеличение концентрации этого газа в атмосфере. Кроме того, по данным МГЭИК ООН, до трети общих антропогенных выбросов CO2 являются результатом обезлесения. [2] Впервые антропогенное влияние на концентрацию диоксида углерода отмечается с середины XIX века. Начиная с этого времени, темп её роста увеличивался и в конце 2000-х годов происходил со скоростью 2,20±0,01 ppm/год или 1,7 % за год. Согласно отдельным исследованиям, современный уровень CO2 в атмосфере является максимальным за последние 800 тыс. лет и, возможно, за последние 20 млн лет. [3]

Отличительной особенностью парниковых свойств диоксида углерода по сравнению с другими газами является её долговременное воздействие на климат, которое после прекращения вызвавшей её эмиссии остаётся в значительной степени постоянным на протяжении до тысячи лет. Другие парниковые газы, такие как метан и оксид азота, существуют в свободном состоянии в атмосфере не так долго.

Кроме парниковых свойств диоксида углерода, имеет значение тот факт, что он тяжелее воздуха. Так как средняя относительная молярная масса воздуха составляет 28,98 г/моль, а молярная масса CO2 - 44,01 г/моль, то увеличение доли углекислого газа приводит к увеличению плотности воздуха и, соответственно, к изменению профиля его давления в зависимости от высоты. В силу физической природы парникового эффекта, такое изменение свойств атмосферы приводит к увеличению средней температуры на поверхности. [4]

Основным источником парникового эффекта в атмосфере Земли является водяной пар. При отсутствии парниковых газов в атмосфере и значении солнечной постоянной, равной 1368 Вт?м2, средняя температура на поверхности должна составлять ?15 °C. В действительности средняя температура поверхности Земли составляет +15 °C, то есть парниковый эффект приводит к её увеличению на 30 °C, из которых 20,6 °C объясняется наличием в воздухе водяного пара, а 7,2 °C - углекислого газа. Так как при увеличении доли этого газа в атмосфере его бомльшая молярная масса приводит к росту плотности и давления, то при одной и той же температуре рост концентрации CO2 приводит к увеличению влагоёмкости воздуха и к усилению парникового эффекта, обусловленного бомльшим количеством воды в атмосфере. Увеличение доли воды в воздухе для достижения одного и того же уровня относительной влажности - в силу малой молярной массы воды (18 г/моль) - снижает плотность воздуха, что компенсирует увеличение плотности, вызванное наличием повышенного уровня углекислого газа в атмосфере. [4]

1.2 Источники диоксида углерода в атмосфере

К естественным источникам диоксида углерода в атмосфере относятся вулканические извержения, сгорание органических веществ в воздухе и дыхание представителей животного мира (аэробные организмы). Также углекислый газ производится некоторыми микроорганизмами в результате процесса брожения, клеточного дыхания и в процессе перегнивания органических останков в воздухе. К антропогенным источникам привнесения CO2 в атмосферу относятся: сжигание ископаемых и неископаемых энергоносителей для получения тепла, производства электроэнергии, транспортировки людей и грузов. К значительному выделению CO2 приводят некоторые виды промышленной активности, такие, например, как производство цемента и утилизация газов путём их сжигания в факелах.

Растения преобразуют получаемый углекислый газ в углеводы в ходе фотосинтеза, который осуществляется посредством пигмента хлорофилла, использующего энергию солнечного излучения. Получаемый газ, кислород, высвобождается в атмосферу Земли и используется для дыхания гетеротрофными организмами и другими растениями, формируя таким образом цикл углерода.

Большинство источников эмиссии CO2 являются естественными. Перегнивание органического материала, такого как мёртвые деревья и трава, приводит к ежегодному выделению 220 млрд тонн диоксида углерода, земные океаны выделяют 330 млрд. [5] В ходе индонезийских лесных и торфяных пожаров 1997 года было выделено 13-40 % от среднегодовой эмиссии CO2, получаемой в результате сжигания ископаемых топлив. [6] Во времена молодой Земли вулканическая активность была главным источником углекислого газа, а сейчас его вулканическая эмиссия (около 130-230 млн тонн в год) составляет менее 1 % от антропогенной. [5]

В обычном состоянии эти естественные источники находятся в равновесии с физическими и биологическими процессами, удаляющими диоксид углерода из атмосферы - часть CO2 растворяется в морской воде и часть удаляется из воздуха в процессе фотосинтеза. Так как обычно в ходе данного процесса поглощается 5,5·1011 т диоксида углерода в год, а его общая масса в земной атмосфере составляет 3,03 ·1012 т, то в среднем весь атмосферный CO2 участвует в углеродном цикле раз в шесть лет. Из-за наличия антропогенных выбросов поглощение CO2 биосферой превосходило его выделение на ?17 млрд тонн в середине 2000-х годов, скорость его поглощения имеет устойчивую тенденцию к увеличению вместе с ростом атмосферной концентрации.

Также одним из основных источников поступления диоксида углерода в атмосферу является вулканизм. Современный вулканизм в среднем приводит к выделению 2·108 тонн CO2 в год, что составляет величину менее 1 % от антропогенной эмиссии.[7] Основное отличие этого вида эмиссии от антропогенной состоит в том, что при сжигании ископаемых энергоносителей в воздухе происходит замещение молекул кислорода молекулами углекислого газа, то есть суммарное увеличение массы атмосферы соответствует массе сожжённого углерода, тогда как при вулканических извержениях происходит увеличение массы атмосферы на величину, равную массе выделенного газа.

Углекислый газ - второй по количеству (после водяного пара) газ, выделяемый вулканами. Большинство газа, выделяемого подводными вулканами, оказывается растворённым в воде. [7] Изотопный состав выделяемого диоксида углерода примерно соответствует изотопному составу атмосферного CO2, получаемого в результате сжигания ископаемых энергоносителей, что затрудняет точное определение объёма вулканической эмиссии CO2. [7]

С наступлением промышленной революции в середине XIX века происходило поступательное увеличение антропогенных выбросов диоксида углерода в атмосферу, что привело к нарушению баланса углеродного цикла и росту концентрации CO2. В настоящее время около 57 % производимого человечеством углекислого газа удаляется из атмосферы растениями и океанами. [8] Соотношение увеличения количества CO2 в атмосфере ко всему выделенному CO2 составляет постоянную величину порядка 45 % и претерпевает коротко­периодические колебания и колебания с периодом в пять лет. [7]

Сжигание ископаемых топлив, таких как уголь, нефть и природный газ, является основной причиной эмиссии антропогенного CO2, вырубка лесов является второй по значимости причиной. В 2008 году в результате сжигания ископаемого топлива в атмосферу было выделено 8,67 млрд тонн углерода (31,8 млрд тонн CO2), в то время как в 1990 году годовая эмиссия углерода составляла 6,14 млрд тонн. Сводка лесов под землепользование привела к увеличению содержания атмосферной диоксида углерода эквивалентную сжиганию 1,2 млрд тонн угля в 2008 году (1,64 млрд тонн в 1990). Суммарное увеличение за 18 лет составляет 3 % от ежегодного естественного цикла CO2, что достаточно для выведения системы из равновесия и для ускоренного роста уровня CO2. Как результат, диоксид углерода постепенно аккумулировалась в атмосфере и в 2009 году её концентрация на 39 % превосходила доиндустриальное значение. [8]

Таким образом, несмотря на то, что (по состоянию на 2011 год) суммарное антропогенное выделение CO2 не превосходит 8 % от его естественного годового цикла, наблюдается увеличение концентрации, обусловленное не только уровнем антропогенных выбросов, но и постоянным ростом уровня выбросов со временем.

К другим факторам, увеличивающим содержание CO2 в атмосфере, следует отнести рост средней температуры в XX веке, что должно было отражаться в ускорении перегнивания органических остатков и, в силу прогрева океанов, в снижении общего количества диоксида углерода, растворяемого в воде.

1.3 Виды котельно-печного топлива и их запасы в Беларуси

По определению Д. И. Менделеева, «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты». Минеральное топливо - основной источник энергии в современном хозяйстве и важнейшее промышленное сырье. Переработка минерального топлива является базой формирования промышленных предприятий, в т. ч. нефтехимических, газохимических, торфобрикетных и т. п.

Котельно-печное топливо подразделяют на следующие три группы:

- твердое;

- жидкое;

- газообразное.

Самым первейшим видом твердого топлива были (а во многих местах остаются и в настоящее время) древесина и другие растения: солома, камыш, стебли кукурузы и т. п.

Первая промышленная революция, которая в XIX веке полностью преобразовала аграрные страны Европы, а затем и Америку, произошла в результате перехода от древесного топлива к ископаемому угольному. Потом пришла эра электричества.

Открытие электричества оказало огромное влияние на жизнь человечества и обусловило зарождение и рост крупнейших городов мира.

Применение нефти (жидкий вид топлива) и природного газа в сочетании с развитием электроэнергетики, а затем и освоение энергии атома позволили промышленно развитым странам осуществить грандиозные преобразования, итогом которых стало формирование современного облика Земли [9].

Таким образом, к твердому виду топлива относят:

- древесину, другие продукты растительного происхождения;

- уголь (с его разновидностями: каменный, бурый);

- торф;

- горючие сланцы.

Ископаемые твердые топлива (за исключением сланцев) являются продуктом разложения органической массы растений. Самый молодой из них торф, представляющий собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по «возрасту» являются бурые угли - землистая или черная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется (выветривается) и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Органическая масса наиболее старых из них - антрацитов претерпела наибольшие изменения и на 93 % состоит из углерода. Антрацит отличается высокой твердостью.

Горючие сланцы представляют собой полезное ископаемое из группы твердых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы, близкой по составу к нефти. Залежи горючих сланцев в Беларуси находятся на юге республики (Туровское месторождение в Гомельской области, Любанское - в Солигорском и Любанском районах Минской области), и открыты они в 1963 г. Прогнозные запасы составляют 11 млрд т, в т. ч. промышленные на глубине 300 м - 3,6 млрд т, что соответствует 792 млн т у. т. Наиболее изученным является Туровское месторождение [10].

Жидкие виды топлива получают путем переработки нефти. Сырую нефть нагревают до 300 ... 370 °С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при различной температуре:

- сжиженный газ (выход около 1 %);

- бензиновую (около 15%, tк =30... 180°С);

- керосиновую (около 17 %, tк = 120 ... 135 °С);

- дизельную (около 18 %, tк = 180 ... 350 °С).

Жидкий остаток с температурой начала кипения 330 ... 350 °С называется мазутом.

Газообразными видами топлива являются природный газ, добываемый как непосредственно, так и попутно с добычей нефти, называемый попутным. Основным компонентом природного газа является метан СН4 и в небольшом количестве азот N2, высшие углеводороды СnНm, двуокись углерода СО2. Попутный газ содержит меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов, и поэтому выделяет при сгорании больше теплоты. [11]

В промышленности и, особенно в быту, находит широкое распространение сжиженный газ, получаемый при первичной переработке нефти. На металлургических заводах в качестве попутных продуктов получают коксовый и доменный газы. Они используются здесь же на заводах для отопления печей и технологических аппаратов. В районах расположения угольных шахт своеобразным «топливом» может служить метан, выделяющийся из пластов при их вентиляции. Газы, получаемые путем газификации (генераторные) или путем сухой перегонки (нагрев без доступа воздуха) твердых топлив, в большинстве стран практически вытеснены природным газом, однако в настоящее время снова возрождается интерес к их производству и использованию.

В последнее время все большее применение находит биогаз - продукт анаэробной ферментации (сбраживание) органических отходов (навоза, растительных остатков, мусора, сточных вод и т. д.).

Анализ оценки обеспеченности топливно-энергетическими ресурсами показывает, что наиболее дефицитным видом топлива является нефть. Ее хватит по разным источникам на 250 лет. Затем, через 35-64 года, истощатся запасы горючего газа. Лучше всего обстоит дело с углем, запасы которого в мире достаточно велики, и обеспеченность углем составит 218-330 лет. [11]

В Республике Беларусь собственные топливно-энергетические ресурсы представлены: древесиной; нефтью; торфом; бурым углем; горючими сланцами. Общие запасы древесины в стране оцениваются примерно в 1093,2 млн м³, что составляет около 1 % запасов древесины СНГ. Лесистость территории - 38 %. [12]

Значение древесины в топливном балансе страны пока незначительно, поскольку начавшаяся в 1960 г. и продолжающаяся ныне повсеместная газификация вытеснила древесину как вид топлива, а работающие на отходах котельные деревообрабатывающих предприятии были переведены на газ.

Основной нефтегазоносной территорией Беларуси является Припятский прогиб. Известно 55 месторождений нефти, в т. ч. 53 - в Гомельской и 2 - в Могилевской областях. 33 месторождения разрабатываются, крупнейшее из которых - Речицкое эксплуатируется с 1965 года.

Годовая потребность Республики Беларусь в нефти составляет 16-18 млн т, а собственные ресурсы составляют всего лишь 9-10 %. Остальное количество нефтепродуктов в республику поставляет около 70 субъектов хозяйствования. [12]

Наиболее распространенным видом местного топлива в Беларуси является торф. Торфяные отложения имеются практически во всех регионах. По запасам торфа (первичные запасы составляли 5,65 млрд т, оставшиеся геологические оцениваются в 4,3 млрд т) Беларусь занимает второе место в СНГ, уступая только России.

Месторождения бурого угля находятся, так же, как и нефть, в Припятском прогибе. Прогнозные ресурсы его на глубине 600 м оцениваются в 410 млн т, в т. ч. мощностью пласта от 0,7 м и более - 294 млн т.

Разведанные запасы угля пока не разрабатываются, поскольку уголь залегает на большой глубине, мощность его пластов небольшая.

Имеющиеся запасы бурых углей в объеме 151,6 млн т пригодны для использования после брикетирования с торфом, однако их добыча нецелесообразна, т. к. экологический ущерб превысит полученные результаты. [13]

Нецелесообразна и добыча горючих сланцев в объеме имеющихся запасов 11 млрд т, поскольку стоимость получаемых продуктов выше мировых цен на нефть.



Глава 2 Методы и материалы исследования

2.1 Характеристика объекта и условий проведения исследований

Открытое акционерное общество «Белорусский цементный завод» (далее - ОАО «БЦЗ») (213640, Могилевская обл., г. Костюковичи, http://www.belcement.by/) - один из крупнейших производителей строительных материалов в Республике Беларусь.

Это многопрофильное предприятие, которое специализируется на выпуске цемента, строительной извести, мела молотого. В состав предприятия входят 26 цехов, 21 отдел, филиал № 1 «Цемагро», частное строительное унитарное предприятие «Цемстройремонт», филиал № 2 «Цементторг».

На предприятии трудится 1868 человек.

В настоящее время цех по производству извести ОАО «БЗЦ» выпускает кормовой мел, молотую известь, комовую негашеную известь. Годовой объем выпускаемой цехом продукции приведен в таблице 2.1.1.

В состав цеха входят:

- приемник мела;

- промежуточный склад мела;

- мелозапасник;

- АБК, котельная;

- пульт управления;

- склад извести.

Таблица 2.1.1. - Годовой объем выпускаемой цехом продукции (данные за 2013 г.)

Наименование основной выпускаемой продукции	Единица измерения	Годовой объем выпускаемой продукции
Мел кормовой	Тонн	4869
Известь молотая	Тонн	12910
Известь комовая негашеная	Тонн	84870

Производство кальциевой негашеной комовой извести включает в себя основные технологические процессы:

- дробление исходного сырья;

- обжиг и охлаждение извести;

- отгрузка продукции.

Сырьевой базой является Коммунарское месторождение мергелей. Доставка сырья в г. Климовичи осуществляется железнодорожным транспортом в самоопрокидывающихся вагонах-думпкарах. Зачистка думпкаров производится гидравлическим экскаватором. Выгруженное исходное сырье складируется в запасник при помощи 2-х грейферных кранов, которыми также пользуются для подачи сырья в приемный бункер. Под бункером установлен ленточный питатель, подающий сырье на первую стадию дробления в вальцевой дробилке (ширина между вальцами 70 мм), после которой материал поступает в промежуточный бункер. Из бункера ленточным питателем, на котором установлен рыхлитель, сырье подается на транспорте и далее на вторую стадию дробления в вальцевой дробилке (ширина между вальцами 20-30 мм). После второй стадии дробления сырье загружается во вращающуюся печь диаметром 3,6 и длиной 110 м с цепным теплообменником на обжиг. Обжиг извести производится по «сухому» способу. В качестве топлива применяется природный газ. Охлаждение извести происходит в барабанном холодильнике диаметром 2,5 м и длиной 38,25 м. Охлажденная известь ковшовым транспортером подается в трубошнек, который распределяет комовую известь по бункерам для хранения и отгрузки в железнодорожные хопперы. Во вращающейся печи сделана врезка после цепной завесы по ходу материала для отбора мела для производства комбикормов. Отобранный высушенный мел поступает на молотковую дробилку, после которой затаривается в «биг-беги» и отправляется потребителю.

Цех по производству извести ОАО «БЗЦ» расположен в юго-восточной части промышленного узла г. Климовичи по адресу: 213633, Могилевская область, г. Климовичи, пер. 50 лет СССР.

Территория цеха ограничена (Рисунок 2.1.1.):

- с восточной, северо-восточной стороны: территорией котельной Климовичского коммунального хозяйства, сельскохозяйственными землями, землями граждан, предоставленными им для ведения садоводства и огородничества;

- с северной стороны: территориями Климовичского коммунального хозяйства и Горгаза;

- с северо-западной и западной сторон: переулком 50 лет СССР и железнодорожными путями, землями граждан, предоставленными им для ведения садоводства и огородничества, за ними территорией Климовичских межрайонных электрических сетей, за ней жилой зоной;

- с юго-западной, южной и юго-восточной сторон: пустырем, за ним территориями промышленных объектов.

Согласно Санитарным нормам, правилам и гигиеническим нормативам «Гигиенические требования к организации санитарно-защитных зон предприятий, сооружений и иных объектов, являющихся объектами воздействия на здоровье человека и окружающую среду» базовый размер санитарно-защитной зоны (СЗЗ) цеха по производству извести (раздел 11 «Строительство», п. 375 Производство извести (известковые заводы с шахтными и вращающимися печами)) составляет 470 м.



Рисунок 2.1.1. - Прилегающие к цеху производства извести территории, спутниковый снимок (1 - производственная площадка цеха; 2 - кательни на пыленефтекоксовом топливе; 3 - дом по пер. 50 лет СССР, 1); 4 - жилой дом по ул. 50 лет СССР, 18; 5 - земли граждан, предоставленные им для ведения садоводства и огородничества; 6 - сельскохозяйственные земли).

В данном цеху наблюдается частичное замещение природного газа сжигаемого во вращающейся печи Ї сухого способа получения извести ОАО «Белорусский цементный завод» г. Климовичи, молотым пыленефтекоксовым топливом до 50%. На территории цеха имеется здание по приему, дозированию и подачи в горелку пыленефтекоксового топлива. Данная установка предназначена для приема, дозирования пыленефтекоксового топлива доставляемого автотранспортом с головного предприятия ОАО «БЦЗ» в г. Костюковичи для дальнейшего сжигания в горелке вращающейся печи при производстве извести. Для этих целей складируемый на площадке головного предприятия ОАО «БЦЗ» в г. Костюковичи кусковой нефтекокс измельчается на линии приготовления твердого топлива для печей № 1 и № 2 и затем из резервного расходного бункера загружается в автотранспорт с пневморазгрузкой, которым доставляется к известковой печи для сжигания на линию в цех в г. Климовичи. Здание отделения питания форсуночного топлива 5-ти уровневое каркасное. На 1-ом уровне находятся участок дозирования пылевидного топлива, станция газового пожаротушения, помещение воздуходувок. На 2-ом уровне находятся техническое помещение, СО2 помещение, электрощитовая. На 3, 4, 5-ом уровнях находится техническое помещение. Горелка газовая заменяется на горелку кобинированную.

Технические показатели кокса нефтяного замедленного коксования (нефтекокса) ОАО «Нафтан» в соответствие с ТУ BY 300042199.034-2012 от 14.12.2012 определяется следующими техническими характеристиками: массовая доля общей влаги не более 12,0%; зольность не более 0,8%; массовая не более 3,5%.

В результате научного исследования выявлены следующие технические показатели: низшая теплота сгорания не менее 31,14 МДж/кг; общая влажность не более 11,0%; зольность не более 1,0 %; твердость не менее 28,0 оН; фракционный состав: не более 30,0 мм%; летучие не более 11,5%; сера не более 4,5 %; хлор не более 0,1%.

При производстве извести на горелке вращающейся печи состав топлива следующий: нефтекокс - 50%; природный газ - 50 %. Качество форсуночного топлива при автономном измельчении:

- влажность, W 1,5 %;

- тонкость помола (остаток на сите № 008), R = 10-12 %.

Данные по замене газа нефтекоксом приведены в таблице 2.1.2.



Таблица 2.1.2. - Данные по замене газа нефтекоксом.

Печной агрегат	Производительность печи по извести т/час	Расход природного газа, тыс. м3 /час (до реконструкции)	Расход нефтекокса, т/час (после реконструкции)	Производительность по извести, т/год	Расход природного газа, тыс. м3 /год (до реконструк- ции)	Расход нефтекокс, т/год (после реконструк- ции)
Печь №1	13,7	3,3	3,5	108 504	26 136	27 720
Печь №2	14,0	3,4	3,6	110 880	26 928	28 512

Краткое описание технологического процесса

На площадке ОАО «БЦЗ» в г. Костюковичи происходит складирование, подготовка твердого топлива и приготовление форсуночного топлива.

На линию производства извести измельченный нефтекокс доставляется автотранспортом от промежуточного бункера отделения помола топлива в Костюковичи. Далее из автотранспорта пылевидный нефтекокс выгружается в приемный бункер. К бункеру подводится азот, который вырабатывается азотной компрессорной станцией, и служит для сведения к минимуму возможности возникновения взрывоопасной пылевоздушной смеси, а также аэрации бункера. Азот используется в системе пневмотранспорта при разгрузке автотранспорта. Через открытый шибер топливо поступает на дозатор, которым устанавливается его расход для вращающейся печи, и затем сжатым воздухом от воздуходувок направляется к горелке комбинированного типа. Процесс горения осуществляется с использованием первичного воздуха, подаваемого к горелкам от турбокомпрессоров. Для уменьшения пылевыбросов приемный бункер оборудован системой аспирации, включающей рукавный фильтр с дымососом. С целью безопасности на оборудовании установлены взрывные клапана. Для предотвращения воспламенения топлива в бункерах предусмотрена подача углекислого газа от системы пожаротушения с углекислым газом низкого давления. [14]



2.2 Методика расчета выбросов СО₂ в атмосферный воздух от сжигания котельно-печного топлива

Ранее, согласно методическим указаниям к заполнению отчета 1-ОС (воздух), выбросы диоксида углерода рассчитывались в соответствии с «Методикой расчета выбросов диоксида углерода в атмосферу от котлов ТЭС и котельных», утвержденной приказом Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь от 25.08.1999 № 232. В соответствии с вступившим в силу постановлением Национального статистического комитета Республики Беларусь от 15.10.2015 № 146, утвердившим новые требования к заполнению отчета 1-ОС (воздух), такие расчеты необходимо выполнять в соответствии с ТКП 17.09-01-2011 «Охрана окружающей среды и природопользование. Климат. Выбросы и поглощение парниковых газов. Правила расчета выбросов за счет внедрения мероприятий по энергосбережению, возобновляемых источников энергии».

Выбросы диоксида углерода М_СО?, т/год, рассчитываются по формуле:

М_СО?=10^-3 Ч 3,667ЧЕ^teЧK_c, (1)

Где 3,667 - коэффициент, равный соотношению молекулярных масс углерода диоксида и углерода (44 и 12 соответственно);

Е^te - потребление (расход) топлива в общих энергетических единицах, ГДж/год, определяемое в соответствии с 4.3

K_c - содержание углерода для данного типа топлива, кг/ГДж, определяемый с учетом 4.2.1 в соответствии с таблицей;

Расчет содержание углерода в топливе

Для определения содержания углерода в топливе K_c принимаются фактические значения параметров, указанные в паспортах, сертификатах качества, протоколах испытаний топлива, а в случае их отсутствия на данный тип топлива ТНПА, расчетные характеристики топлива принимаются в соответствии с таблицей. Содержание углерода в топливе K_c, кг/ГДж, для топлива с отличной от указанной в таблице А. 1 влажностью, зольностью и низшей теплотой сгорания топлива, рассчитывается по формуле:

K_c=, (2)

Где - содержание углерода в рабочей массе топлива при фактической влажности w, %, определяемая в соответствии с 4.2.2;

Qrw - низшая рабочая теплота сгорания топлива при фактической влажности w, при сжигании газообразного топлива ГДж/т, определяемая в соответствии с 4.2.3.

Значение содержания углерода в рабочей массе топлива при фактической влажности w Crw, %, рассчитывается по формуле:

Сrw = CrЧ, (3)

Где Cr - содержание углерода в рабочей массе топлива, %, указанное для данного вида топлива в таблице;

w, A - фактическая влажность, зольность, указанная в паспортах, сертификатах качества, протоколах испытаний топлива;

Wa, Ar - влажность, зольность, которая указана для данного вида топлива в таблице.

Низшая рабочая теплота сгорания топлива при фактической влажности w, при сжигании газообразного топлива ГДж/ тыс.м³, при сжигании твердого и жидкого топлива ГДж/т, рассчитывается по формуле:

Qrw = (Qri+0,102ЧWa) Ч - 0,102Чw, (4)



Где, Qri - низшая рабочая теплота сгорания топлива, ГДж/т, указанная для данного вида топлива в таблице;

w, A, Wa, Ar - то же, что и в формуле (3).

преобразование различных видов энергетических ресурсовв общие энергетические единицы

Численное значение энергетических ресурсов, используемых для расчета общих энергетических единиц, должно быть определено в зависимости от применяемых энергосберегающих технологий, от вида сжигаемого топлива, от вида используемого вторичного энергетического ресурса, вида возобновляемого источника энергии. Перевод различных видов энергетических ресурсов в общие энергетические единицы, может осуществляться по одному из следующих вариантов:

в соответствии с 4.3.2 при переводе энергетических ресурсов из тонн условного топлива;

в соответствии с 4.3.3 при переводе энергетических ресурсов из тонн натурального топлива, метров кубических или плотных метров кубических;

в соответствии с 4.3.4 и 4.3.5 при переводе использованной тепловой энергии (Гкал).

Потребление (расход) топлива в общих энергетических единицах E^te, ГДж/год, при переводе топлива из тонн натурального топлива, метров кубических или плотных метров кубических рассчитывается по формуле:

E^te = 29,308ЧКнЧВн (5)

где 29,308 - низшая теплота сгорания условного топлива, ГДж/т у. т.;

Кн - калорийный эквивалент натурального топлива, указанный с учетом фактической его влажности в ТУ, ГОСТ, СТБ на топливо, а также в паспортах, сертификатах качества, протоколах испытаний топлива. В случае, если нельзя определить тепловую способность топлива лабораторным путем или нет паспортов, сертификатов качества, протоколов испытаний топлива, то следует пользоваться средними калорийными эквивалентами;

Вн - масса натурального топлива, т/год (м³/год, тыс. пл. м³/год). [15]



Глава 3. Результаты исследований и их анализ

3.1 Расчет выбросов диоксида углерода от сжигания котельно-печного топлива до реконструкции

Требуется рассчитать выбросы СО₂ в атмосферный воздух от сжигания котельно-печного топлива от печей № 1 и № 2 цеха по производству извести ОАО «Белорусский цементный завод» до реконструкции.

Общая характеристика ситуации:

Котельные до реконструкции работали на газообразном топливе - природный газ Торжок-Минск-Ивацевичи. [14] Исходные данные и данные расчетов представлены в таблице 3.1.1.

Таблица 3.1.1. Исходные данные для расчета и результаты расчетов.

Характеристика, обозначение	Природный газ
	Печь №1	Печь №2
Фактическая влажность топлива, w, %	1	1
Влажность топлива, Wa, %	1	1
Фактическая зольность, А, %	1	1
Зольность, Аr, %	1	1
Низшая рабочая теплота сгорания топлива, Qri, МДж/м3, МДж/кг	33,53	33,53
Низшая рабочая теплота сгорания топлива при фактической влажности w, Qrw, ГДж/тыс. м3, ГДж/т	33,53	33,53
Содержание углерода в рабочей массе топлива, Cr, %	53,7	53,7
Содержание углерода в рабочей массе топлива, при фактической влажности, Сrw, %	53,7	53,7
Содержание углерода в топливе, Кс, кг/ГДж	16,02	16,02
Расход топлива в общих энергетических единицах, Ete, ГДж/год	873 233	899 694
Калорийный эквивалент натурального топлива, Кн	1,14	1,14
Масса натурального топлива, Вн, т/год, м3/год	26 136	26 928
Коэффициент выбросов диоксида углерода, КСО?, тСО2/ГДж	0,059	0,059
Выброс диоксида углерода, МСО?, т/год	5 129,83	5 285,28



Расчет выброса диоксида углерода от печи №1 при сжигании природного газа (до реконструкции)

1) Определяем значение содержания углерода в рабочей массе топлива, при фактической влажности w, Crw, %:

Сrw = 53,7Ч 53,7 (3)

2) Определяем низшую рабочую теплоту сгорания топлива при фактической влажности w, при сжигании газообразного топлива ГДж/ тыс.м³:

Qrw = (33,53+0,102Ч1) Ч - 0,102Ч1= 33,53 (4)

3) Рассчитываем содержание углерода в топливе K_c, кг/ГДж:

K_c= = 16,02 (2)

4) Находим расход топлива в общих энергетических единицах E^te, ГДж/год, при переводе топлива из тонн натурального топлива:

E^te = 29,308Ч1,14Ч26136= 873 233 (5)

5) Находим выбросы диоксида углерода М_СО?, т/год, рассчитываются по формуле:

М_СО?=10^-3 Ч 3,667Ч873233Ч16,02= 512 983 кг/год = 5 129,83 т/год (1)

Расчет выброса диоксида углерода от печи №2 при сжигании природного газа (до реконструкции)

6) Определяем значение содержания углерода в рабочей массе топлива, при фактической влажности w, Crw, %:

Сrw = 53,7Ч 53,7 (3)

7) Определяем низшую рабочую теплоту сгорания топлива при фактической влажности w, при сжигании газообразного топлива ГДж/ тыс.м³:

Qrw = (33,53+0,102Ч1) Ч - 0,102Ч1= 33,53 (4)

8) Рассчитываем содержание углерода в топливе K_c, кг/ГДж:

K_c= = 16,02 (2)

9) Находим расход топлива в общих энергетических единицах E^te, ГДж/год, при переводе топлива из тонн натурального топлива:

E^te = 29,308Ч1,14Ч26 928= 899 694 (5)

10) Находим выбросы диоксида углерода М_СО?, т/год, рассчитываются по формуле:

М_СО?=10^-3 Ч 3,667Ч899 694Ч16,02= 528528 кг/год = 5 285,28 т/год (1)

Вывод: выбросы СО₂ из печи №1 при сжигании природного газа (до ресторации) составляют 5 129,83 т/год, а из печи №2 - 5 285,28 т/год соответственно.

3.2 Расчет выбросов диоксида углерода от сжигания котельно-печного топлива после реконструкции

Требуется рассчитать выбросы СО₂ в атмосферный воздух от сжигания котельно-печного топлива от печей № 1 и № 2 цеха по производству извести ОАО «Белорусский цементный завод» после реконструкции.

Общая характеристика ситуации:

Котельные после реконструкции стали работать на нефтяном коксе от ОАО «Нафтан». [14] Исходные данные и данные расчетов представлены в таблице 3.2.1.

Таблица 3.2.1. Исходные данные для расчетов и результаты расчетов.

Характеристика, обозначение	Нефтяной кокс
	Печь №1	Печь №2
Фактическая влажность топлива, w, %	11	11
Влажность топлива, Wa, %	30	30
Фактическая зольность, А, %	1	1
Зольность, Аr, %	1	1
Низшая рабочая теплота сгорания топлива, Qri, МДж/м3, МДж/кг	31,14	31,14
Низшая рабочая теплота сгорания топлива при фактической влажности w, Qrw, ГДж/тыс. м3, ГДж/т	78,49	78,49
Содержание углерода в рабочей массе топлива, Cr, %	55,88	55,88
Содержание углерода в рабочей массе топлива, при фактической влажности, Сrw, %	72,64	72,64
Содержание углерода в топливе, Кс, кг/ГДж	9,25	9,25
Расход топлива в общих энергетических единицах, Ete, ГДж/год	714 928	735 354
Калорийный эквивалент натурального топлива, Кн	0,88	0,88
Масса натурального топлива, Вн, т/год, м3/год	27 720	28 512
Коэффициент выбросов диоксида углерода, КСО?, тСО2/ГДж	0,0975	0,0975
Выброс диоксида углерода, МСО?, т/год	2 425,01	2 494,3



Расчет выброса диоксида углерода от печи №1 при сжигании нефтекокса (после реконструкции)

11) Определяем значение содержания углерода в рабочей массе топлива, при фактической влажности w, Crw, %:

Сrw = 55,88Ч 72,64 (3)

12) Определяем низшую рабочую теплоту сгорания топлива при фактической влажности w, при сжигании газообразного топлива ГДж/ тыс.м³:

Qrw = (31,14+0,102Ч30) Ч - 0,102Ч11= 78,49 (4)

13) Рассчитываем содержание углерода в топливе K_c, кг/ГДж:

K_c= = 9,25 (2)

14) Находим расход топлива в общих энергетических единицах E^te, ГДж/год, при переводе топлива из тонн натурального топлива:

E^te = 29,308Ч0,88Ч27 720= 714 928 (5)

15) Находим выбросы диоксида углерода М_СО?, т/год, рассчитываются по формуле:

М_СО?=10^-3 Ч 3,667Ч714 928Ч9,25= 242501 кг/год = 2 425,01 т/год (1)

Расчет выброса диоксида углерода от печи №2 при сжигании нефтекокса (после реконструкции)

16) Определяем значение содержания углерода в рабочей массе топлива, при фактической влажности w, Crw, %:

Сrw = 55,88Ч 72,64 (3)

17) Определяем низшую рабочую теплоту сгорания топлива при фактической влажности w, при сжигании газообразного топлива ГДж/ тыс.м³:

Qrw = (31,14+0,102Ч30) Ч - 0,102Ч11= 78,49 (4)

18) Рассчитываем содержание углерода в топливе K_c, кг/ГДж:

K_c= = 9,25 (2)

19) Находим расход топлива в общих энергетических единицах E^te, ГДж/год, при переводе топлива из тонн натурального топлива:

E^te = 29,308Ч0,88Ч28 512= 735 354 (5)

20) Находим выбросы диоксида углерода М_СО?, т/год, рассчитываются по формуле:

М_СО?=10^-3 Ч 3,667Ч735 354Ч9,25= 249 430 кг/год = 2 494,3 т/год (1)

Вывод: выбросы диоксида углерода из печи №1 при сжигании нефтяного кокса (после реставрации) составляют 2 425,01 т/год, а от печи №2 - 2 494,3 т/год.



Заключение

Расчет выбросов СО₂ в атмосферный воздух от сжигания котельно-печного топлива от печи № 1 и № 2 цеха по производству извести ОАО «Белорусский цементный завод» до и после реконструкции, показал следующие результаты:

1. Выбросы СО₂ при сжигании природного газа до ресторации из печи №1 составляли 5 129,83 т/год, а из печи №2 - 5 285,28 т/год;

2. После реставрации выбросы диоксида углерода сократились на 50% и составляют 2 425,01 т/год из печи №1 при сжигании нефтяного кокса и 2 494,3 т/год из печи №2 соответственно.

Исходя из проведенных расчетов можно сделать вывод, что выбросы диоксида углерода после реставрации печи сократились на 50%, при оставшихся объемах производства извести. Это значит, что проведенные мероприятия по снижению и предотвращению неблагоприятного воздействия на окружающую природную среду, значительно снизили выбросы углекислого газа в атмосферный воздух. Выбросы СО₂ в атмосферный воздух находятся в допустимых пределах, не превышающих способность компонентов природной среды к самовосстановлению.



Библиографический список

1. The world passes 400ppm carbon dioxide threshold. Permanently [Electronic resourсe] : The Guardian. - Mode of access: https://www.theguardian.com/environment/2016/sep/28/the-world-passes-400ppm-carbon-dioxide-threshold-permanently. - Date of access: 15.11.2016.

2. Организация объединенных наций / Изменение климата [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.un.org/ru/youthink/climate.shtml - Дата доступа: 15.11.2016.

3. Climate Change 2001: The Scientific Basis [Electronic resourсe] - Mode of access: http://www.grida.no/publications/other/ipcc_tar/?src=/climate/ipcc_tar/wg1/fig3-2.htm - Date of access: 15.11.2016.

4. Подрезов, А. О. Изменение климата и водные проблемы в Центральной Азии / А. О. Подрезов [и др.]; Москва - Бишкек, 2006. - 190 с.

5. ПРИРОДА ПАРНИКОВОГО ЭФФЕКТА, Объединенный Научный Совет РАН по проблемам Геоинформатики [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.scgis.ru/russian/cp1251/dgggms/1-98/par_eff.htm - Дата доступа: 16.11.2016.

6.Зеленая энергия // Режим доступа:http://b-energy.ru/biblioteka/ekologiya // Дата доступа: 16.11. 2016г.

7. Gerlach, Present-day CO2 emissions from volcanoes: Eos, Transactions // American Geophysical Union. - 1991ю - Vol. 72, № 23. - Р. 249, and 254 - 255.

8. Акатов, П. В. Реакция растений на рост концентрации углекислого газа в атмосфере / Т. В. Акатов // Живые и биокосные системы. - 2013. - №5. - Режим доступа: http://www.jbks.ru/archive/issue-5/article-8. - Дата доступа: 17.11.2016.

9. US Global Change Research Information Office, «Common Questions about Climate Change» [Electronic resourсe] - Mode of access: http://www.gcrio.org/ipcc/qa/05.html - Date of access: 17.11.2016.

10. IEA statistics: Belarus 2012 [Electronic resourсe] - Mode of access: http://www.iea.org/statistics/statisticssearch/report/?country=BELARUS&product=electricityandheat&year=2012. - Date of access: 17.11.2016.

11. Статистический ежегодник Республики Беларусь, 2013. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://info.url.cloud.360safe.com/warn/ - Дата доступа: 15.11.2016.

12. Производство (добыча) природных видов топливно-энергетических ресурсов [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.belstat.gov.by/bitrix/urlrewrite.php - Дата доступа: 15.11.2016.

13. Ковалевич, А. И. Роль лесных ресурсов в топливно-энергетическом комплексе Беларуси А. И. Ковалевич// Труды Санкт-Петербургского научно-исследовательского института лесного хозяйства. -- 2013. -- № 1. -- С. 28

14. Строительный проект «Реконструкция цеха производства извести ОАО «Белорусский цементный завод» на применение нефтяного кокса в качестве технологического топлива при обжиге извести в г. Климовичи» №04.04.2014. - Минск, 2014. - 113 с.

15. Технический кодекс установившейся практики «Охрана окружающей среды и природопользование. Климат. Выбросы и поглощение парниковых газов. Правила расчета выбросов за счет внедрения мероприятий по энергосбережению, возобновляемых источников энергии»: утв. М-вом природных ресурсов и охраны окружающей среды Респ. Беларусь 05.09.2011 : Минск, 2012. - 31 с.

Размещено на Allbest.ru