Расчет вредных выбросов от котельной и оценка экологиского риска от источника выброса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра теплоэнергетики и экологии

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: «Проектная деятельность 2»

Расчет вредных выбросов от котельной и оценка экологиского риска от источника выброса

Выполнили: студент гр. ЗТ-17

Ерофеев Р.А.

Проверил: к.т.н., проф. Коротков С.Г.

Новокузнецк

2019

Содержание

Введение

1 Исходные данные

1.1 Расчет вредных выбросов от котельной

2 Оценка экологического риска от источника выброса

2.1 Расчет золоуловителя циклонного типа

2.2 Оценка экологического риска после установки золоуловителя

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В настоящее время актуальна проблема загрязнения окружающей среды. Ощутимый вклад в это вносит теплоэнергетика, в частности выбросы от котельных. Цель данной работы - расчёт экологических рисков от источников выбросов и выбор дальнейших мероприятий по сокращению вредных выбросов в атмосферу. Их количество будет зависеть от вида используемого топлива.

Условия сгорания топлива в разных теплотехнических устройствах и подготовка их к сжиганию отличны друг от друга, как и само топливо. Для горения топлива, особенно твёрдого, нужно большое количество воздуха, которое в несколько раз превышает по весу количество топлива.

Процесс сгорания твердого топлива может быть условно разделен на стадии, которые накладываются одна на другую. Эти стадии протекают в разных температурных и тепловых условиях и требуют различного количества окислителя. Свежее топливо, поступающее в топку, подвергается более или менее быстрому нагреванию, из него испаряется влага и выделяются летучие вещества - продукты сухой перегонки топлива. Одновременно протекает процесс коксообразования. Кокс сгорает и частично газифицируется на колосниковой решетке, а газообразные продукты сгорают в топочном пространстве. Негорючая минеральная часть топлива при сгорании топлива превращается в шлак и золу.

Поскольку наша котельная работает на твёрдом топливе, а именно угле Кузнецкого бассейна, речь пойдёт о следующих вредных соединениях: зола, диоксид серы, диоксид азота, оксид углерода.

Известно, что в золошлаковых отходах содержание большинства химических элементов (за исключением легколетучих) в несколько раз выше их первичного содержания в исходном угле (таблица 1).

Таблица 1 - Среднее содержание микроэлементов в различных углях и их золах

Данные таблицы указывают на высокую концентрацию тяжелых микроэлементов в золах, что, в свою очередь, может вызывать серьёзные проблемы со здоровьем и наносить ощутимый вред окружающей среде.

Диоксид углерода поступает в атмосферу, включаются в природные циклы и поглощаются растительностью в процессе синтеза органических соединений и регенерации кислорода. В этом качестве отходы нельзя признать вредными. Однако масштабы использования органического топлива и выброса СО2 превышают регенерационные возможности растительного мира.

Диоксиды азота образуются при горении за счет окисления азота воздуха только при высоких температурах и за счет азота в топливе, находящегося в сложных органических соединениях, входящих в состав угля и в молекулярном состоянии. При движении дымового факела в атмосфере количество остаточного диоксида азота находится в пределах 60-70 %. Если выбросы от автотранспорта производятся на уровне земли, то выбросы энергетических предприятий осуществляются на высоте более 100-300м. Это способствует попаданию примесей в верхние слои атмосферы, в частности в озоновый слой, расположенный на высоте 18-26 км.

Комплекс рассмотрения проблемы защиты атмосферы, предусматривает применение одновременно трех мероприятий: снижение величины вредных выбросов путем усовершенствования технологических процессов, конструкций агрегатов и использования отходов; очистку технологических газов от вредных выбросов; рассеивание вредных выбросов в атмосфере.

Соответственно основной целью курсового проекта является разработка эффективных мероприятий по снижению вредных выбросов в атмосферу, направленной на оздоровление и улучшение экологической ситуации в регионе.

выброс котельная экологический

1 Исходные данные

Для оценки экологического риска был проведен расчет выбросов вредных веществ от котельной, потребляющей в год 360 т каменного угля Кузбасского бассейна марки ССР.

Теплотехнические характеристики:

Qрн = 29 МДж/кг, зольность: А = 13%, содержание серы: S = 0,5%, продолжительность отопительного периода: 234 дня (5616 ч), расход угля в самый холодный месяц года: 62 т, паропроизводительность котлоагрегата: 0,6 т/ч.

1.1 Расчет вредных выбросов от котельной

Определим расход топлива в январе

[ ]:

1) Расчёт выбросов твёрдых частиц в дымовых газах:

,

где А - Зольность, % ;

m- расход топлива;

ч- коэффициент для топки с неподвижной решёткой, ч=0,0023;

зт- эффективность золоуловителя, %зт=0;

Gт=13*23,148*0,0023*(1+0)=0,692 (16*277,8*0,010*(1+)88,01)

Мт=13*360*0,0023*(1+0)=10,764(2828,4)

2) Расчёт выбросов оксидов углерода

Mco=Cco*m*(1- ) *10-3 ,

где Cco- выход оксида углерода при сжигании топлива ];

q4 - потеря теплоты вследствие механической неполноты сгорания, %;

q3 - потеря теплоты вследствие химической неполноты сгорания, %;

q4=7%, q3=2%.

Cco=q3*R*Qрн=2*1*29=58(42,6)

R - коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленной наличием в продуктах сгорания оксида углерода, R=1 (твёрдое топливо);

Gco=58*23,148*(1- )*10-3 = 1,249(1,175)

Mco=58*360*(1- )*10-3 = 19,418

3) Расчёт выбросов оксидов азота

M =m*Qрн*K *(1-в)*10-3,

где K- параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1 ГДж тепла , K =0,17 ;

в - коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применения технических решений, в=0;

G =23,148*29*0,17*(1-0)*10-3 =0,114

M =360*29*0,17*(1-0)*10-3 =1,775

4) Расчёт выбросов оксидов серы

M =0,02*m*S*(1-з/ )*(1-з// ),

где S- содержание серы в топливе, %;

з/ - доля оксидов серы, связанных летучей золой топлива,

з/ =0,1

з// - доля оксидов серы, уловленных в золоуловители, з// =0

G =0,02*23,148*0,5*(1-0,1)*(1-0) =0,208

M =0,02*360*0,5*(1-0,1)*(1-0) =3,240 .

Таблица 2 - Выбросы вредных веществ в атмосферу при сжигании угля в котельной

Единицы измерения	Количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу
	SO2	CO	NO2	Твёрдые вещества
	3,240	19,418	1,775	10,764
	0,208	1,249	0,114	0,692

2 Оценка экологического риска от источника выброса

Таблица 3 - Расчет экологического риска от выбросов котельной

№ п/п	Характеристики, обозначения, расчет	Единицы измерения	Значение
1.	Число дымовых труб, N	шт.	1
2.	Высота дымовых труб, H	м	30
3.	Диаметр устья трубы, D	м	0,4
4.	Скорость выхода газовоздушной смеси,	м/с	4
5.	Температура газовоздушной смеси,	°С	125
6.	Температура окружающего воздуха,	°С	25
7.	Выброс двуокиси серы,	г/с	0,208
8.	Выброс золы,	г/с	0,692
9.	Выброс окислов азота (в пересчете на двуокись азота),	г/с	0,114
10.	Выброс оксида углерода,	г/с	1,249
11.	Коэффициенты A з	- -	200 1
12.	Максимальные разовые предельно допустимые концентрации () двуокиси серы золы окислов азота оксида углерода	мг/ мг/ мг/ мг/	0,5 0,5 0,085 5
13.	Объем газовоздушной смеси,		0,502
14.	Перегрев газовоздушной смеси, ДT ДT = ДT =	°С	100
15.	Параметр	-	0,071
16.	Параметр	м/с	0,772
17.	Параметр	-	0,069
18.	Параметр	-	0,266
19.	Параметр (для f <100)	-	1,194
20.	Параметр n (для 0,5 ? ? 2)	-	1,803
21.	Опасная скорость ветра	м/с	0,772
22.	Параметр d	-	0,790
Расчет максимальной концентрации
23.	:	мг/	0,02701
1.	Зола:	мг/	0,26918
1.	:	мг/	0,01479
1.	CO:	мг/	0,16187
24.	Расстояние (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация C (мг/м3) при неблагоприятных условиях достигает максимального значения СМ При f <100 и 0,5 < ? 2	м	127,923
25.	Коэффициент r при u/ >1; u = 1 м/с	-	0,957
Максимальное значение приземной концентрации CМИ при неблагоприятных условиях
26.	:	мг/	0,02585
	Зола:	мг/	0,25760
	:	мг/	0,01416
	CO:	мг/	0,15491
27.	Коэффициент p	-	0,981
28.	Расстояние xМИ, на котором достигается максимальная концентрация при неблагоприятных условиях	м	125,49
Расчет рисков
1.	Временной коэффициент , T = 5616 ч.	-	1,560
2.	Весовой коэффициент	-	1
Среднегодовая концентрация
3.	:	мг/	0,04032
1.	Зола:	мг/	0,40181
1.	:	мг/	0,02208
1.	CO:	мг/	0,24163
Концентрация на рабочем месте
4.	:	г/	0,00286
1.	Зола:	г/	0,02853
1.	:	г/	0,00157
1.	CO:	г/	0,01716
5.	Коэффициент запаса SO2 Зола NO2 CO	- - - -	4,5 4,5 6 3
6.	Коэффициент b SO2 Зола NO2 CO	- - - -	1 1 1,28 0,87
Риски для здоровья от неканцерогенных веществ
7.	:	-	0,00074
1.	Зола:	-	0,02186
1.	:	-	0,00046
1.	CO:	-	0,00003
8.	Общий риск	-	0,02307

Как видно из рисунка 1, найденное значение риска превышает приемлемый уровень для котельной установки с заданными характеристиками. Превышение обусловлено высоким содержанием золы в дымовых газах. В связи с этим предлагается установить золоуловитель циклонного типа.

Рисунок 1 - Уровень экологического риска от источника выброса

2.1 Расчет золоуловителя циклонного типа

Исходные данные:

расход газа при нормальных условиях V0= 0,5 м3/с;

плотность газа =1,3 кг/м3;

температура газа T=125°С;

барометрическое давление = 101,3 кПа;

разрежение в циклоне P= 30 Па;

средний размер частиц пыли = 57 мкм;

плотность пыли = 2500 кг/м3. [3]

1) Плотность газа при рабочих условиях:

 - плотность газа;

- барометрическое давление;

P - разрежение в циклоне.

2) Расход газа при рабочих условиях:

- расход газа при нормальных условиях;

- плотность газа;

- плотность газа при рабочих условиях.

3) Диаметр циклона при оптимальной скорости :

- расход газа при рабочих условиях.

Примем ближайший стандартный размер 500 мм и найдем действительную скорость газа в циклоне:

где D - ближайший стандартный размер.

Ввиду того, что действительная скорость отличается от оптимальной менее чем на 15%, остановимся на выбранном диаметре циклона и найдем его остальные размеры в соответствии с нормалью (рисунок 2):

Рисунок 2 - Схема золоуловителя циклонного типа

4) Коэффициент гидравлического сопротивления циклона

- коэффициент сопротивления циклона диаметром 500 мм,

;

- поправочный коэффициент на влияние диаметра циклона,

;

- поправочный коэффициент на влияние запыленности газа,

.

5) Найдем гидравлическое сопротивление циклона:

где - коэффициент гидравлического сопротивления циклона;

- действительная скорость газа в циклоне;

- плотность газа при рабочих условиях.

6) Определим размер частиц , улавливаемых выбранным циклоном при рабочих условиях с эффективностью 50 %:

, ,, - величины, соответствующие условиям, при которых получена величина , = 4,5;

= 600 мм; = 1930 кг/м3; = 22,2*10-6 Па*с; = 3,5 м/с;

D, ,, - параметры, соответствующие фактическим условиям работы циклона:

D = 500 мм; = 2500 кг/м3; = 24,8*10-6 Па*с; = 3,72 м/с.

7) Среднеквадратичное отклонение lg вычислим из выражения:

- абсцисса точки, ордината которой имеет значение 84,1 и определяется по заданному распределению пыли по размерам;

- медианный диаметр частиц.

8) Величину x найдем по формуле:

- медианный диаметр частиц;

- размер частиц, улавливаемых выбранным циклоном при рабочих условиях с эффективностью 50 %;

- параметр, характеризующий кривую парциальной эффективности циклона.

9) Для величины x = 2,86 найдем значение

10) Эффективность циклона определим из выражения:

- значение функции для величины x.

11) Конечная запыленность:

- начальная запыленность;

- эффективность циклона.

.

2.2 Оценка экологического риска после установки золоуловителя

Таблица 4 - Расчет экологического риска после установки пылеуловителя

№ п/п	Характеристики, обозначения, расчет	Единицы измерения	Значение
Расчет максимальной концентрации
1.		мг/	0,02701
1.	Зола	мг/	0,00047
1.		мг/	0,01479
1.	CO	мг/	0,16187
Максимальное значение приземной концентрации CМИ при неблагоприятных условиях
2.		мг/	0,02585
1.	Зола	мг/	0,00045
1.		мг/	0,01416
1.	CO	мг/	0,15491
Среднегодовая концентрация
3.		мг/	0,04032
1.	Зола	мг/	0,00070
1.		мг/	0,02208
1.	CO	мг/	0,24163
Концентрация на рабочем месте
4.		г/	0,00286
	Зола	г/	0,0000499
		г/	0,00157
	CO	г/	0,01716
Риски для здоровья от неканцерогенных веществ
5.		-	0,00074
	Зола:	-	0,000039
		-	0,00046
	CO	-	0,00003
6.	Общий риск	-	0,00127

Рисунок 3 - Уровень экологического риска от источника выброса после установки золоуловителя

Как следует из рисунка 3 рассчитанный риск после установки золоуловителя циклонного типа не превышает приемлемого уровня.

Заключение

Согласно исходным условиям, от котельной, имеющей трубу высотой 30 м и диаметром устья 0,4 м., при сжигании угля Кузнецкого бассейна марки ССР в атмосферу выбрасываются следующие вредные вещества: SO2 - 0,208 г/с (3,240 т/год), CO - 1,249 г/с (19,418 т/год), NO2 - 0,114 г/с (1,775 т/год), зола - 0,692 г/с (10,764 т/год).

В результате расчетов было установлено, что суммарные показатели экологических рисков превышают допустимую норму. Показатель рисков до разработки проектных решений составил 0,02307 при норме, равной 0,02.

В связи с этим было принято решение найти аппарат газоочистки, удовлетворяющий исходным топливным и производственным характеристикам, таким как плотность пыли, средний размер частиц пыли, плотность газового потока и др. Наиболее оптимальным вариантом оказался циклон ЦН-15. Согласно расчетам, его КПД составил 99,8%, конечная запыленность газа составила 0,002 г/м3.

Показатель вновь вычисленного общего риска при прочих равных условиях составил 0,00127 при норме, равной 0,02. Таким образом, разработанные мероприятия позволяют достичь установленных нормативов.

Список использованной литературы

1. Расчет вредных выбросов при сжигании топлива в котлоагрегатах : метод. указ. / Сиб. гос. индустр. ун-т ; сост. : С. Г. Коротков, А. К. Соловьев. - Новокузнецк : Изд. центр СибГИУ, 2017. - 17 с.

2. Расчет рассеяния вредных выбросов в атмосфере: метод. указ. / Сиб. гос. индустр. ун-т.; сост.: Титова О.О., Коротков С.Г.- Новокузнецк: Изд. центр СибГИУ, 2017.- 19 с.

3. Расчет газоочистных аппаратов: методические указания / Сиб. гос. индустр. ун-т; С. Г. Коротков, А. К. Соловьев, Е. В. Медведская. - Новокузнецк: Изд. центр СибГИУ, 2017. - 63 с.

4. Проектная деятельность 2 : метод. указ. / Сиб. гос. индустр. ун-т ; сост. С. Г. Коротков. - Новокузнецк : Изд. центр СибГИУ, 2017. - 41 с.

5. Скалкин Ф.В., Канаев А.А., Копп И.З. Энергетика и окружающая среда. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отделение, 1981. 280 с

6. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. - Котельные установки промышленных предприятий. М. Энергоатомиздат. 1988 г.

7. Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая среда и человек: Учебное пособие для студентов вузов. М.: Высшая школа, 1986. 415 с.

8. Лариков Н. Н. Теплотехника: Учеб. для вузов. -- 3-е изд. / перераб. и доп. -- М.: Стройиздат, 1985. -- 432 с, ил.

9. Очистка технологических газов в черной металлургии. Толочко А. И., Филипов В. И., Филипьев О. В. - М., «Металлургия», 1982. - 280 с.

Размещено на Allbest.ru