Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Институт - Энергетический

Специальность - Котло- и реакторостроение

Кафедра - Парогенераторостроения и парогенераторных установок

Индивидуальное домашнее задание

по курсу «Методы защиты окружающей среды»

Расчет валовых выбросов вредных веществ на ТЭС

Выполнил студент гр. 5В02 А.А. Курганов

Проверил старший преподаватель А.Ю. Долгих

Томск - 2013

Реферат

Индивидуальное домашнее задание 26 страниц.

Ключевые слова: твердые частицы, зольность, расход топлива, оксиды серы, паропроизводительность, оксиды углерода, оксиды азота, топливные оксиды азота, термические оксиды азота, быстрые оксиды азота, адиабатная температура.

В данной лабораторной работе объектом исследования является паровой котел Е-270-14,2-550 КТ с естественной циркуляцией.

Целью данной лабораторной работы является получение навыков определения выбросов вредных веществ ТЭС.

Область применения - энергомашиностроение.

Лабораторная работа выполнена в текстовом редакторе Microsoft Word 2013.

Введение

Особенностью современной цивилизации является ее способность сконцентрировать и выбросить в окружающую среду в короткий момент времени большое количество энергии и вредных выбросов, а именно такие воздействия наиболее губительны для всех компонентов природы, включая человеческий организм.

ТЭС работают на органическом топливе, в качестве которого используют сравнительно дешевые уголь и мазут. Эти виды топлива - невосполнимые природные ресурсы. Основные энергетические ресурсы в мире сегодня - уголь (40%), нефть (27%), газ (21%). Сжигание топлива на ТЭС связано с образованием продуктов сгорания, содержащих летучую золу, частицы недогоревшего пылевидного топлива, сернистый и серный ангидрид, оксиды азота и газообразные продукты неполного сгорания, а при сжигании мазута, кроме того, соединения ванадия, соли натрия, кокс и частицы сажи. В золе некоторых топлив имеется мышьяк, свободный диоксид кремния, свободный оксид кальция. Перевод с твердого топлива на газообразное ведет к значительному удорожанию вырабатываемой энергии, не говоря уже о дефиците и того, и другого. Кроме того, это не решит проблемы загрязнения атмосферы. Перевод установок на жидкое топливо существенно уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы окиси серы, так как мазуты, применяемые в качестве топлива, содержат более 2% серы. При сжигании газа в дымовых выбросах также содержится оксид серы, а содержание оксидов азота не меньше, чем при сжигании угля.

Цель данной работы:

1. По расчетным данным, полученным при выполнении курсового проекта по паровым котлам, определить валовые выбросы вредных веществ.

2. Сравнить полученные значения массовых выбросов оксида азота с нормативами удельных выбросов в атмосферу.

3. Применительно к своему котлу, с учетом вида и свойств сжигаемого топлива, выбрать наиболее перспективные воздухоохранные технологии.

Исходные данные

1 Тип котла Е-270-14,2-550 КТ.

2 Паропроизводительность D =270 т/ч =75кг/с.

3 Давление в барабане Р_б =15,9 МПа.

4 Давление перегретого пара Р_пп =14,2 МПа.

5 Температура перегретого пара t_пп =550 єС.

6 Температура питательной воды t_пв =235 єС.

7 Сжигаемое топливо Каменный уголь Экибастузский СС (№ 54).

8 Способ сжигания Камерный. Топка в газоплотном исполнении.

9 Температура уходящих газов _ух =130 єС.

10 Расчетный расход топлива В_р=12,08 кг/с.

11 Элементный состав

содержание азота: N₂ = 0,8 %;

содержание кислорода: O₂= 7,3 %;

содержание углерод: C= 44,8 %;

содержание водорода: H₂= 3,0 %;

содержание серы: S= 0,7 %.

12 Рабочая влажность топлива W^r= 7 %.

13 Рабочая зольность топлива A^r= 38,0 %.

14 Низшая теплота сгорания рабочего топлива Q= 17,38 МДж/кг.

15 Степень улавливания золы в электрофильтре з_бц = 0,99.

16 Потери теплоты от химического недожога топлива q₃=0%.

17 Потеря теплоты от механического недожога топлива q₄ =0,5 %.

18 Тип горелок

Вихревые горелки. Расположение - встречное на боковых стенках треугольником вниз.

19 Полезное тепловыделение в топке Q_т = 18718,2166 кДж/кг.

20 Коэффициент избытка воздуха на выходе из топки б_т = 1,2.

21 Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания топлива V = 4,4291м³/кг.

22 Объем дымовых газов, образующихся при избытке воздуха V = 5,7 м³/ кг.

23 Объем водяных паров в дымовых газах V= 0,4816 м³/ кг.

24 Коэффициент тепловой эффективность экранов в зоне ядра горения ш_экр = 0,45.

25 Абсолютная температура дымовых газов на выходе из топочной камеры 1493 К.

26 Температура горячего воздуха t_г.в. = 400 єС.

27 Адиабатическая температура горения х_а =1895,16 єС.

28 Доля твердых частиц, уносимых из топки с дымовыми газами б= 0,95.

29 Глубина топочной камеры а_т = 7,060 м.

30 Ширина топочной камеры b_т = 8,34 м.

31 Объем топочной камеры V_т = 1112,3264 м³.

32 Степень рециркуляции дымовых газов r =0.

33 Присосы воздуха в топку ?б_т = 0,02.

34 Допускаемое тепловое напряжение объема топки по условиям горения q_v.доп = 0,175 МВт/м³.

1. Расчет выбросов твердых частиц

1.1 Количество золы в уносе на 1 кг топлива с учетом недожога

1.2 Выброс золы в атмосферу в единицу времени с учетом улавливания ее в золоуловителях

1.3 Перерасчёт на г/м³

2. Расчет выбросов оксида серы

2.1 Количество оксидов серы SO₂ и SO₃ пересчете на SO₂ (М_SO2), выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами в единицу времени

.

зґ_SO2 - доля оксидов серы, связываемых летучей золой в газоходах котла.

Применяется зґ_SO2= 0,1.

2.2 Перерасчёт на г/м³

где В_р -- расход натурального топлива за рассматриваемый период (кг/с);

V^н_г - объём дымовых газов, образующихся при избытке воздуха, м³/кг (из теплового расчёта).

3. Расчет выбросов оксидов азота

3.1 Расчет основан на эмпирических формулах, которые дают приближенное значение выбросов оксидов азота с погрешностью ±15-20%.

3.2 Коэффициент, характеризующий выход оксидов азота условного топлива

где =276.48 т/ч (фактическая паропроизводительность),

=270 т/ч (по заданию).

3.3 Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива (тепловой расчет)

3.4 Коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива

3.5 Коэффициент, учитывающий конструкцию горелок

3.6 Коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления

3.7 Коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рецеркулирующих газов в зависимости от условий подачи их в топку

3.8 Коэффициент, характеризующий снижение выбросов оксида азота при подаче части воздуха помимо основных горелок

3.9 Определение суммарного количества оксидов азота NO_x в пересчете на полное окисление оксидов азота в диоксид азота NO₂, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами каждого котла при сжигании жидкого, твердого и газообразного топлива

В пересчете на г/м³:

где V - объем дымовых газов, образующихся при избытке воздуха.

4. Расчет выбросов оксида углерода

4.1 Определение количества оксида углерода

4.1.1 Коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания, обусловленной неполным сгоранием оксида углерода.

Для твердого топлива:

R=1.

4.1.2 Низшая теплота сгорания рабочего топлива [тепловой расчет]

4.1.3 Удельный вес оксида углерода

4.1.4 Теплота сгорания оксида углерода

4.1.5 Количество оксида углерода

4.1.6 Количество оксидов углерода, выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами котла

В пересчете на г/м³:



5. Образование термических оксидов азота

Определяющими характеристиками при образовании термических оксидов являются максимальная температура факела и температурный интервал реакции.

5.1 Определение условной адиабатной температуры в зоне горения

5.1.1 Тепловыделение в зоне горения

Q_т = 18718,217 кДж/кг.

5.1.2 Присосы воздуха в топку [тепловой расчет]

5.1.3 Избыток воздуха в зоне горения при наличии присосов воздуха

в топку

5.1.4 Ожидаемая адиабатная температура

5.1.5 Температурный коэффициент изменения теплоемкости

5.1.6 Средняя теплоемкость продуктов сгорания

5.1.7 Теплоемкость воздуха [1, с. 11]

5.1.8 Условная адиабатная температура в зоне горения

5.2 Пересчет ожидаемой адиабатической температуры

5.2.1 Ожидаемая адиабатная температура

5.2.2 Температурный коэффициент изменения теплоемкости

5.2.3 Средняя теплоемкость продуктов сгорания [1, с. 11]

5.2.4 Теплоемкость воздуха [1, с. 11]

5.2.5 Условная адиабатная температура в зоне горения [1, с. 11]

5.3 Определение максимальной температуры зоны горения

5.3.1 Доля сгоревшего топлива на участке от выхода из горелки до завершения интенсивного высокотемпературного горения [1, с. 12]

5.3.2 Коэффициент тепловой эффективности экранов в зоне ядра факела [тепловой расчет]

5.3.3 Коэффициент, учитывающий тип горелки [1, с. 12]

5.3.4 Максимальная температура зоны горения

5.3.5 Теоретическое время достижения равновесной концентрации оксида азота при температуре реакции

5.4 Определение расчетного времени реакции образования оксидов азота в топке

5.4.1 Температурный интервал активной реакции образования оксидов азота [1, с. 13]

5.4.2 Ширина топки [тепловой расчет]

а_т=7,06 м.

5.4.3 Глубина топки [тепловой расчет]

b_т=8,34 м.

5.4.4 Среднее тепловое напряжение топочной камеры [1, с. 13]

5.4.5 Расчетный периметр стен призматической топочной камеры

П=2•а_т+2 b_т=2•7,06+2•8,34=30,8 м.

5.4.6 Тепловое напряжение топочного объема [тепловой расчет]

5.4.7 Средняя расчетная температура газов в топочном объеме

5.4.8 Удельный приведенный объем газов при б=1 [1, с. 13]

5.4.9 Коэффициент заполнения сечения топки восходящим потоком газов [1, с. 13]

5.4.10 Время пребывания газов в топочной камере [1, с. 13]

5.4.11 Расчетное время образования оксидов азота в топке

5.5 Определение концентрации оксидов азота, образующихся за счет термической реакции в зоне ядра факела в пересчете на диоксид азота

5.5.1 Плотность кислорода при атмосферном давлении [1, с. 14]

5.5.2 Концентрация остаточного кислорода

5.5.3 Концентрация оксидов азота, образующихся за счет термической реакции в зоне ядра факела в пересчете на диоксид азота

6. Расчет топливных и быстрых оксидов азота

6.1 Образование этого вида оксидов происходит в диапазоне тем-ператур от 800 К до 2100 К и наибольшую интенсивность имеет в области 1850 К. Выход топливных оксидов в этой зоне сильно зависит от из-бытка воздуха (в степени 2), слабо от температуры (степень 0,33) и содержания азота в топливе N^Р.

6.2 Концентрация топливных оксидов азота

7. Суммарная концентрация оксидов азота

7.1 Суммарная концентрация оксидов азота при номинальной нагрузке котла с учетом того, что сжигается твердое топливо

8. Пересчет концентраций загрязняющих веществ для коэффициентов воздуха отличных от 1,4

8.1 Определение допустимой концентрации загрязняющих веществ при нормальных условиях

8.1.1 Теоретическое количество дымовых газов при нормальных условиях [тепловой расчет]

=м³/кг.

8.1.2 Теоретическое количество сухого воздуха, необходимого для полного сгорания топлива, при нормальных условиях [тепловой расчет]

=м³/кг.

8.1.3 Коэффициент избытка воздуха [тепловой расчет]

=1,2.

8.2 Определение допустимой концентрации загрязняющих веществ в дымовых газах при =1,4 и нормальных условиях.

8.2.1 Объем дымовых газов, при =1,4 и нормальных условиях [1, с. 24]

8.2.2 Объем дымовых газов, при =1,2 и нормальных условиях [1, с. 22]

8.3 Определение допустимой концентрации твердых частиц

8.3.1 Нормативная величина удельного выброса [1, с. 19]

n=0,08 г/МДж;

8.3.2 Допустимая концентрация твердых частиц в дымовых газах при =1,4 и нормальных условиях [1, с.22]

мг/м³.

8.3.3 Допустимая концентрация твердых частиц в дымовых газах при =1,2 и нормальных условиях [1, с. 22]

мг/м³.

8.3.4 Концентрация загрязняющего вещества при нормальных условиях и =1,2 [1, с. 23]

.

8.3.5 Сравнение полученных значений массовых выбросов твердых частиц с нормативными удельными выбросами

Т.к. полученная концентрация твердых частиц в дымовых газах превышает допустимое количество выбрасываемой золы, следовательно, необходимо проводить мероприятия по улучшению очистки дымовых газов от твердых частиц.

8.4 Определение допустимой концентрации оксидов азота

8.4.1 Нормативная величина удельного выброса [1, с. 20]

n=0,17 г/МДж;

8.4.2 Допустимая концентрация оксидов азота в дымовых газах при =1,4 и нормальных условиях [1, с. 22]

мг/м³.

8.4.3 Допустимая концентрация оксидов азота в дымовых газах при =1,2 и нормальных условиях [1, с.22]

мг/м³.

8.4.4 Концентрация загрязняющего вещества при нормальных условиях и =1,2

.

8.4.5 Сравнение полученных значений массовых выбросов оксидов азота с нормативными удельными выбросами

Т.к. полученная допустимая концентрация оксидов азота в дымовых газах превышает суммарную концентрацию оксидов азота в дымовых газах, следовательно, нет необходимости проводить мероприятия по очистке дымовых газов от оксидов азота.

8.5 Определение допустимой концентрации оксидов серы

8.5.1 Нормативная величина удельного выброса [1, с. 21]

n=0,5 г/МДж;

8.5.2 Допустимая концентрация оксидов серы в дымовых газах при =1,4 и нормальных условиях [1, с. 22]

мг/м³.

8.5.3 Допустимая концентрация оксидов серы в дымовых газах при =1,2 и нормальных условиях [1, с. 22]

мг/м³.

8.5.4 Концентрация загрязняющего вещества при нормальных условиях и =1,2

.

8.5.5 Сравнение полученных значений массовых выбросов оксидов серы с нормативными удельными выбросами

Т.к. полученная допустимая концентрация оксидов серы в дымовых газах превышает суммарную концентрацию оксидов серы в дымовых газах, следовательно, нет необходимости проводить мероприятия по очистке дымовых газов от оксидов серы.

Вывод

В ходе проведения работы рассчитаны валовые выбросы вредных веществ: оксидов азота NO_x и углерода CO котельного агрегата Е-270-14,2-550 КТ работающего на угле. Сравнение полученных значений массовых выбросов с нормативными удельными выбросами говорит о том, что данному котельному агрегату не требуются дополнительные очистные установки.

оксид азот выброс котельный

Список используемой литературы

1 Расчет валовых выбросов вредных веществ ТЭС: Методические указания по выполнению лабораторной работы для студентов спец. 101300 «Котло- и реакторостроение», 100500 «Тепловые и электрические станции», 050900 «Теплоэнергетика» дневного и заочного отделений. Красильникова Л.Г., Красильников С.В. - Томск: Изд. ТПУ, 1998. - 24 с.

Размещено на Allbest.ru