Определение выбросов вредных веществ при работе теплоэнергетических установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилёва

Транспортно-энергетический Факультет

Кафедра «Теплоэнергетика»

Курсовой проект

На тему «Определение выбросов вредных веществ при работе теплоэнергетических установок»

По дисциплине «Охрана окружающей среды при эксплуатации теплоэнергетического оборудования»

Научный руководитель: Орлов А.А.

Старший преподаватель

Выполнил: Исабеков Т.Ж.

Нур-Султан 2019



Содержание

Введение

1. Определение количества, теплосодержания и температуры продуктов сгорания, расхода топлива

2. Определение выбросов вредных веществ в атмосферу

2.1 Расчет выбросов твердых частиц для угля

2.2 Расчет выбросов оксидов серы

2.3 Расчет выбросов оксида углерода

2.4 Расчет выбросов оксидов азота

3. Расчет и выбор золоулавливающей установки для угля

3.1 Мокрые золоуловители

4. Расчет и выбор дымовой трубы и дымососа

4.1 Расчет дымовой трубы

Заключение

Список литературы



Введение

Котел ТПП-312 предназначен для работы на Донецком угле марки Д. Компоновка котла П-образная двухкорпусная симметричная.

Топка однокамерная, прямоугольного сечения, без пережима и аэродинамического выступа в верхней части. В топке установлены 8 турбулентных горелок, которые размещены в один ряд на задней и передней стенках. атмосфера температура топливо дымосос

Для снижения тепловых нагрузок радиационных поверхностей нагрева НРЧ предусмотрена рециркуляция дымовых газов, отбираемых за экономайзером и подаваемых в нижнюю часть топки. Стены топки полностью экранированы, топочные экраны по высоте разделаны на НРЧ, СРЧ и ВРЧ.

Газо-мазутный котел типа КВ-ГМ-100-150 тепловой производительностью 100 Гкал/час предназначен для снабжения горячей водой промышленных и жилищно-бытовых объектов. Котлы типа КВГМ-100-150 изготавливаются для работы в основном режиме (при установке в отдельно стоящих промышленных и промышленно-отопительных котельных) и в отдельных случаях - для работы в пиковом режиме (при установке на ТЭЦ для покрытия пиков теплофикационных нагрузок). Котел выполнен однокорпусным, П-образной компоновки и предназначен для работы на кузнецком угле. Топочная камера призматическая, вертикальная, открытого типа с размерами в плане 7104х7060 мм по осям труб экранов.

Котел КВ-ГМ-100-150 оборудован шестью вихревыми горелками. Горелки установлены на боковых стенах топки по схеме «треугольник с вершиной вниз».

Конвективная шахта предоставляет собой опускной газоход с размещенными в нем поверхностями конвективной части и трубчатого воздухоподогревателя. Конвективная часть выполнена из пакетов змеевиков, расположенных параллельно фронту котла.

1. Определение количества, теплосодержания и температуры продуктов сгорания, расхода топлива

Объем продуктов сгорания и теплосодержание рассчитываются на 1 кг твердого или жидкого топлива и на 1м3 газообразного топлива при нормальных условиях сначала для мазута, затем для угля.

Таблица 1 Состав топлива: (%)

Вид топлива	Ср	??р	??р	??р	??р	??р	??р
Донецкий уголь, Д	49,3	13	21,8	3	3,6	1,0	8,3	18500

Вид топлива	СН4 (метан)	С2Н6 (этан)	С3Н8 (пропан)	С4Н10 (бутан)	С5Н12 (пентан)	др. газы
Газ, Урицк -Сторожовка	91,9	2,4	1,1	0,8	0,1	3,7	36470

Теоретическое количество воздуха, необходимого для горения:

для твердого и жидкого топлива:

для газообразного топлива:



Теоретические объемы продуктов сгорания:

для твердого и жидкого топлива:

для газообразного топлива:

для твердого и жидкого топлива:

для газообразного топлива:

для твердого и жидкого топлива:



для газообразного топлива:

Действительный объем водяных паров при избытке воздуха 1:

объем дымовых газов:

для твердого и жидкого топлива:

для газообразного топлива:



Массовая концентрация золовых частиц в продуктах сгорания:

где - доля золы топлива, уносимой газами, принимается равной 0,85.

Масса дымовых газов:

для твердого и жидкого топлива:

для газообразного топлива:

Соотношение между наиболее токсичными выбросами ТЭС в атмосферу зависит от вида сжигаемого топлива, температурного уровня в топке и способа организации топочного процесса и колеблется для различных котлоагрегатов в достаточно широких пределах.

В качестве определяющего температурного параметра принимается адиабатная температура в зоне горения:



К

для твердого и жидкого топлива:

К

для газообразного топлива:

К

где - тепловыделение в зоне горения, кДж/кг;

- теплота сгорания, МДж/кг;

и - теплоемкость продуктов горения и воздуха при ожидаемой адиабатной температуре;

- избыток воздуха в зоне горения; для газоплотных котлов принимается равной ;

При сжигании твердого топлива:

,

При сжигании природного газа:



,

где - приведенная влажность топлива, ;

- температурный коэффициент изменения теплоемкости:

- ожидаемая адиабатная температура, °С.

Теплоемкость воздуха при высокой температуре

Полный расход топлива, поступающего в топку котла, определяется из выражения:

При сжигании твердого топлива:



При сжигании природного газа:

где - полезная тепловая нагрузка котла для парового котла, составляет:

Расход перегретого пара задан, а величиной продувки барабана котла задаются в пределах . Энтальпии перегретого пара , питательной воды определяют по соответствующим параметрам.

Располагаемая теплота на 1 кг твердого (жидкого) или на 1 м3 газообразного топлива определяется по формуле

При сжигании природного газа:



При сжигании твердого топлива:

где - теплота, вносимая с топливом, кДж/кг;

- теплота, вносимая в топку с воздухом, кДж/кг.

Суммарные объемы продуктов сгорания и воздуха, определяются по расчетному расходу топлива с учетом механической неполноты сгорания

При сжигании твердого топлива:

При сжигании природного газа:



2. Определение выбросов вредных веществ в атмосферу

2.1 Расчет выбросов твердых частиц для угля

Количество летучей золы и несгоревшего топлива, выбрасываемых с дымовыми газами, определяется по формуле:

,

где - потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %;

- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

32680 - теплота сгорания углерода в кДж/кг.

2.2 Расчет выбросов оксидов серы

Количество оксидов серы и в перерасчете на , выбрасываемых в атмосферу, определяется как:

где - содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

- доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле;

- доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц;

- расход топлива - твердого и жидкого, г/с, газообразного, л/с.

Доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле, зависит от зольности топлива и содержания свободной щелочи в летучей золе. Ориентировочные значения при факельном сжигании различных видов топлива представлены в таблице 2.

Таблица 2 Значение доли оксидов серы, улавливаемой в котле

Топливо
Экибастузский уголь	0,02
Березовские угли Канско-Ачинского бассейна для топок с твердым шлакоудалением	0,5
Прочие угли	0,1
Мазут	0,02
Газ	0,0

Доля оксидов серы (), улавливаемых в сухих золоуловителях, принимается равной нулю, для мокрых - в зависимости от щелочности орошаемой воды.

2.3 Расчет выбросов оксида углерода

Количество оксида углерода, выбрасываемое с дымовыми газами, определяется по формуле:

где - выход оксида углерода при сжигании топлива (в кг/т или кг/тыс.м3) определяется как:

где - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %;

- коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную содержанием в продуктах неполного сгорания оксида углерода. Для твердого топлива ; для газа ; для мазута .

2.4 Расчет выбросов оксидов азота

Суммарное количество оксидов азота () в пересчете на полное окисление оксидов азота в диоксид азота () , выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами каждого котла при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива, вычисляется по формуле:

для твердого топлива

для газообразного топлива



где: - расход натурального топлива, г/с;

- коэффициент, характеризующий выход оксидов азота;

- коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива;

- коэффициент, учитывающий конструкцию горелок (для вихревых горелок - 1, для прямоточных - 0,85);

- коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления (при твердом шлакоудалении - 1, при жидком шлакоудалении - 1,6);

- коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий подачи их в топку;

- коэффициент, характеризующий снижение выбросов оксидов азота (при двухступенчатом сжигании) при подаче части воздуха помимо основных горелок;

- степень рециркуляции дымовых газов, %;

- доля оксидов азота, улавливаемых в азотоочистной установке;

- длительность работы азотоочистной установки и котла, ч/год.

Коэффициент вычисляется в зависимости от паропроизводительности котлов при сжигании газа и мазута во всем диапазоне нагрузок:

- для котлов паропроизводительностью в 200 т/ч и более:

для твердого топлива



где - номинальная и фактическая паропроизводительности;

- для водогрейных котлов:

где - номинальная и фактическая тепловая производительность котла, ГДж/ч.

При сжигании твердого топлива в формулы вместо и подставляются и .

Значение коэффициента при сжигании твердого топлива (при) определяется следующим образом:

где - содержание азота в топливе на горючую массу, %.

Для расчета загрязнения атмосферы выбросами диоксида и оксида азота в суммарном содержании их величину следует определять из выражений:



3. Расчет и выбор золоулавливающей установки для угля

В процессе работы над проектом необходимо произвести расчет и выбор золоулавливающей установки (ЗУ), так как очистка дымовых газов не только снижает выбросы золы в атмосферу, но и повышает надежность работы рабочих колес дымососов.

3.1 Мокрые золоуловители

В качестве примера рассмотрим расчет мокрого золоуловителя типа МС-ВТИ. Расчет ЗУ подобного типа ведется в следующей последовательности.

Определяется типоразмер каплеуловителя по следующему выражению:

,

где - необходимое сечение;

- скорость дымовых газов, рекомендуется принимать = 5 м/с.

Затем по таблице 9 подбирается типоразмер аппарата.

Таблица 9 - Типоразмеры золоуловителей МС-ВТИ

Каплеуловитель	Горловина трубы Вентури
Диаметр, м	Высота, м	Активное сечение, м2	Активное сечение входного патрубка, м2	Размеры, м	Сечение, м2
2,8	9,66	5,72	1,37	0,39 х 1,17	0,455

В зависимости от принятой степени проскока находится по таблице 10 параметр золоулавливания и выбирается и таким образом, чтобы соблюдалось равенство:

где - удельный расход орошающей жидкости на 1 м3 очищаемого газа, выбирается в пределах 0,12ч0,20 кг/м3;

- скорость газов в горловине трубы Вентури, берется в интервале 50ч70 м/с. Определяется сечение горловины трубы Вентури по формуле:

,

По таблице 9 подбирается сечение горловины и корректируется, соответственно, действительная скорость газов, затем корректируются действительные величины и .

Общее гидравлическое сопротивление коагулятора Вентури и каплеуловителя определяется из выражения

Па

где - плотность газов перед ЗУ=0,176;

- скорость дымовых газов при входе в каплеуловитель, обычно принимается м/с.

Конечная допустимая температура очищенных газов принимается исходя из известной точки росы водяных паров из соотношения

, С. (3.5)

С

Не рекомендуется применять мокрые ЗУ для видов топлива, содержащих в составе золы более 15-20% СаО. Приведенная сернистость топлива, Sn, должна быть не более 0,3%/МДж. Жесткость орошаемой воды не должна превышать 15 мг-экв/л.

Таблица 10 - Зависимость степени проскока золы через ЗУ от параметра золоулавливания

Параметр	Параметр
	,0	,1	,2	,3	,4	,5	,6	,7	,8	,9
0,	1,0000	0,9048	0,8187	0,7408	0,6703	0,6065	0,5488	0,4966	0,4493	0,4066
1,	0,3679	0,3329	0,3012	0,2725	0,2466	0,2231	0,2019	0,1827	0,1653	0,1496
2,	0,1353	0,1225	0,1100	0,1003	0,0907	0,0821	0,0743	0,0672	0,0608	0,0550
3,	0,0498	0,0450	0,0407	0,0369	0,0334	0,0302	0,0273	0,0247	0,0224	0,0202
4,	0,0183	0,0166	0,0150	0,0136	0,0123	0,0111	0,0100	0,00910	0,00823	0,00745
5,	0,00674	0,00610	0,00552	0,00500	0,00452	0,00409	0,00370	0,00335	0,00303	0,00274
6,	0,00248	0,00224	0,00203	0,00184	0,00166	0,00150	0,00136	0,00123	0,00111	0,00100
7,	0,00091	0,00082	0,00075	0,00068	0,00061	0,00055	0,00050	0,00045	0,00041	0,00037
8,	0,00033	0,00030	0,00027	0,00025	0,00022	0,00020	0,00018	0,00017	0,00015	0,00014
9,	0,00012	0,00011	0,00010	0,00009	0,00008	0,00007	0,00007	0,00006	0,00005	0,00004

Наиболее перспективным типом ЗУ для крупных ТЭС является электрофильтры, которые могут обеспечить высокую степень очистки газов = 0,99ч0,995 при гидравлическом сопротивлении не более 150 Па без снижения температуры и увлажнения дымовых газов.



4. Расчет и выбор дымовой трубы и дымососа

4.1 Расчет дымовой трубы

Минимально допустимая высота дымовой трубы , при которой обеспечивается См=ПДК для нескольких дымовых труб одинаковой высоты при наличии фоновой загазованности от других источников вредности, рассчитывается по формуле:

,

где - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы при неблагоприятных метеорологических условиях и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосфере, принимается для Казахстана равным 200;

- суммарное количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с;

- безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, для газообразных примесей , для пыли при степени улавливания более 90% - , менее 90% - ;

- общий объем дымовых газов на ТЭС, ;

- безразмерный коэффициент, учитывающий условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса:



,

где параметр определяется как

,

где - диаметр устья дымовой трубы, м;

- скорость газов в устье трубы, м/с;

м/с

м/с

- число одинаковых дымовых труб;

- разность между температурой выбрасываемых газов и средней температурой воздуха, под которой понимается средняя температура самого жаркого месяца в 14.00 часов.



Заключение

Мы рассмотрели курсовой проект программы обучения теоретическим знаниям по дисциплине «Охрана окружающей среды при эксплуатации теплоэнергетического оборудования». Выполнение курсового проекта преследует следующие цели: закрепление знаний, полученных студентами при изучении теоретического курса; предоставление возможности студентам самостоятельной разработки отдельных узлов и в целом проекта; приобретение студентами навыков пользования ГОСТами, нормативными материалами, справочной и технической литературой.

В рамках данного курсового проекта были проведены расчет расхода топлива, количества образовавшихся продуктов сгорания и температуры уходящих газов на выходе из топки, расчет выбросов твердых частиц, оксидов серы, азота и углерода, расчет и выбор золоулавливающей установки, расчет и выбор дымовой трубы, дымососа с учетом потерь напора по тракту котлов.



Список литературы

1. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). - М., Энергия, 1973 г.

2. Тепловые и атомные электрические станции. Справочник под общей редакцией Григорьева Г.А. и Зорина В.М. - М., Энергоиздат, 1982 г.

3. Справочник по пыле- и золоулавливанию под обшей редакцией Русанова А.А. - М., Энергоатомиздат, 1983 г.

4. Жабо В.В. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС. - М., Энергоатомиздат, 1992 г. - 240 с.

5. Рихтер Л.А. тепловые электрические станции и защита атмосферы. - М., 1975 г. - 312 с.

6. Рихтер Л.А., Волков Э.П., Покровский В.Н. Охрана водного и воздушного бассейнов от выбросов тепловых электростанций. - М., 1981 г. - 291 с.

7. Справочник по пыле- и золоулавливанию. Биргер М.И., Вальдберг А.Ю. - М., Энергоатомиздат, 1983 г. - 312 с.

Размещено на Allbest.ru