Выбросы мазутной золы в пересчете на ванадий

Мазутная зола представляет собой сложную смесь, состоящую в основном из оксидов металлов. Её биологическое воздействие на окружающую среду рассматривается как воздействие единого целого. В качестве контролирующего показателя принят ванадий, по содержанию которого в золе установлен санитарно-гигиенический норматив (ПДК).

В пересчете на ванадий суммарное количество г/с или т/год, мазутной золы ( ), поступающей в атмосферу с дымовыми газами котла при сжигании мазута, вычисляют по формуле

, (64)

где – количество, г/т, ванадия, находящегося в 1 т мазута, которое может быть определено однимиз двухспособов:

· по результатам химического анализа мазута:

, (65)

где − фактическое содержание элемента ванадия в мазуте, %; 10⁴ − коэффициент пересчета;

· по приближенной формуле (при отсутствииданных химического анализа):

, (66)

где 2222 – эмпирический коэффициент; − содержание золы в мазуте на рабочую массу, %; В − расход натурального топлива (при определений выбросов в г/с В берется в т/ч; при определении выбросов в т/год В берется в т/год);

− доля ванадия, оседающего с твердыми частицами на поверхности нагрева мазутных котлов, которую принимают равной 0,07 для котлов с промышленными пароперегревателями, очистка поверхностей которых производится в остановленном состоянии, равной 0,05 для котлов без промышленных пароперегревателей при тех же условиях очистки;

k_п − коэффициент пересчета (при определении выбросов в г/с k_п = 0,278·10^-3; при определении выбросов в т/г k_п = 10^-6).

Определение выбросов бенз(а)пирена паровыми

И водогрейными котлами

Выброс бенз(а)пирена, поступающего в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год), рассчитывается по формуле

, (67)

где – массовая концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха = 1,4 и нормальных условиях, мг/м³; – объем сухих дымовых газов, образующихся при полном сгорании 1 кг (1 м³) топлива; – расчетный расход топлива, т/год (тыс. нм³/г); – коэффициент пересчета.

При определении выбросов в граммах в секунду = 0,278·10^-3; при определении выбросов в тоннах в год = 10^-6.

Для промышленно-энергетических котлов малой мощности концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания мазута на выходе из топочной камеры определяется так:

при = 1,08 – 1,25

; (68)

при > 1,25

. (69)

Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны промышленно-энергетических котлов малой мощности определяется так:

при = 1,08 – 1,25

; (70)

при > 1,25

, (71)

где R – коэффициент, учитывающий способраспыливания мазута для паромеханических форсунок, равный 0,75; для остальных случаев R = 1; − коэффициент избыткавоздуха в продуктах сгорания на выходе из топки; − теплонапряжение топочного объема, кВт/м³.

При сжигании проектного топлива величина берется из технической документации на котельное оборудование; при сжигании непроектного топлива величина рассчитывается по соотношению

, (72)

где – расчетный расход топлива при номинальной нагрузке, кг/с (м³/с); В − фактический расход топлива при номинальной нагрузке, кг/с (м³/с); − низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м³); − объем топочной камеры, м³, значение которого берется из техдокументации на котел или [13]; − коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания [1]; − коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания [1]; − коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания [1].

Для расчета максимальных и валовых выбросов по формуле (67) значение концентрации бенз(а)пирена, рассчитанные по формулам (68) − (71) приводятся к значениям избытка воздуха =1,4 по [1].

Для водогрейных котлов концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания мазута на выходе из топочной камеры водогрейных котлов определяется по следующим формулам:

при = 1,05 – 1,25 и = 250 − 500 кВт/м³

; (73)

при > 1,25 и = 250 − 500 кВт/м³

. (74)

Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны водогрейных котлов малой мощности определяется по таким формулам:

при = 1,05 – 1,25 и = 250 − 500 кВт/м³

; (75)

при > 1,25 и = 250 − 500 кВт/м³

. (76)

В формулах (73) – (76) обозначения теже, что и в формулах (68) – (71); коэффициенты , , принимаются по графикам[1].

Коэффициент , учитывающий влияние дробевой очисткиконвективных поверхностей нагрева на работающем котле, принимается таким:

при периоде между очистками 12 ч ............. 1,5;

при периоде между очистками 24 ч ............. 2,0;

при периоде между очистками 48 ч ............. 2,5.

При сжигании твердого топлива концентрацию бенз(а)пирена в сухих дымовых газах котлов малой мощности, (мг/нм³), приведенную к избытку воздуха в газах = 1,4, рассчитывают по формуле

, (77)

где А − коэффициент, характеризующий тип колосниковой решетки и вид топлива, принимаемыйравным

для углей и сланцев ................... 2,5;

для древесины и торфа .............. 1,5;

− низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; R −коэффициент, характеризующий температурный уровень экранов

для 150 ºС R = 350;

для < 150 ºС R = 290;

При этом − температура насыщения при давлении в барабане паровых котлов или на выходе из котла для водогрейных котлов [13]; − коэффициент, учитывающий нагрузку котла:

, (78)

где − номинальная нагрузка котла, кг/с; − фактическая нагрузка котла, кг/с; − коэффициент, учитывающий степень улавливания бенз(а)пирена золоуловителем и определяемый по формуле

, (79)

где − степень очистки газов в золоуловителе по золы, %; z − коэффициент, учитывающий снижение улавливающей способности золоуловителя.

При температуре газов перед золоуловителем 185 ºС

z = 0,8 − для сухих золоуловителей;

z = 0,9 − для мокрых золоуловителей;

при температуре газов перед золоуловителем < 185 ºС

z = 0,7 − для сухих золоуловителей,

z = 0,8 − для мокрых золоуловителей.

Расчет выбросов для ТЭС

Оксиды азота

При факельном методе сжигания топливав исключительных случаях при отсутствии возможности измерить концентрацию оксидов азота в дымовых газах действующих котлов допускается, по согласованию с местным органом Госкомэкологии РФ, определение выбросов оксидов азота расчетным методом. Для этого рекомендуется использовать РД 34.02.304-95 «Методические указания по расчету выбросов оксидов азота с дымовыми газами котлов тепловых электростанций». Эти методические указания распространяются на паровые котлы паропроизводительностью от 75 т/ч и водогрейные котлы тепловой производительностью от 58 МВт (50 Гкал/ч), сжигающие твердое, жидкое и газообразное топливо в топочных устройствах с факельным методом сжигания.

Для паровых котлов паропроизводительностью 30–75 т/ч и водогрейных котлов тепловой мощностью 35–58 МВт (30–50 Гкал/ч) используется следующий расчетный метод.

Суммарное количество оксидов азота NO_x в пересчете на NO₂ в г/с (т), выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами котла при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива, рассчитывается по формуле

, (80)

где В − расход топлива, т усл. топл./ч (т усл. топл.); − коэффициент, характеризующий выход оксидов азота, определяемый [4], кг/т усл. топл.; q₄ − потери тепла из-за механической неполноты сгорания топлива, %; b₁ − коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива, определяемый по [4]; − коэффициент, учитывающий конструкцию горелок и равный

для вихревых горелок 1,0;

для прямоточных горелок 0,85;

b₃ − коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления и равный

при твердом шлакоудалении 1,0;

при жидком шлакоудалении 1,6;

e₁ − коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов на выход оксидов азота в зависимости от условий подачи их в топку, определяемый по [4]; e₂ − коэффициент, характеризующий уменьшение выбросов оксидов азота (при двухступенчатом сжигании) при подаче части воздуха d_в помимо основных горелок при условии сохранения общего избытка воздуха за котлом, определяемый по рис. Д1 [4]; r − степень рециркуляции дымовых газов, %; − доля оксидов азота, улавливаемых в азотоочистной установке; n_o и n_к − длительность работы азотоочистной установки и котла, ч/г; − коэффициент пересчета (при расчете валовых выбросов в граммах в секунду = 0,278; при расчете выбросов в тоннах = 10^-3).

Коэффициент вычисляется по следующим эмпирическим формулам:

для паровых котлов паропроизводительностью от 30 до 75 т/ч

, (81)

где и − номинальная и фактическая паропроизводительность котла соответственно, т/ч;

для водогрейных котлов производительностью от 125−210 ГДж/ч (30–50 Гкал/ч)

, (82)

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

В случае сжигания твердого топлива в формулы (81) − (82) вместо и подставляются и .

Значения при сжигании твердого топлива вычисляют по формулам:

при £ 1,25 =0,178 + 0,47 , (83)

при >1,25 = (0,178+0,47 ) /1,25, (84)

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

При сжигании жидкого и газообразного топлива значения коэффициента принимаются по табл. 7.

При одновременном сжигании топлива двух видов и расходе одного из них более чем на 90 % значение коэффициента следует принимать по основному виду топлива. В остальных случаях коэффициент определяют как средневзвешенное значение по топливу. Для топлива двух видов

, (85)

где , и , − соответственно коэффициенты и расход топлива каждого вида на котел.

Таблица 7

Значение коэффициента при сжигании твердого топлива

> 1,05	1,0
1,05 – 1,03	0,9
< 1,03	0,75

Значения коэффициента e₁ при номинальной нагрузке и степени рециркуляции дымовых газов r менее 20 % принимают такими:

· при сжигании газа и мазута и вводе газов рециркуляции

в под топки (при расположении горелок

на вертикальных экранах) 0,0025;

через шлицы под горелками 0,015;

по наружному каналу горелок 0,025;

в воздушное дутье и рассечку двух воздушных потоков 0,035;

· при высокотемпературном сжигании твердого топлива и вводе газов рециркуляции

в первичную аэросмесь 0,010;

во вторичный воздух 0,005;

при низкотемпературном сжигании твердого топлива e₁ = 0.

Под высокотемпературным сжиганием понимают сжигание всех углей в топках с жидким шлакоудалением, а также с низшей теплотой сгорания, равной или более 23,05 МДж/кг, в топках с твердым шлакоудалением при температуре факела, равной или более 1500 °С.

Под низкотемпературным сжиганием понимают сжигание твердого топлива с низшей теплотой сгорания менее 23,05 МДж/кг в топках с твердым шлакоудалением при температуре факела менее 1500 °С.

При нагрузке меньше номинальной коэффициент e₁ умножают на коэффициент f, определяемый по формуле

. (86)

Формула (86) справедлива при 0,5 / 1.

Оксиды серы

Суммарное количество оксидов серы , выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т), вычисляют по формуле

, (87)

где В − расход натурального топлива за рассматриваемый период, г/с (т); − содержание летучей серы в топливе на рабочую массу, %; − доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле; − доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц; − доля оксидов серы, улавливаемых в сероулавливающей установке; n_о и − длительность работы сероулавливающей установки и котла соответственно, ч/г.

Ориентировочные значения при факельном сжигании различных видов топлива приведены в [4].

Доля оксидов серы , улавливаемых в сухих золоуловителях (электрофильтрах, батарейных циклонах), принимается равной нулю. В мокрых золоуловителях МС и MB эта доля зависит от общей щелочности орошающей воды и от приведенной сернистости топлива :

. (88)

При принятых на тепловых электростанциях значениях удельного расходах воды на орошение золоуловителей 0,1−0,15 дм³/нм³ определяется по [4].

При совместном сжигании топлива различных видов выбросы оксидов серы рассчитываются отдельно для топлива каждого вида и результаты суммируются.

Оксид углерода

Концентрацию оксида углерода в дымовых газах расчетным путем определить невозможно. Расчет выбросов СО следует выполнять по данным инструментальных замеров в соответствии с п. 1 [4].

Выбросы твердых частиц

Суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива) , поступающих в атмосферу с дымовыми газами котлов (г/с, т), вычисляют по одной из двух формул

(89)

или

, (90)

где В − расход топлива, г/с (т); − зольность топлива на рабочую массу, %; − доля золы, уносимой газами из котла (доля золы топлива в уносе); − доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях, с учетом залповых выбросов (в расчете не учитывается влияние сероулавливающих установок); − содержание горючих в уносе, %; q₄ − потери тепла при механической неполноте сгорания топлива, %; − низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг; 32,68 − теплота сгорания углерода, МДж/кг.

Количество летучей золы ( ) в г/с (т), входящее в суммарное количество твердых частиц, уносимых в атмосферу, вычисляют по формуле

. (91)

Количество твердых частиц( ) в г/с (т), образующихся в топке в результате механического недожога топлива и выбрасываемых в атмосферу в виде коксовых остатков при сжигании твердого топлива, определяют по формуле

. (92)

Расчет выбросов мазутной золы, поступающей в атмосферу с дымовыми газами котла при сжигании мазута, в пересчете на ванадий вычисляют по [4].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с законом сохранения массы (вещества) при любом физическом или химическом изменении вещество не возникает и не исчезает, но лишь изменяет свое физическое или химическое состояние. Мы привыкли говорить о потреблении или расходовании ресурсов. Но мы не потребляем вещество, а только временно пользуемся какими-то видами ресурсов Земли, перемещая их, превращая в продукты или полезные товары. Все, что выброшено, остается с нами.

Выбросы промышленных предприятий, энергетических систем
и транспорта в атмосферу, в водоемы и недра на современном этапе развития достигли таких размеров, что в ряде районов, особенно в крупных промышленных центрах, уровень загрязнений существенно превышает допустимые санитарные нормы.

Главную опасность представляет загрязнение атмосферы, которое зависит от метеорологических условий, определяющих перенос и рассеивание примесей в воздухе.

Поэтому в современном обществе трудно переоценить роль инженерной (технической) экологии, призванной на основе оценки степени вреда, приносимого природе индустриализацией производства, разрабатывать и совершенствовать инженерно-технические средства защиты окружающей среды, всемерно развивать основы создания замкнутых и безотходных технологических циклов и производств.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час. – М. : НИИ «Атмосфера», 1999. – 27 с.

2. Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух. – СПб. : НИИ «Атмосфера», 2005. – 212 с.

3. РД 153-34.0-02.303-98. Инструкция по нормированию выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для тепловых электростанций и котельных. – М. : Информэнерго, 1998.

4. РД 34.02.305-98. Методика определения валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок ТЭС. – М. : ПМБ ВТИ, 1998.

5. Перечень документов по расчету выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферный воздух. – М. : Госстрой России, 2000.

6. СНиП II-35-76. Котельные установки. Изменение №1, утвержденное постановлением Госстроя России от 11.09.97 г. № 18-52. Разработана институтом Сантехпроект Госстроя СССР при участии институтов ВНИПИэнергопром Минэнерго СССР, ЦКТИ им. И.И. Ползунова Минэнергомаша, Теплопроект Минмонтажспецстроя СССР, Красноярский ПромстройНИИпроект Монтажстроя СССР и Гидротехмонтаж Минмонтажспецстроя СССР.

7. Бойко, Е. А. Паровые котлы: учеб. пособие Е. А. Бойко. – Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2005. – 135 с.

8. Дубровский, В. А. Общая энергетика: учеб. пособие В. А. Дубровский. 2-е изд., стер. – Красноярск : ИПЦ КГТУ, 2005. – 226 с.

9. Зах, Р. Г. Котельные установки. – М. : Энергия, 1968. – 352 с.

10. Квашнин, И. М. Промышленные выбросы в атмосферу. Инженерные расчеты и инвентаризация / И. М. Квашнин. – М. : АВОК-ПРЕСС, 2005. – 392 с.

11. Панин, В. И. Котельные установки малой и средней мощности. – М. : Стройиздат, 1968. – 431 с.

12. Резников, М. И. Паровые котлы тепловых электростанций / М. И. Резников, Ю. М. Липов. – М. : Энергоиздат, 1981. – 240 с.

13. Роддатис, К. Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности / Под общей ред. К. Ф. Роддатиса. – М. : Энергоатомиздат, 1989. – 488 с.

14. Экология энергетики: учеб. пособие / под общей ред. В. Я. Путилова. – М. : МЭИ, 2003. – 716 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ