Учебное пособие: Охрана окружающей среды 2
6. Охрана окружающей среды
На современном этапе развития энергетического производства возрастает воздействие его вредных выбросов на окружающую среду. Поэтому проблема снижения вредных выбросов, контроль и управление качеством атмосферного воздуха в регионе ТЭС – важные и неотложные задачи отечественной и зарубежной энергетики. Для их решения необходимо принятие эффективных научно-обоснованных мер по ограничению и снижению загрязнения атмосферного воздуха. Реализация таких мер должна начинаться с определения экологически допустимого воздействия вредных выбросов на человека и выработки норм ограничивающих его.
Основными компонентами, выбрасываемыми в атмосферу при сжигании различных видов топлива в энергоустановках, являются: СО, NO2, SO2, бенз(а)пирена.
Газообразные выбросы котлоагрегатов производятся через дымовую трубу высотой 250 м. Очистка дымовых газов от золы осуществляется трехпольными электрофильтрами УГ-3 с эффективной очисткой 98,5%.
В процессе подготовки твердого топлива образуется летучая угольная пыль, которая отсасывается с воздухом и улавливается в циклонах со степенью очистки 95,3%.
6.1 Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу
Исходные данные:
Вид топлива – Донецкий уголь АШ
Расход натурального топлива
B=,
где — 4141 ккал/кг = 17350,79 кДж/кг – низшая теплота сгорания на рабочую массу топлива
— КПД станции,
В=43,58 кг/с В=42,39 кг/с
Зольность топлива на рабочую массу: Ар =28,7 %;
Потеря теплоты от механического недожога: q4 =0,58 %;
Температура уходящих газов: tух =150 0С;
Температура холодного воздуха: tхв =19 0С.
6.1.1 Расчет массовых выбросов в атмосферу твердых веществ .
При расчете выброса твердых частиц в атмосферу необходимо учитывать, что наряду с летучей золой в нее поступают несгоревшие частицы горючей массы топлива. Поэтому при отсутствии эксплуатационных данных по содержанию горючих в уносе, массовый расход выбрасываемых твердых частиц, рассчитывают по формуле:
, где аун – доля твердых частиц, уносимых из топки дымовыми газами аун =0,8;
– степень улавливания твердых частиц в золоуловителе 0,985
6.1.2 Расчет выбросов оксида серы
Основное количество серы (около 99%) сгорает до SO2, поэтому выброс ее в атмосферу определяют по этому оксиду:
,
где =1,5% – содержание серы на рабочую массу топлива;
=0,1; =0; – доля оксидов серы, улавливаемых летучей золой соответственно в газоходах котла и сухом золоуловителе.
6.1.3 Расчет выбросов оксида азота
Массовый расход оксидов азота, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, приближенно оценивают по эмпирической формуле:
;
где k – коэффициент, характеризующий выход оксидов азота
; где и – паропроизводительность котла: фактическая и номинальная, ;
; ;
– коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива;
, где– содержание азота на горючую массу
– коэффициент рециркуляции дымовых газов;
– коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркуляции газов в зависимости от условий подачи их в топку;
– коэффициент, характеризующий снижение выброса оксида азота при подаче части воздуха помимо основных горелок;
– коэффициент, учитывающий конструкцию горелок;
– коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления;
6.1.4 Расчет массовых выбросов бенз(а)пирена
Массовый расход бенз(а)пирена с дымовыми газами котлов, сжигающих твердое топливо, при коэффициенте избытка воздуха за ПП определяем по формуле:
;
где – степень улавливания бенз(а)пирена в золоуловителях;
– объемный расход газоаэрозольной смеси, выбрасываемой через газоотводящую трубу:
– теоретический объем уходящих газов;
– теоретический объем воздуха;
– доля уходящих газов;
Рабочий объем уходящих газов
— где n – число котлов на одну дымовую трубу
Тогда массовый выброс бенз(а)пирена будет равен
;
Приведем сравнительную таблицу массовых выбросов в атмосферу.
Таблица 6.1 массовые выбросы в атмосферу.
Выбрасываемое вещество | До модернизации | После модернизации |
1. Твердые частицы | 165,83 | 160,96 |
2. Оксидов серы | 1286,3 | 1248,48 |
3. Оксидов азота | 160,3 | 151,6 |
4. Бенз(а)пирена | 3,82*10-5 | 3,7*10-5 |
Вывод: В результате проведенной в дипломном проекте расчета тепловой схемы видно, что сокращается общий и удельный расчет топлива, что позволяет как видно из таблицы уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу.
6.1.5 Проверка правильности расчетов .
Проверка расчета выбросов оксида азота:
Проверка расчета выбросов бенз(а)пирена:
6 .2 Определение предельно допустимых выбросов
ПДВ= (ДК-Сф )Кр,
где ДК – допустимая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе на уровне дыхания, мг/м3;
Сф – фоновая концентрация вредного вещества в атмосферном воздухе на уровне дыхания, мг/м3 ;
Кр – коэффициент метрологического разбавления м3 /с;
6 .2.1 Коэффициент метеорологического разбавления
Коэффициент метеорологического разбавления примеси в атмосферном воздухе – основная метеорологическая характеристика, которая определяет рассеивание примесей, поступающих в атмосферу через газоотводящие трубы ТЭС. Он учитывает параметры источника загрязнения, осаждение выпадающих частиц, содержащихся в выбросе, метеорологические, топографические характеристики района выброса, а также период осреднения концентрации вредного вещества и вытянутость розы ветров района.
Кр =;
где h=350м – геометрическая высота газоотводящей трубы;
V=2589,04 м3 /с – объемный расход газоаэрозольной смеси, выбрасываемый через газоотводящую трубу;
;- разность температур выбрасываемой газоаэрозольной смеси и атмосферного воздуха;
А = — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия неблагоприятного вертикального и горизонтального рассеяния загрязняющих веществ в атмосферном воздухе;
F=2 – безразмерный коэффициент, учитывающий осаждения вредных веществ в атмосферном воздухе;
m, n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода аэрозольной смеси из устья газоотводящей трубы:
где D — диаметр устья газоотводящей трубы, м;
Из уравнения неразрывности находим D
тогда
где — оптимальная скорость выбрасываемой через газоотводящую трубу газоаэрозольной смеси.
;
;
;
;
при принимаем n=1
— коэффициент временного осреднения, характеризующий зависимость ПДВ и Кр от времени осреднения;
P/P0– показатель вытянутости розы ветров для района расположения ТЭС;
— для определения максимального Кр ;
м3 /с;
м3 /с;
м3 /с.
6 .2.2 Определение допустимых концентраций вредных веществ
Если в атмосферный воздух из дымовой трубы одновременно выбрасываются два вещества совокупного действия (диоксиды серы и азота), то должно выполнятся условие:
где — максимальные концентрации в атмосферном воздухе на уровне дыхания диоксида серы и азота, мг/м3; они определяются из соотношений:
где – массовый выброс через дымовую трубу в атмосферу соответственно диоксида серы и азота, г/с рассчитаны ранее.
ПДКSO2 и ПДКNO2 – предельно допустимая концентрация в атмосферном воздухе на уровне дыхания соответственно диоксида серы 0,5 мг/м3 и диоксида азота 0,085мг/м3; тогда:
6 .2.3 Определение предельно допустимых выбросов
6.2.4 Расчет выбросов парниковых газов
Расчет выбросов парниковых газов определяем по формуле:
кг/с
где Вт -расход сожженного топлива
Вт =В×Qрн МДж/с
Вдот =43,58×17,35079=756,15МДж/с
Впослет =42,39×17,35079=720,63 МДж/с
Кс -коэффициент выброса углерода
Кс =; кг/МДж
Е-учет неполноты сгорания углерода
Расчет сокращений выбросов вредных веществ определяем по формуле:
где τ – число часов использования установленной мощности.
τ =4500 т/год.
т/год
т/год
т/год
т/год
т/год
т/год
т/год
Расчёт сведём в таблицу 6.2.4
Таблица 6.2.4 Сокращение выбросов вредных веществ ТЭС
Выбрасываемое вещество | Выброс до модернизации | Выброс после модернизации | Сокращение выбросов вредных веществ, т/год |
Твердые частицы | 165,83 | 160,96 | 78,89 |
Оксид серы | 1286,3 | 1248,48 | 612 |
Оксид азота | 175,23 | 161,16 | 226,6 |
Бенз(а)пирен | 3,883*10-5 | 3,69*10-5 | 3,12 |
Углерод | 144,564*103 | 108,865*103 | 1,9 |
Метан | 8,39*10-7 | 7,98*10-7 | 0,58 |
Азот | 1,48*10-8 | 1,41*10-8 | 8,1 |