Образование и расчет выбросов оксидов азота

Охрана воздушного бассейна

Методические указания

Часть 2

Самара 2010

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Самарский государственный архитектурно-строительный университет»

Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции

Охрана воздушного бассейна

Методические указания

Часть 2

Утверждены редакционно-издательским

советом университета .

Самара 2010

Составители: С.М. Пуринг, Е.Б. Филатова

УДК

Охрана воздушного бассейна: методические указания: ч. 2 / сост.:С.М.Пуринг, Е.Б. Филатова; Самарск. гос.арх.-строит. ун-т. – Самара, 2010.- 22 с.

Рассматриваются основные положения расчета выбросов в атмосферный воздух загрязняющих веществ с дымовыми газами котлоагрегатов паропроизводительностью до 30 т/ч и водогрейных котлов мощностью до 25 МВт (20 Гкал/ч) при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива. Изложена методика определения концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Приведен перечень рекомендуемой справочной литературы. Методические указания предназначены для студентов 5-го курса очной и заочной форм обучения специальности 290700 «Теплогазоснабжение и вентиляция».

Редактор Г.Ф. Коноплина

Технический редактор А.И. Непогодина

Корректор Е.М. Исаева

Подписано в печать 28.08.08. Формат 60´84 1/16. Бумага офсетная.

Печать офсетная. Уч.-изд.л. Усл.печ.л…….

Тираж 100 экз.

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

443001 Самара, ул. Молодогвардейская,194

Ó Самарский государственный архитектурно-

строительный университет, 2010

Оглавление

1 РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА В КОТЛОАГРЕГАТАХ КОТЕЛЬНОЙ.. 5

1.1 Образование и расчет выбросов твердых частиц. 5

1.2 Образование и расчет выбросов оксидов серы.. 5

1.3 Образование и расчет выбросов оксида углерода. 6

1.4 Образование и расчет выбросов оксидов азота. 7

1.5 Образование и расчет выбросов оксидов ванадия. 8

1.6 Образование и расчет выбросов бенз(a)пирена. 9

2 РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОЗДУХЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ КОНЦЕНТРАЦИЙ.. 16

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.. 20

ПРИЛОЖЕНИЕ. Пример расчета концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. 21

РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА В КОТЛОАГРЕГАТАХ КОТЕЛЬНОЙ

Котлоагрегаты котельных работают на различных видах топлива (твердом, жидком и газообразном). Выбросы загрязняющих веществ зависят как от количества и вида топлива, так и от типа котлоагрегата.

Учитываемыми загрязняющим веществами, выделяющимися при сгорании топлива являются: твердые частицы, оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, пятиокись ванадия, бенз(а)пирен.

Образование и расчет выбросов твердых частиц

Твердые вещества (зола) образуются при горении твердых и, в значительно меньшей степени, жидких видов топлива либо из негорючих (минеральных) компонентов топлива, либо из горючих, но не сожженных (не полностью сожженных). Последнее приводит к образованию частиц сажи или кокса.

Количество выбрасываемой золы зависит не только от состава топлива, но и от конструктивных особенностей топок паровых или водогрейных котлов.

Количество золы и несгоревшего топлива, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами от котлоагрегатов при сжигании твердого и жидкого топлива, рассчитывают по формуле:

где В - расход топлива натурального, т/год, г/с;

А^р - зольность топлива, %;

h - доля твердых частиц, улавливаемая в золоуловителях;

k - безразмерный коэффициент, учитывающий долю золы топлива в уносе;

Величина А^р определяется по характеристикам топлива (табл. 1), значение k – по табл. 2 в зависимости от вида топки.

Образование и расчет выбросов оксидов серы

Наиболее важные первичные источники энергии - уголь, нефть и природный газ - содержат различные количества серы и ее соединений, а также следы многих других элементов, например, хрома, ванадия, свинца, германия, мышьяка и бериллия. В природном газе содержание соединений серы, как правило, невелико вследствие предварительной его обработки перед подачей на сжигание, но наличие этих соединений в угле и нефти приводит к серьезному загрязнению атмосферы.

Количество оксидов серы SO₂ и SO₃ в пересчете на SO₂, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегата при сжигании твердого или жидкого топлива, рассчитывают по формуле:

где В - расход топлива натурального, т/год, г/с;

S^p - содержание серы в топливе на рабочую массу, % (табл. 1);

h¢_SO2 - доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива; принимается при сжигании сланцев равной 0,5-0,8; для углей Канско-Ачинского бассейна – 0,2 (для Березовских – 0,5); для торфа – 0,15; Экибастузских углей – 0,02; прочих углей – 0,1; мазута – 0,02; газа – 0,0;

h¢¢_SO2 - доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителях; для сухих пылеуловителей она равна 0, в мокрых золоуловителях она зависит от расхода и щелочности орошаемой воды, а также от приведенной сернистости топлива.

Образование и расчет выбросов оксида углерода

Оксид углерода является продуктом неполного окисления топлива и образуется при его неполном сгорании. Количество его определяется химическим недожогом - химической неполнотой сгорания топлива при недостатке кислорода.

Количество оксидов углерода, выбрасываемых в единицу времени при сжигании топлива в котлах производительностью до 30 т/ч (т/год, г/с), рассчитывают по формуле:

где В - расход топлива, т/год, г/с, (тыс.м³/год, л/с);

q₄ - потери теплоты, вызванные механической неполнотой сгорания топлива, % (табл.4).

С_CO - выход оксида углерода при сжигании топлива, кг/т или кг/тыс.м³:

где q₃ – потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, % (табл.4);

R – коэффициент, учитывающий потери теплоты, обусловленные присутствием в продуктах неполного сгорания оксида углерода, принимается для твердого топлива - 1.0; газа - 0.5; мазута - 0.65;

Q_H^P - низшая теплота сгорания топлива, мДж/кг, мДж/м³ (табл. 1 и 3));

Образование и расчет выбросов оксидов азота

Еще одним видом газообразных загрязняющих веществ, образующихся в процессах горения, являются оксиды азота, которые формируются из кислорода и азота воздуха при нагревании его до температуры пламени.

Количество оксидов азота, выбрасываемых на единицу времени (т/год, г/с), рассчитывают по формуле:

где Q_н^р - низшая теплота сгорания топлива, мДж/кг, мДж/м³;

K_NO2 - параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1 гДж тепла, кг/ГДж;

b - коэффициент, учитывающий степень снижения выбросов оксидов азота в результате реализации технических решений.

Значения K_NO2 определяются по рис.1 для различных видов топлива в зависимости от номинальной нагрузки котлоагрегатов. При паропроизводительности от 1 до 20 т/ч можно использовать значение K_NO2 = 0,09–0,11. При нагрузке котла, отличающейся от номинальной, K_NO следует умножить на (Q_ф/Q_н)^0.25 или на (D_ф/D_н)^0.25, где Q_ф,Q_н – соответственно фактическая и номинальная теплопроизводительность, кВт; D_ф, D_н – соответственно фактическая и номинальная паропроизводительность, т/ч.

Рис. 1. Значения параметра K_NO2, характеризующего количество оксидов азота,

образующихся на 1 ГДж тепла в зависимости от паропроизводительности котлов D (а) и тепловой мощности котлоагрегатов Q (б и в):

1 - природный газ, мазут; 2 - антрацит; 3 - бурый уголь; 4 - каменный уголь.

Qт - фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу, МВт, определяется по формуле

, (7)

в связи с установленными раздельными ПДК для оксида и диоксида азота и с учетом трансформации оксида азота в атмосферном воздухе, суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие (с учетом различия в молекулярной массе этих веществ):

; (8) , (9)

где и - молекулярные массы NO и NO₂ равные 30 и 46 соответственно; 0,8 – коэффициент трансформации оксида азота в диоксид.