2015-06-05
5788
Задача 2.1. Определить валовой выброс оксида углерода, оксидов азота, оксидов серы и твердых частиц при сжигании 845 т/год высокосернистого мазута в камерной топке котельной. Котельная вырабатывает 6 тонн пара в час и оборудована центробежным скруббером ЦС-ВТИ.
Решение. Валовой выброс твердых частиц Мт, т/год, в воздушный бассейн определяем по формуле
(2.1)
где qт – зольность топлива, % (табл. 2.1); m – количество израсходованного топлива за год, т; c – безразмерный коэффициент (табл. 2.2); h т – эффективность золоулавливателей, % (табл. 2.3);
.
Валовой выброс оксида углерода, т/год, рассчитываем по формуле
(2.2)
где ССО – выход окиси углерода при сжигании топлива, кг/т, кг/тыс. м3;
m – количество израсходованного топлива, т/год, тыс. м3/год; q1 – потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания, % (табл. 2.4).
Таблица 2.1Характеристика топлив (при нормальных условиях)
| Наименование топлива | qт, % | Sг, % |  ,МДж/кг |
| Угли | |||
| Донецкий бассейн | 28,0 | 3,5 | 18,50 |
| Днепровский бассейн | 31,0 | 4,4 | 6,45 |
| Подмосковный бассейн | 39,0 | 4,2 | 9,88 |
| Экибастузский бассейн | 32,6 | 0,7 | 18,94 |
| Кузнецкий бассейн | 13,2 | 0,4 | 22,93 |
| Канско-Ачинский бассейн | 6,7 | 0,2 | 15,54 |
| Горючие сланцы | |||
| Эстонсланец | 50,5 | 1,6 | 11,34 |
| Ленинградсланец | 54,2 | 1,5 | 9,50 |
| Торф: | |||
| Росторф в целом | 12,5 | 0,3 | 8,12 |
| Другие виды топлива | |||
| Мазут малосернистый | 0,1 | 0,5 | 40,30 |
| Мазут сернистый | 0,1 | 1,9 | 39,85 |
| Мазут высокосернистый | 0,1 | 4,1 | 38,89 |
| Дизельное топливо | 0,025 | 0,3 | 42,75 |
| Солярное масло | 0,02 | 0,3 | 42,46 |
| Природный газ из газопроводов | |||
| Саратов–Москва | – | – | 35,80 |
| Саратов–Горький | – | – | 36,10 |
| Ставрополь–Москва | – | – | 36,00 |
| Серпухов–Ленинград | – | – | 37,43 |
| Брянск–Москва | – | – | 37,30 |
Выход окиси углерода при сжигании топлива, кг/т, определяем по формуле
(2.3)
где q2 – потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, % (табл. 2.4); R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, R=1 – для твердого топлива, R=0,5 – для газа, R=0,65 – для мазута [1]; – низшая теплота сгорания натурального топлива (табл. 2.1);
;
Таблица 2.2 Значение коэффициента c в зависимости от типа топки и топлива
| Тип топки | Топливо | c |
| С пневмомеханическими забрасывателями и неподвижной решеткой | Бурые и каменные угли | 0,0026 |
| С неподвижной решеткой и ручным забросом | Бурые и каменные угли | 0,0023 |
| С забрасывателями и цепной решеткой | Бурые и каменные угли | 0,0035 |
| Слоевая топка бытовых теплоагрегатов | Бурые угли | 0,0011 |
| Каменные угли | 0,0011 | |
| Антрацит, тощие угли | 0,0011 | |
| Шахтная | Твердое топливо | 0,0019 |
| Шахтно-цепная | Торф кусковой | 0,0019 |
| Наклонно-переталкивающая | Эстонские сланцы | 0,0025 |
| Камерные топкипаровых и водогрейных котлов | Мазут | 0,010 |
| Газ природный, попутный и коксовый | – |
Таблица 2.3 Средняя эксплуатационная эффективность аппаратов газоочистки и пылеулавливания
| Аппарат, установка | Эффективность улавливания твердых частиц h т, % |
| Батарейные циклоны типа БЦ-2 | |
| Батарейные циклоны на базе секции СЭЦ-24 | |
| Батарейные циклоны типа ЦБР-150У | 93–95 |
| Электрофильтры | 97–99 |
| Центробежные скрубберы ЦС-ВТИ | 88–90 |
| Жалюзийные золоуловители | 75–85 |
| Групповые циклоны ЦН-15 | 85–90 |
| Дымосос-пылеуловитель ДП-10 |
Таблица 2.4 Характеристика топок котлов малой мощности
| Тип топки и котла | Топливо | q2, % | q1, % |
| Топка с цепной решеткой | Донецкий антрацит | 0,5 | 13,5/10 |
| Шахтно-цепная топка | Торф кусковой | 1,0 | 2,0 |
| Топка с пневмомеханическими забрасывателями и неподвижной решеткой | Донецкий антрацит | 0,5–1 | 13,5/10 |
| Бурые угли типа подмосковных | 0,5–1 | 9/7,5 | |
| Бурые угли типа бородинских | 0,5–1 | 6/3 | |
| Угли типа кузнецких | 0,5–1 | 5,5/3 | |
| Слоевая топка котла паропроизводительностью более 2 т/ч | Эстонские сланцы | ||
| Камерная топка с твердым шлакоудалением | Каменные угли | 0,5 | 5/3 |
| Бурые угли | 0,5 | 3/1,5 | |
| Фрезерный торф | 0,5 | 3/1,5 | |
| Камерная топка | Мазут | 0,5 | 0,5 |
| Природный газ | 0,5 | 0,5 |
Валовой выброс оксидов азота, т/год, определяем по формуле
, (2.4)
где 
– параметр, характеризующий количество окислов азота, образующихся на 1 ГДж тепла, кг/ГДж (табл. 2.5); b – коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов NO2 в результате применения технических решений, принимаем b = 0,
.
Таблица 2.5 Зависимость КNO2 от паропроизводительности котлоагрегатов
| Паропроизводительность котлоагрегатов, т/ч | Значение КNO2 | |||
| Природный газ, мазут | Антрацит | Бурый уголь | Каменный уголь | |
| 4,0 | 0,099 | 0,13 | 0,198 | 0,215 |
| 6,0 | 0,1 | 0,135 | 0,165 | 0,225 |
| 8,0 | 0,102 | 0,138 | 0,213 | 0,228 |
| 10,0 | 0,103 | 0,14 | 0,215 | 0,235 |
| 15,0 | 0,108 | 0,15 | 0,225 | 0,248 |
| 20,0 | 0,109 | 0,155 | 0,23 | 0,25 |
| 25,0 | 0,11 | 0,158 | 0,235 | 0,255 |
| 30,0 | 0,115 | 0,16 | 0,24 | 0,26 |
Валовой выброс оксидов серы, т/год, только для твердого и жидкого топлива:
, (2.5)
где Sг – содержание серы в топливе, % (табл. 2.1); 
– доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива. Для эстонских или ленинградских сланцев принимается равной 0,8; остальных сланцев – 0,5; углей Канско-Ачинского бассейна – 0,2; Березовских – 0,5; экибастузских – 0,02; прочих углей – 0,1; торфа – 0,15; мазута – 0,2 [1]; 
– доля оксидов серы, улавливаемых в золоулавливателе; для сухих золоулавливателей принимается равной 0.
Тогда
.
Центробежный скруббер ЦС-ВТИ улавливает 90% твердых частиц, что обеспечивает незначительный валовой выброс твердых частиц в атмосферу – 0,85 кг/год. Газообразные вредные вещества не улавливаются сухим фильтром и попадают в атмосферу без очистки. Для снижения выбросов СО, NOx, SOх необходима разработка малотоксичных горелочных устройств.
Задача 2.2. Рассчитать массу выбросов (СО) в сутки от автомобилей на территории автопредприятия в зимнее время. Парк автомобилей состоит из 7 легковых машин и 25 автомобилей КАМАЗ грузоподъемностью 15 тонн. Средний пробег грузового автомобиля по территории предприятия в стуки равен 600 м, легкового – 400 м.
Решение. Объем i-го вещества, г, от j-го автомобиля на территории автопредприятия определяется по формуле
, (2.6)
где 
– удельный выброс i-го вещества при прогреве двигателя, г/мин (табл. 2.6); tпрог – время прогрева двигателя автомобиля, мин; 
– удельный выброс i-го вещества при поддержании постоянной скорости автомобиля 10–20 км/ч, г/км (табл. 2.6); L – пробег автомобиля по территории автопредприятия (въезд, выезд) в режиме поддержания постоянной скорости 10–20 км/ч; 
– удельный выброс i-го компонента при работе двигателя на холостом ходу, г/мин (табл. 2.6); tх.ход = 5 мин – время работы двигателя на холостом ходу при выезде и возврате с автопредприятия, мин.
Время прогрева двигателя легкового автомобиля в зимнее время принимаем равным 20 мин. Выбросы оксида углерода от одного легкового втомобиля
. Таблица 2.6 Выбросы загрязняющих веществ автомобилями [1]
Время прогрева двигателя грузового автомобиля в зимнее время принимаем равным 30 мин. Выбросы оксида углерода от одного КАМАЗа на территории предприятия
.
Выброс оксида углерода в сутки на территории автопредприятия всеми автомобилями
Объем выбросов оксида углерода в сутки на территории автопредприятия значителен – 8,02 кг/сутки. ПДКс.с оксида углерода (СО) равен 1 мг/м3. Для предотвращения превышения уровня СО над ПДКс.с и вредного влияния СО на организм рабочих необходимо поочередное прогревание двигателей и выезд автомобилей с территории автопредприятия.
Задача 2.3. Рассчитать валовой выброс частиц абразивной пыли от трех круглошлифовальных станков с диаметрами круга 300, 350, 400 мм. Станки работают в сутки по 6 часов, в год – 258 дней. Участок оборудован аппаратом сухой очистки воздуха циклон ЦН-15.
Решение. Валовой выброс абразивной пыли М, кг/год, одного станка рассчитываем по формуле
(2.7)
где gi – удельное выделение загрязняющих веществ при работе единицы оборудования в течение 1 с, г (табл. 2.7); t – время работы станка в день, ч; n – количество дней работы в году; k – количество станков данного типа,
;
;
.
Валовой выброс абразивных частиц от участка
(2.8)
где А – коэффициент, учитывающий исправную работу очистного устройства за год; h т – эффективность очистки, % (табл. 2.8).
Таблица 2.7 Удельный выброс загрязняющих веществ при работе единицы оборудования в течение 1 с, г [1]
| Тип станка | Наименование загрязнителя | Диаметр шлифовального круга, мм | Удельный выброс, г/с |
| Круглошлифовальный | Абразивная пыль | 0,0325 | |
| 0,043 | |||
| 0,047 | |||
| 0,05 | |||
| 0,065 | |||
| 0,075 | |||
| 0,086 | |||
| Плоскошлифовальный | Абразивная пыль | 0,036 | |
| 0,042 | |||
| 0,05 | |||
| 0,055 | |||
| 0,059 | |||
| 0,063 | |||
| Бесцентрошлифовальный | Абразивная пыль | 30–100 | 0,0126 |
| 400–500 | 0,019 | ||
| 480–600 | 0,025 | ||
| Заточный | Металлическая пыль | 0,0097 | |
| 0,01 | |||
| 0,02 | |||
| 0,037 | |||
| 0,038 | |||
| 0,041 | |||
| 0,0475 | |||
| 0,054 | |||
| 0,06 | |||
| 0,067 |
Таблица 2.8 Средняя эксплуатационная эффективность аппаратов
сухой очистки воздуха [1]
| Аппарат, установка | Эффективность улавливания твердых частиц h т, % |
| Циклоны ЦН–15 | 80–85 |
| Циклоны СДК-ЦН-33, СК-ЦН-34 | 85–93 |
| Групповые циклоны | 85–90 |
| Батарейные циклоны | 82–90 |
| Рукавные фильтры | 99 и выше |
| Сетчатые фильтры (для волокнистой пыли) | 93–96 |
| Индивидуальные агрегаты типа ЗИЛ-900, АЭ212 | |
| Циклоны ЛИОТ | 70–80 |
Коэффициент, учитывающий исправную работу очистного устройства,
, (2.9)
где N = 256 – количество дней исправной работы очистных сооружений в год; N1 – количество дней работы станков в год,
;
.
Аппарат очистки воздуха улавливает 80% абразивной пыли, выделяющейся при работе станков. Поэтому загрязнение атмосферного воздуха – в пределах нормы. Рабочим необходимо применять респираторы.
Задача 2.4. Определить количество NO2, образующейся при сжигании угля. Максимальная температура факела в топке 1653 К, коэффициент избытка воздуха на выходе из топки составляет 1,07. Расход топлива – 10,85 кг/с, содержание азота в топливе Nр = 0,5%. Теоретически необходимый объем воздуха V0 = 2,86 м3/кг. Объемы составляющих продуктов сгорания: 
= 0,56 м3/кг, 
= 2,27 м3/кг, 
= 0,60 м3/кг. Объем топки составляет 918 м3.
Решение. Объем сухих газов, м3/кг,
(2.10)
м3/кг.
Полный объем дымовых газов, м3/кг,
, (2.11)
м3/кг.
Определяем константу скорости реакции для различных топлив, м3/(моль? с),
(2.12)
где R = 8,31441 
103 – постоянная газовая универсальная, Дж/(К кмоль);
.
Концентрация кислорода в зоне реакции, моль/м3,
(2.13)
где Р = 9,81 104 Па – давление в топке.
.
Рассчитываем концентрацию азота в зоне реакции, моль/м3,
(2.14)
.
Находим константу равновесия, моль/м3,
(2.15)
.
Определяем равновесную концентрацию оксидов азота, моль/м3,
(2.16)
.
Начальная концентрацию атомарного азота, моль/м3,
(2.17)
где b – поправка на степень конверсии азота топлива, b = 0,02 для угля; b = 0,4 для торфа в топке с амбразурами; b = 0,5 для мазута [3];
.
Время пребывания продуктов сгорания в топке, с,
(2.18)
Определяем безразмерное время:
; (2.
.19)
Безразмерная концентрация NO
, (2.20)
.
Действительная концентрация NO, моль/м3,
(2.21)
.
Действительная концентрация NO2 при переходе всего NO в NO2, кг/м3,
(2.22)
.
При таких условиях работы топки в окружающую среду выделяется около 474 мг/м3 двуокиси азота. На эмиссию оксидов азота сильное влияние оказывает коэффициент избытка воздуха и температура в топочной камере.
