Экология

Выбросы продуктов сгорания органического топлива загрязняют атмосферу и оказывают вредное влияние на живые организмы, увеличивают износ механизмов, вызывают коррозию металла, разрушают строительные конструкции зданий и сооружений.

Количество и компонентный состав загрязняющих веществ зависят как от и вида топлива, так и от типа энергетической установки.

К основным мероприятиям, обеспечивающим чистоту воздушного бассейна вокруг проектируемой мини-ТЭЦ, относятся:

- использование газообразного топлива;

-оптимизация режимов сжигания топлива;

-установка дымовых труб необходимой высоты.

Дымовые трубы обеспечивают отвод дымовых газов и рассеивание в атмосфере вредных примесей. Выбор высоты и количества, устанавливаемых на котельной дымовых труб производится таким образом, чтобы степень загрязнения приземного слоя воздуха выбросами из дымовых труб не превышала ПДК вредных примесей.

Источниками выделения загрязняющих веществ от предприятия являются газопоршневой агрегат GE Jenbaher JMS 320 GS-N.L, паровой котёл ДЕ 10-14ГМ мощностью 6,63МДж и паровой котёл ДЕ 25-14ГМ мощностью 16,6 МДж. Источником выбросов от котлов является дымовая труба высотой 45 метров, а от микротурбины – труба высотой 40 метров.

Для ГПА GE Jenbaher JMS 320 GS-N.L характерны следующие значения выбросов вредных веществ: NOx – не более 500 мг/м³, СО – не более 650 мг/м³ на м³ сухих дымовых газов при нормальных условиях и контрольном содержании кислорода в дымовых газах – 5%.

Основным видом топлива для выше перечисленных источников выделения является природный газ.

12.1 Расчет массовых выбросов от котлов ДЕ 10-14ГМ и ДЕ 25-14ГМ

Массовый выброс оксида углерода определяется по формуле 12.1:

(12.1)

где – выход оксида углерода при сжигании топлива, г/нм³;

– фактический расход топлива на работу котла при максимальной нагрузке, тыс.м³/год;

– потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %. При сжигании природного газа принимается равным нулю.

Выход оксида углерода при сжигании топлива определяется по формуле 12.2:

(12.2)

где – потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива. По приложению В таблица В1 [5] для природного газа принимаем

– коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива. При сжигании природного газа принимаем [5];

– низшая теплота сгорания топлива, МДж/м³.

Фактический расход топлива на работу котла при максимальной нагрузке определяется по формуле 12.3:

(12.3)

где N – расчетная нагрузка котла, МВт;

η - коэффициент полезного действия котла, %.

Максимальный расход топлива на котлы:

где – суммарная теплопроизводительность котлов, Гкал/час;

– низшая теплота сгорания топлива, ккал/м³;

– КПД котла, %.

Определяем массовый выброс оксида углерода, т/год:

Массовый выброс оксидов азота в пересчете на диоксид азота, т/год:

(12.4)

где – удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г/МДж;

– коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки, для дутьевых горелок напорного типа принимаем =1,0;

– коэффициент, учитывающий температуру воздуха подаваемого на горение, определяется по формуле 12.5:

(12.5)

где t_пв- температура подаваемого на горение воздуха.

– коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота;

– коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру.

Так как установленные котлы не оснащены системой рециркуляции дымовых газов и ступенчатым вводом воздуха принимаем и равными 1.

Определяем удельный выброс оксидов азота по формуле 12.6:

(12.6)

где В_s – расчетный расход топлива на работу котла, м³/с.

При расчете массовых выбросов В_s рассчитывается по формуле:

(12.7)

При расчете максимальных выбросов В_s рассчитывается по формуле:

(12.8)

где Т – общее количество часов работы котла за год на данном виде топлива.

где 222 - продолжительность отопительного периода, дней.

м³/с,

Массовый выброс оксидов азота в пересчете на диоксид азота, т/год:

Максимально разовый выброс оксида углерода определяется по формуле 12.9:

(12.9)

Определяем максимально разовый выброс оксидов азота в пересчете на диоксид азота:

(12.10)

12.2 Расчет массовых выбросов от ГПА GE Jenbaher JMS 320 GS-N.L

Объем сухих дымовых газов за ГПА при нормальных условиях:

(12.11)

где – теоретический объем дымовых газов, м³/м³;

– коэффициент избытка воздуха;

– теоретически необходимый объем воздуха, м³/м³;

– теоретический объем водяных паров, м³/м³;

– плотность природного газа, кг/м³.

Объем сухих дымовых газов на кг топлива за ГПА при нормальных условиях равен:

Массовый выброс оксидов азота в пересчете на диоксид азота:

(12.12)

где – удельный выброс NO_x, г/кг;

В – расход топлива в камере сгорания, кг/с.

, (12.13)

где C – концентрация оксидов азота в отработавших газах в пересчете на NO_х, г/м³, при нормальных условиях.

Массовый выброс оксидов азота в пересчете на диоксид азота равен:

Массовый выброс оксида углерода определяется по формуле:

(12.14)

где – удельный выброс СO, г/кг.

(12.15)

Массовый выброс оксида углерода равен:

Максимальный расход топлива:

Максимально разовый выброс оксидов азота в пересчете на диоксид азота равен:

Максимально разовый выброс оксида углерода равен:

12.3 Расчет максимальной приземистой концентрации при работе котла ДЕ 10-14ГМ и котла ДЕ 25-14ГМ на дымовую трубу высотой 30 м.

Объём дымовых газов, проходящих по дымовой трубе, определяется по формуле 12.16:

(12.16)

где - теоретический объём дымовых газов образующихся при полном сжигании 1 м³топлива, м³/м³;

- теоретический объём воздуха, необходимый для полного сгорания 1 м³топлива, м³/м³;

α - коэффициент избытка воздуха;

- температура уходящих дымовых газов.

Определяем скорость газа на выходе из дымовой трубы:

(12.17)

где D_у – диаметр устья дымовой трубы, м.

Параметр определяется по формуле:

(12.18)

где Н – высота дымовой трубы, м;

- разность температур выбрасываемых дымовых газов и окружающего атмосферного воздуха. Температуру окружающего воздуха принимают по средней температуре самого холодного месяца

Выбросы, для которых относят к нагретым, а для которых - к холодным.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества () при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприятных метеорологических условиях и определяется по формуле 12.19:

(12.19)

где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе. Для Европейской территории бывшего СССР [6];

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. F = 1 [6];

m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источников выбросов;

- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км, [6].

Коэффициент m определяется по формуле:

(12.20)

Коэффициент n при определяется в зависимости от (максимальная скорость ветра, м/с).

Для нагретых выбросов параметр определяется по формуле:

(12.21)

При безразмерный коэффициент n принимаем равным 1.

Определим максимальные приземные концентрации вредных веществ:

- диоксида азота (включая NO в пересчете на NO₂):

- оксида углерода:

12.4 Расчет максимальной приземистой концентрации при работе ГПА GE Jenbaher JMS 320 GS-N.L на дымовую трубу высотой 15 м.

Объём дымовых газов, проходящих по дымовой трубе, определяется по формуле 12.16:

Определяем скорость газа на выходе из дымовой трубы по формуле 12.17:

Параметр определяется по формуле 12.18:

Выбросы, для которых относят к нагретым, а для которых - к холодным.

Коэффициент m определяется по формуле 12.20:

Коэффициент n при определяется в зависимости от (максимальная скорость ветра, м/с).

Для нагретых выбросов параметр определяется по формуле 12.21:

При безразмерный коэффициент n принимаем равным 1.

Определим максимальные приземные концентрации вредных веществ:

- диоксида азота (включая NO в пересчете на NO₂):

- оксида углерода:

Результаты расчета сводим в таблицы 12.1–12.3.

Таблица 12.1 – Массовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу

Источник выделения	Размерность	Загрязняющее вещество

Котел ДЕ 10-14ГМ и ДЕ 25-14ГМ 23,2 МВт	т/год	7,97
GE Jenbaher JMS 320 GS-N.L	т/год	5,36	0,31

Продолжение таблицы 12.1

Итого

т/год

14,12

79,98

Таблица 12.2 – Максимально разовые выбросы загрязняющих веществ

Источник выделения	Размерность	Загрязняющее вещество

Котел ДЕ 10-14ГМ и ДЕ 25-14ГМ 23,2 МВт	т/год		76,8
ГПА GE Jenbaher JMS 320 GS-N.L	т/год	5,77	0,39
Итого	т/год	14,56	81,47

Таблица 12.3 – Максимальные приземистые концентрации загрязняющего вещества при его рассеивании

Источник выделения	Размерность	Загрязняющее вещество

Дымовая труба H = 30 м	мг/м³	0,11	0,042
Дымовая труба H = 15 м	мг/м³	0,008	0,015
Итого	мг/м³	0,118	0,057

Сравним рассчитанные максимальные приземные концентрации с максимально разовыми ПДК вредных веществ:

Анализ расчета рассеивания показал, что превышения ПДК по всем ингредиентам на всей расчетной площадке отсутствуют. Дымовая труба высотой H = 30 м диаметром устья D_у = 1,0 м для котлов ДЕ 10-14ГМ и котла ДЕ 25-14ГМ, а также дымовая труба высотой H = 15 м и диаметром устья D_у = 0,4 м для ГПА GE Jenbaher JMS 320 GS-N.L удовлетворяют условиям рассеивания вредных веществ в атмосфере.

12.5 Расчет налога за выброс в окружающую среду СО и NO_х

Наряду с рациональным сжиганием топлива, предотвращения чрезмерное загрязнение воздушного бассейна используется 3-е направление, когда выброс (нормированный выброс) не улавливается, а сбрасывается в окружающую среду. В этом случае рассчитывается валовой выброс G_СО(т/год) и G_NO_х (т/год).

Как было рассчитано выше:

Руководствуясь цифрами налога за выброс 1 тонны СО и NO_х (Ц_СО= =975910 руб./т, Ц_N_О2 = 5941040 руб./т), находим величину годового налога за выброс печью рассмотренного в дипломном проекте участка: