Расчётная часть. Задание

 

Задача №1. ТЭЦ машиностроительного завода. Топливо – многосернистый мазут. Преобладающий компонент в выбросе – сернистый газ.

С_ф = 0,2мг/м, Н = 50м, Т_г = 60⁰С, Т_в = 30⁰С, V_i = 40м³/с.

 

Задача №2. Установка по термическому обезвреживанию не подлежащих утилизации твердых промышленных отходов.Преобладающий загрязняющий компонент – фтористый водород.

V_i=200м³/с, С_ф=0,H=25м, Т_г=90⁰C, Т_в=30⁰С.

Задача№3. Общеобменная вентиляция формовочного участка литейного цеха машиностроительного предприятия. Преобладающий по концентрации загрязняющий компонент – пыль. 

С_ф=0.3мг/м, H=30м, V_i=20м³/с, D=1,0м.

Задача №4. Вытяжная труба из бокса для окраски автомобилей. Преобладающий компонент выброса – ацетон.

С_ф=0, H=25м, V_i=3м³/c, D=1,0.

Практическая работа 2. Расчёт выбросов загрязняющих веществ

При сжигании углеводородного топлива на ТЭС

 

Цель работы: Освоение методики расчёта количества вредных веществ, поступающих в атмосферный воздух при сжигании топлива в топках котельных агрегатов на ТЭС.

 

Теоретическая часть

Предприятия, вырабатывающие электроэнергию на базе органического топлива, называются тепловыми электростанциями (ТЭС). При сжигании топлива химическая энергия превращается в тепловую энергию пара, которая затем в паровой турбине переходит в механическую энергию, а турбогенератор делает ее уже электрической.

Тепловой КПД обычной ТЭС весьма низкий - 37-39%. Почти 2/3 тепловой энергии и остатков бывшего топлива в буквальном смысле вылетают в трубу, нанося вред окружающей среде.

Предприятия, вырабатывающие как электрическую, так и тепловую энергию, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Электрическая энергия ТЭЦ подается в электросеть, а тепловая - в теплопроводы.

Тепловые электростанции и теплоэлектроцентрали, вырабатывающие электрическую и тепловую энергию на базе сжигания органических видов топлива, оказывают значительное отрицательное воздействие на окружающую среду.

Существенное влияние на состав образующихся вредных веществ при сжигании топлива оказывают:

1) его вид;

2) режим горения.

Виды топлива

Твердое топливо

В качестве твердого топлива в теплоэнергетике используют угли (бурые, каменные, антрацитовый штыб), горючие сланцы и торф.

Горючая часть топлива включает органическую, состоящую из углерода, водорода, кислорода, органической серы, и неорганическую части (в состав горючей части топлива ряда месторождений входит пиритная сера FeS₂).

Негорючая (минеральная) часть топлива состоит из влаги и золы. Основная часть минеральной составляющей топлива переходит в процессе сжигания в летучую золу, уносимую дымовыми газами. Другая часть в зависимости от конструкции топки и физических особенностей минеральной составляющей топлива может превращаться в шлак. Зольность отечественных углей колеблется в широких пределах (10 - 55 %). Соответственно изменяется и запыленность дымовых газов, достигая для высокозольных углей 60—70 г/м³.

Обычно зола состоит из оксидов кремния, алюминия, титана, калия, натрия, железа, кальция, магния. Кальций в золе может присутствовать в виде свободного оксида, а также в составе силикатов, сульфатов и других соединений.

Современные анализы минеральной части твердых топлив показывают, что в золе в небольших количествах могут быть и другие элементы, например, германий, бор, мышьяк, ванадий, марганец, цинк, уран, серебро, ртуть, фтор, хлор. Микропримеси перечисленных элементов распределяются в различных по размерам частиц фракциях летучей золы неравномерно, и обычно их содержание увеличивается с уменьшением размеров этих частиц.

Содержание серы (сернистость) в углях зависит от месторождения и составляет 0,3 - 6,0 %. Сернистость горючих сланцев достигает 1,4—1,7 %, торфа—0,1 %.

 

Жидкое топливо

В качестве жидкого топлива в теплоэнергетике применяются мазут, сланцевое масло, дизельное топливо. В состав золы мазута входят пентаоксид ванадия (V₂О₅), а также Ni₂O₃, А1₂0₃, Fe₂O₃, SiO₂, МgО и другие оксиды. Зольность мазута не превышает 0,3 %. При полном его сгорании содержание твердых частиц в дымовых газах составляет около 0,1 г/м³.

В жидком топливе отсутствует пиритная сера (FeS₂). Сера в мазуте находится преимущественно в виде органических соединений, элементарной серы и сероводорода. Ее содержание зависит от сернистости нефти, из которой получен мазут.

Топочные мазуты в зависимости от содержания в них серы подразделяются на:

- малосернистые - содержание серы Sp < 0,5 %;

- сернистые Sp = 0,5-2,0 %;

- высокосернистые Sp > 2,0 %.

Газообразное топливо

Это наиболее “чистое” органическое топливо, так как при его полном сгорании из токсичных веществ образуются только оксиды азота. При неполном сгорании в выбросах присутствует оксид углерода (СО – угарный газ).

ТЭС на природном газе значительно экологичнее угольных, мазутных и сланцевых., Но добыча газа и прокладка тысячекилометровых трубопроводов, особенно в северных районах страны, где сосредоточены месторождения газа наносят вред (почвам, лесам, тундре, животным).

В составе загрязняющих веществ, характерных для объектов газовой промышленности, обычно выделяют сероводород H₂S.

Природные газы различаются содержанием сероводорода. Например, природные газы Оренбургского месторождения содержат 4-6 % сероводорода, астраханского - 25 %. В Канаде эксплуатируются газовые месторождения с содержанием сероводорода до 50 %. Газы нефтепереработки могут содержать от 0,5 до 15 % сероводорода.

 

Режим горения

При сжигании органического топлива различают 4 режима горения:

- нейтральное (стехиометрическое или полное сгорание топлива при коэффициенте избытка воздуха α=1),

- окислительное (полное сгорание при небольшом избытке воздуха α>1), - восстановительное (неполное сгорание при недостатке воздуха α<1),

- смешанное (окислительно-восстановительное, характерное для горения твердого топлива при неравномерном взаимодействии поверхностей его частиц с воздухом, когда α>1).

 

Перечисленные факторы влияют на выброс всех вредных веществ, содержащихся в дымовых газах - золы, оксидов азота, углерода, серы, оксидов ванадия (в основном выделяется пентаоксид ванадия V₂О₅).

Задание для практической работы:

1. Выписать в рабочую тетрадь цель работы и сведения по своему варианту задания;

2. Произвести расчёт валового и максимально разового выброса вредных веществ для 2-х случаев:

а) за котлом установлен аппарат по очистке отходящих газов;

б) аппарат по очистке отсутствует.

3. Используя информацию сети Интернет дать краткую характеристику аппаратуры для очистки очищаемых газов;

4. Для каждого вредного вещества записать предельно допустимую концентрацию (среднесуточную и максимально разовую) в атмосферном воздухе населенных пунктов. Используя информацию сети Интернет дать краткую характеристику воздействия вредных веществ на окружающую среду.

5. Оформить вывод и сдать работу на проверку преподавателю.

Варианты заданий для практической работы

№ варианта	Топливо  (табл.1)	Отопитель ный период (Дни - Выразить в часах)	Паропроиз водительность котла т/час (П) (табл. 5)	Тип топки (табл.2) Коэффициент χ (табл. 2)	КПД %	Коэффициенты q3 и q4 (табл.4)	Аппаратов пылеулавливания и газоочистки отходящих газов котельных (табл.6)
1	24	234	0,2	2.6-6.1	30	1	1
2	18	198	0,5	2.1 – 1.1	32	5	2
3	34	246	2,0	2.5 – 5.2	30	6	5
4	10	175	1,0	2.2	38	2	7
5	31	215	0,25	2.5 – 5.1	35	6	3
6	15	240	4,0	2.1 – 1.3	32	5	6
7	4	180	0,25	2.6 -6.1	39	1	2
8	19	182	0,7	2.2	39	2	6
9	30	97	0,2	2.4	37	3	2
10	2	205	10,0	2.7 – 7.2	33	1	1
11	5	176	0,7	2.1 – 1.1	37	5	7
12	17	184	6,0	2.3	35	3	6
13	34	237	20,0	2.5 – 5.2	31	6	5
14	21	195	15,0	2.6 – 6.2	38	4	6
15	13	172	2,5	2.7 – 7.1	35	1	3
16	27	236	25,0	2.3	35	3	3
17	33	206	8,0	2.5 – 5.1	35	6	7
18	35	240	30,0	2.5 -5.2	32	6	5
19	23	184	10,0	2.7 – 7.1	36	1	6
20	29	179	4,0	2.3	37	3	2

Методика расчётов

Настоящая методика предназначена для расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с газообразными продуктами сгорания при сжигании твердого топлива, мазута и газа в топках промышленных и коммунальных котельных агрегатов и теплогенераторов производительностью до 30 т/ч.

При сжигании твердого топлива наряду с основными продуктами сгорания (CO₂, H₂O) в атмосферу поступают твердые частицы (летучая зола с частицами несгоревшего топлива), оксиды серы, углерода и азота.

При сжигании мазутов с дымовыми газами выбрасываются оксиды углерода, серы, азота и мазутная зола (в пересчете на соединения ванадия).

При сжигании газа с дымовыми газами выбрасываются диоксид азота, оксид углерода.

Выбросы загрязняющих веществ зависят как от количества и вида топлива, так и от типа котельного агрегата.