Практическая работа 2.3. 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.

 

Задание для практической работы:

1. Ознакомиться с теоретической частью;

2. Решить вариант своего задания;

3. Ответить на контрольные вопросы и привести основные термины и их определения;

5. Оформить и сдать преподавателю отчёт по работе.

 

Требования к отчёту

1. Отчёт должен содержать основные термины, применяемые в данной работе и ответы на все контрольные вопросы.

2. Отчёт должен содержать решение задачи.

3. Общий вывод по заданию.

 

Задание для самостоятельной работы

 

1. Подготовить текст доклада «Воздействие выбросов автомобильного транспорта на ОС», «Воздействие загрязняющих веществ возникающих при сжигании твёрдого и газового топлива на человека и ОС» и презентацию к ним в виде слайдов или мини фильма.

2. Подготовиться к ответам на контрольные вопросы по теме.

 

Требования к отчёту

1. Отчёт должен содержать основные термины, применяемые в данной работе и ответы на все контрольные вопросы.

2. Отчёт должен содержать решение 1-й задачи из каждого задания.

3. Общий вывод по заданию.

 

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  (по табл.2.3.2)	Отопитель ный период (Дни - Выразить в часах)	Паропроиз водительность котла т/час (П) (по табл. 2.3.6)	Тип топки (табл.2) Коэффициент χ (по табл. 2)	КПД %	Коэффициенты q3 и q4 (по табл.4)	Аппаратов пылеулавливания и газоочистки отходящих газов котельных (по 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.