Расчет выбросов в атмосферу

Расчет проводится как для основного так и для резервного вида топлива.

Предварительно задаемся для нашего котла высотой Н = 20 м и диаметром устья дымовой трубы Dy = 400 мм, для обоснования выбора этих параметров необходимо произвести расчет выбросов вредных веществ в атмосферу.

 

Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу при работе котельной на природном газе.

 

Исходные данные

Теплота сгорания топлива Q^d_i = 35558 кДж/м³

Максимальный расход газа В_р = 842 м³/ч = 0,2338 м³/с.

Теоретический объем воздуха, необходимый для процесса горения                  V^о_в = 9,52 м³/м³

Объем продуктов сгорания V^о_г = 10,63 м³/м³

Температура дымовых газов на выходе из дымовой трубы t_г = 190 ºС;

Коэффициент избытка воздуха за котлом α = 1,05.

 

Расчет

Перепад между температурой уходящих дымовых газов и температурой окружающего воздуха:

 

∆T = t_г – t_ср.от = 190-(-1,8) = 191,8 ºС.

 

Объем дымовых газов, выходящих из дымовой трубы:

 

м³/ч=1,48м³/с

 

Скорость дымовых газов, выходящих из устья дымовой трубы:

 

W_г =  = 4V_г / πD²_у = 4х1,48/3,14х0,4² = 11,7 м/с.

 

Количество окислов азота выбрасываемых в атмосферу от трех котлов:

 

M_NO2 = 3В_р х Q^d_i х К^r_NO2 х β_r х β_t х β_α, г/с,

 

где К^r_NO2 – коэффициент выхода оксидов азота на 1 МДж газа, г/МДж;

 

К^r_NO2 = 0,0113х +0,03 = 0,0113х +0,03 = 0,045.

 

Β_р – расход газа м³/с; Q^d_i – теплота сгорания газа, МДж/ м³

β_r - коэффициент, учитывающий конструкцию горелки, β_r = 1;

β_t - коэффициент, учитывающий температуру воздуха на горелки, β_r = 1;

β_α - коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха, β_r = 1.

 

M_NO2 = 3х0,2338х35,588х0,045х1х1х1 = 0,37 г/с.

 

Концентрация окислов азота в приземном слое:

 

С_NO2 = Ах M_NO2хFxmxnxη/ Н²х  , мг/м³

 

где А – коэффициент зависящий от температурной стратификации атмосферы, А = 160; F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, для газообразных веществ F = 1; m, n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса; η - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабо пересеченной местности с перепадом высот, не превышающих 50 м на 1 км, η =1.

 

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f и v_м:

 

f = 1000х W²r x D_y / H² x ∆T = 1000х11,7²х0,4/20²х191,8 = 0,714,

 

т.к. f<100.

 

m = 1/(0,67 + 0,1х  + 0,34 х ) = 1/(0,67+0,1х +0,34х ) = 0,95;

 

v_м = 0.65 х  = 0,65х  = 1,6,

 

т.к. n = 1.

 

C_NO2 =  = 0,0051 мг/м³

 

Безразмерная концентрация:

 

Q = C_NO2 / ПДК_NO2 = 0,0051/0,085 = 0,06.

 

 

Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу при работе котельной на дизельном топливе

Исходные данные

Теплота сгорания топлива: Q^r_i = 43160 кДж/м³

Максимальный расход дизельного топлива: В_р = 695 кг/ч = 0,193 кг/с;

Теоретический объем воздуха, необходимый для процесса горения                  V^о_в = 10,8 м³/кг;

Объем продуктов сгорания V^о_г = 11,5 м³/кг;

Температура дымовых газов на выходе из дымовой трубы t_г = 190 ºС;

Коэффициент избытка воздуха за котлом α = 1,05.

 

Расчет

Перепад между температурой уходящих дымовых газов и температурой окружающего воздуха:

 

∆T = t_г – t_ср.от = 190-(-1,8) = 191,8 ºС.

 

Объем дымовых газов, выходящих из дымовой трубы:

 

м³/ч=1,48м³/с

 

Скорость дымовых газов, выходящих из устья дымовой трубы:

 

W_г =  = 4V_г / πD²_у = 4х1,48/3,14х0,4² = 11,7 м/с.

 

Количество окислов серы, выбрасываемых в атмосферу(в перещёте на SO₂) для трех котлов:

M_SO2 = 3х20хВ_р х S^p х (1 – η_SO2), г/с,

 

где В_р – расход дизельного топлива, кг/с; S^p – содержание серы в топливе на рабочую массу, S^p = 0,5 %; η_SO2 – для окислов серы, связываемых летучей золой топлива, для дизельного топлива η_SO2 = 0,02.

 

M_SO2 = 3х20х0,042х3х(1-0,02) = 1,25 г/с.

 

 

Концентрация окислов серы в приземном слое:

 

С_SO2 = Ах M_SO2хFxmxnxη/ Н²х  , мг/м³

 

Значения коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров f и v_м:

 

f = 1000х W²r x D_y / H² x ∆T = 1000х11,7²х0,4/20²х191,8 = 0,714,

 

т.к. f<100;

 

m = 1/(0,67 + 0,1х  + 0,34 х ) = 1/(0,67+0,1х +0,34х ) = 0,95;

 

v_м = 0.65 х  = 0,65х  = 1,6,

 

т.к. n = 1;

 

C_SO2 = 160х87,12х1х1,12х1х1/60²х  = 0,66 мг/м³

 

Количество окислов азота, выбрасываемого в атмосферу от трех котлов:

 

M_NO2 = 3В_р х Q^r_i х К^м_NO2 х β_t х β_α,г/с,

 

где К^м_NO2 – коэффициент выхода оксидов азота на 1 МДж мазута, г/МДж;

 

К^м_NO2 = 0,113х +0,03 = 0,113х +0,03 = 0,045,

 

где Β_р – расход газа кг/с; Q^r_i – теплота сгорания газа, МДж/ кг;

 

 

β_t - коэффициент, учитывающий температуру воздуха на горелки, β_t = 1;

β_α - коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха, β_α = 1.

 

M_NO2 = 3х0.193х43.16 х 0.045 х 1 х 1 = 1,12.

 

Концентрация окислов азота в приземном слое:

 

С_NO2 = Ах M_NO2хFxmxnxη/ Н²х  , мг/м³

 

 

С_NO2 = 160х1,12х1х1,15х1х1/ 20²х  = 0,008, мг/м³

 

Безразмерная концентрация:

 

Q = C_SO2 / ПДК_SO2 + C_NO2 / ПДК_NO2 =  +  = 0,14

 

Вывод

   

Из расчета выбросов вредных веществ в атмосферу при работе котельной на газе и дизельном топливе можно сделать вывод о том, что предварительный выбор высоты и диаметра устья дымовой трубы произведен верно, т.к. безразмерная концентрация вредных веществ меньше единицы:

- При работе котельной на газе: q = 0,06;

- При работе котельной на дизельном топливе: q = 0,14.

Концентрация в приземном слое не превышает предельно допустимую ПДК_NO2 = 0,085мг/м³ ; ПДК_SO2 = 0,5 мг/м³ при работе на газе:

- при работе котельной на газе: С_NO2 = 0,005 мг/м³

- при работе котельной на дизельном топливе: С_NO2 = 0,008 мг/ м³

                                                                           С_SO2 = 0,66 мг/м³