Как рассчитать выброс загрязняющих веществ

Как рассчитать выброс загрязняющих веществ


/ методичка_атмосфера

Раздел 1. Нормирование качества атмосферного воздуха

1.1. Расчет загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух от стационарных источников

Расчёты предназначены для определения выброса загрязняющих веществ в атмосферу с газообразными продуктами сгорания при сжигании органического топлива (например, в котлоагрегатах котельной, в плавильных печах металлургических предприятий).

Энергетические установки работают на различных видах топлива (твердом, жидком и газообразном). Выбросы загрязняющих веществ зависят как от количества и вида топлива, так и от типа устройства.

Учитываемыми загрязняющими веществами, выделяющимися при сгорании топлива, являются: твердые частицы, оксид углерода, оксиды азота, сернистый ангидрид (диоксид серы), пентоксид ванадия.

На энергетических установках используется твердое, жидкое и газообразное топливо.

Твердое топливо. В теплоэнергетике используют угли (бурые, каменные, антрацитовый штыб), горючие сланцы и торф.

Угли подразделяются на марки: А – антрацит; Б – бурый; Г – газовый; Д – длиннопламенный; Ж – жирный; ГЖ – газовые жирные; КЖ – коксовые жирные; К – коксовый; ОС – отощенный спекающийся; СС – слабоспекающийся; Т – тощий. В основу такого подразделения положены параметры характеризующие поведение углей в процессе термического воздействия на них. Самая низкая теплота сгорания у бурых углей, а самая высокая – у антрацитов.

По фракциям различают: П – (плита) более 100 мм; К – (крупный) 50-100 мм; О – (орех) 25-50 мм; М – (мелкий) 13-25 мм; С – (семечка) 6-13 мм; Ш – (штыб) 0-6 мм; р – (рядовой) шахтный 0-200 мм, к – карьерный 0-300 мм.

Фракция данной марки угля определяется исходя из меньшего значения самой мелкой фракции и большего значения самой крупной фракции, указанной в названии марки угля. Так, например, фракция марки ДКОМ (Д – длиннопламенный, К – 50-100, О – 25-50, М – 13-25 мм) составляет 13-100 мм.

Марки угля Д, Г и антрациты находят свое применение, как правило, в котельных. т.к. они могут гореть без поддува. В черной металлургии используются обычно марки Г, Ж для производства сталей и чугуна. Марки угля СС, ОС, Т применяются для получения электрической энергии. т.к. они имеют большую теплоту сгорания, но сжигание данного вида углей связано с технологическими трудностями, которые оправданы лишь в случае необходимости большого количества угля. Тощие трудновоспламеняемые угли используют как топливо для электровозов. Для полукоксования и производства цемента. извести. кирпича предназначены угли марок Б (3Б), Д и ДГ.

В процессе сжигания топлива часть его переходит в оксиды серы (SO2 SO3 ), азота (NO и NO2 ) и углерода (СО и СО2 ), основная часть минеральной составляющей превращается в летучую золу или сажу, уносимую дымовыми газами, а меньшая часть минеральной составляющей образует шлак.

Источником оксидов азота NOx на ТЭС, кроме азотосодержащих компонентов топлива, является молекулярный азот воздуха.

Жидкое топливо. В теплоэнергетике применяются мазут (малосернистный, сернистый, высокосернистый), сланцевое масло, дизельное и котельно-печное топливо.

В жидком топливе отсутствует пиритная сера, сера находится преимущественно в виде органических соединений, элементарной серы и сероводорода H2 S. Ее содержание зависит от сернистости нефти, из которой получен мазут. В состав золы мазута входят пентоксид ванадия V2 O5. а также Ni2 O3. AL2 O3. Fe2 O3. Si2 O3. MqO и др. оксиды. Зольность энергетических мазутов значительно ниже, чем углей (<0,3%). При неполном сгорании жидкого топлива в дымовых газах образуются липучие частицы сажи, которые способны адсорбировать бенз(а)пирен, в результате чего ее частицы приобретают канцерогенные свойства.

Газообразное топливо. Природный газ - топливо беззольное, как правило, не содержит и соединений серы. При полном его сгорании из токсичных веществ образуются только оксиды азота (NO и NO2 ) и диоксид углерода СО2. при неполном сгорании - оксид углерода СО и некоторые углеводороды (Сх Ну. бенз(а)пирен).

Водород. В настоящее время развивается водородная энергетика, поскольку водород (Н2 ) является наиболее экологически чистым видом топлива.

Теплотворная способность различных видов топлива неодинакова:

Qугля = 19600 кДж/кг

Qмазут = 38800 кДж/кг

Qгаза = 36100 кДж/кг

Qводорода = 143000 кДж/кг.

Следовательно, 1 кг угля в энергетическом отношении равноценен 0,51 кг мазута, 0,54 кг газа и 0,13 кг водорода.

1.1.1. Расчет массы выброса загрязняющих веществ

Масса выбрасываемых котельным агрегатом или другим видом теплогенератора токсичных веществ в общем случае рассчитывается по формуле:

где М - количество загрязняющего вещества, г/с;

V - объем выбросных газов, м 3 /с;

q - концентрация загрязняющего вещества в газе, г/м 3 .

При сжигании топлива объем выбросных (дымовых) газов зависит от вида и качества топлива, а также от коэффициента избытка воздуха - a (приложение, табл.

П. 1). Объем продуктов сгорания на единицу массы сжигаемого топлива рассчитывается по эмпирическим уравнениям, приведенным в табл.1.3, либо берется из технических характеристик используемого топлива в % (приложение, табл. П. 2).

Расчетные характеристики различных видов топлива

1 V – летучие вещества, являются показателем качества, характеризующими пригодность топлива для энергетических или технологических целей, воспламеняемость топлива и быстроту его сгорания (чем выше в топливе выход летучих веществ, тем оно имеет меньшую температуру воспламенения);

2 А – зола, является негорючим остатком минеральных примесей, получающимся после сгорания топлива, ее наличие понижает качество топлива, увеличивает расходы на транспортировку и удаление золы из топок.

Количество оксидов азота в дымовых газах находится в сложной зависимости от энергетических свойств топлива, температуры сгорания, времени пребывания продуктов сгорания в высокотемпературной зоне, коэффициента избытка воздуха. В первом приближении для котельных агрегатов его можно принять равным (в мг NO2 на каждый м 3 дымовых газов): 120 - 150 (каменный уголь), 160 - 220 (мазут), 200 - 250 (природный газ). Далее, исходя из объема продуктов сгорания и количества сжигаемого топлива, рассчитывается количество образовавшихся оксидов азота.

Расчет количества оксидов серы в пересчете на SO2 (т/год, т/ч, г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами при сжигании органического топлива в технологическом процессе в единицу времени выполняется по формуле:

где В - расход топлива (т/год, т/ч, г/с);

- содержание серы в топливе (масс, %), приведенное в табл.1.3;

- доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле (табл. 1.4);

- доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц. Доля оксидов серы, улавливаемых в сухих золоуловителях (электрофильтрах, батарейных циклонах), принимается равной нулю, в мокрых золоуловителях (скрубберы) эта доля зависит от общей щелочности орошающей воды и приведенной сернистости топлива Sn= 103·Sr/QPH . Для принятых на ТЭС удельных расходов воды на орошение золоуловителей 0,1-0,15 л/м 3 эта зависимость показана на диаграмме (рис. 1.1).

Ориентировочные значения при сжигании различных видов топлива

Рис. 1.1. Зависимость степени улавливания оксидов серы в мокрых золоуловителях от приведенной сернистости топлива и щелочности орошаемой воды. Щелочность орошаемой воды: 1 – 10 мг-экв./л; 2 – 5 мг-экв./л; 3 – 0 мг-экв./л.

Количество оксидов углерода(г/с, т/год), выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива, вычисляется по формуле:

q4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, % (табл. П 1).

Выход оксида углерода определяется по формуле

гдеR– коэффициент, учитывающий долю потерь теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную содержанием СО в продуктах сгорания;Rпринимает равным: для твердого топлива – 1,0; для газа – 0,5; для мазута – 0,65;

Суммарное количество твердых частиц(летучей золы и несгоревшего топлива), выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами при отсутствии эксплуатационных данных о содержании горючих частиц в уносе, рассчитывается по формуле:

Количество летучей золы. выбрасываемой в атмосферу с дымовыми газами от теплогенератора при сжигании твердого и жидкого топлива, рассчитывается из соотношения:

При отсутствии необходимости в более точных расчетах количества летучей золы можно воспользоваться более краткой формулой:

В формулах 1.9-1.11:

В - расход топлива (т/год, т/ч, г/с);

- зольность топлива, % (табл. 1.3, П 2);

QPH – низшая теплота сгорания, кДж/кг (табл. 1.3, П 2);

q4 – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, % (табл. П 1);

η3 – доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителе, зависит от типа золоуловителя, марки топлива и мощности ТЭС. Для ТЭС мощностью 500 МВт и выше η3 равна 0,99-0,995, при меньших мощностях η3 = 0,93-0,97 (большие цифры относятся к многозольным топливам).

QУН – доля золы, уносимой из котла, зависит от конструкции топки: для топок с твердым шлакоуловителем составляет 0,95 и 0,70-0,75 для открытых и полуоткрытых топок с жидким шлакоудалением (табл. П 1).

- доля золы, уносимой дымовыми газами. Зависит от вида, марки топлива и от типа топки. Для угольных топок колеблется в интервале 0,002 - 0,008. В случае мазутных топок составляет 0,02.

Количество твердых частиц несгоревшего топливаМНТ . т/год, г/с, образующихся в топке в результате механического недожога топлива (несгоревшее топливо) и выбрасываемых в атмосферу в виде коксовых остатков (при сжигании твердого топлива) или в виде сажи (при сжигании мазута), определяют по формуле:

Для веществ, обладающих суммацией вредного действия, аналогично рассчитывается суммарный выброс Мсум.

(г/с), условно приведенный к выбросу одного из них:

где - мощности выброса каждого из n веществ;

ПДК1. ПДК2. ПДКn - максимальные разовые предельно допустимые концентрации этих веществ.

К вредным веществам, обладающим суммацией действия, относятся, как правило, близкие по химическому строению и характеру влияния на организм человека, например:

диоксид серы и аэрозоль серной кислоты;

диоксид серы и сероводород;

диоксид серы и диоксид азота;

диоксид серы и фенол;

диоксид серы и фтористый водород;

диоксид и триоксид серы, аммиак, оксиды азота;

диоксид серы, оксид углерода и диоксид азота.

1.1.2. Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ

Газовые выбросы на определенном расстоянии от трубы достигают земли. Приземная концентрация быстро растет до максимальной величины и затем по мере отдаления от трубы медленно убывает. Схема распространения загрязняющих веществ от одиночного источника приведена на рис. 1.2.

Рис.1.2. Аксонометрическая схема изменения приземной концентрации загрязняющего вещества для одиночного источника выбросов

Максимальное значение приземной концентрации загрязняющего вещества при выбросе газовоздушной смеси из одиночного источника достигается на расстоянии Хм (м) от источника и определяется по формуле:

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (рис. П 1);

М - масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Значение безразмерного коэффициента F для газообразных вредных веществ и аэрозолей, у которых скорость упорядоченного оседания близка к нулю, принимается равной 1, а для пыли и золы при отсутствии очистки - 3.

m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

Н - высота источника выброса над уровнем земли, м;

 - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. В случае ровной или слабопересеченной местности =1;

Т - разность между температурой выбросных (дымовых) газов на уровне устья трубы tуст. и средней максимальной температурой наружного воздуха наиболее жаркого месяца года в данной местности tср.макс. (табл. П 10);

V – секундный объем выбросных (дымовых) газов, приведенный к температуре на уровне устья трубы, .

Расстояние xм (м) от источника выбросов, для которого приземная концентрация достигает максимального значения См. находится по формуле:

где безразмерный коэффициент d, в свою очередь, при f<100 определяется из соотношений:

При f<100 или DТ»0 значение d находится по формулам:

Приземная концентрация в любой точке, расположенной с подветренной стороны от трубы С (мг/м 3 ), определяется по формуле

Здесь - безразмерный коэффициент, учитывающий уменьшение приземной концентрации вдоль ветровой оси, проходящей через источник выброса загрязняющих веществ. Зависит от отношения расстояния х до расчетной точки от источника к расстоянию хм. от источника до точки, где наблюдается максимальная концентрация (х/хм ). Определяется по формулам:

при х/хМ ≤ 1 (1.20)

- безразмерный коэффициент уменьшения приземной концентрации на расстоянии y от ветровой оси на линии, перпендикулярной этой оси. Определяется по рис.3 в зависимости от расчетной скорости ветра (U, м/с), и отношения по аргументу :

Рис. 1.3. Безразмерный коэффициент S2 .

1.1.3. Определение предельно допустимых выбросов

Основным средством для соблюдения предельно допустимых концентраций вредных веществ в приземном слое атмосферы является установление нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) в атмосферу. ПДВ устанавливают таким образом, чтобы выбросы вредных веществ от данного источника в данном районе с учетом перспективы его развития и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создавали приземные концентрации, превышающие предельно допустимые концентрации (ПДКм.р. ).

Нормативы предельно допустимых выбросов устанавливаются на основании расчета приземных концентраций (т.е. расчета См - максимальной приземной концентрации) и сопоставления результатов расчета с предельно допустимыми концентрациями. Величина ПДВ определяется в виде массы выбросов в единицу времени, в граммах в секунду. Для одиночного источника с круглым устьем рекомендуется формула

где Сф - фоновая концентрация . которая характеризует загрязнение атмосферы в населенном пункте, создаваемое другими источниками, исключая, данный. Фоновая концентрация относится к тому же интервалу осреднения воздействия ( 20 минут), что и максимальная разовая ПДК. В общем случае должно соблюдаться условие С+Сф  ПДКм. р.

Для группы веществ, обладающих суммацией вредного действия, значения концентраций всех этих веществ приводятся условно к концентрации одного из них:

где - приведенная суммарная концентрация;

С1 и ПДК1 - концентрация и предельно допустимая концентрация вещества, к которому осуществляется приведение;

С2. Сn и ПДК2. ПДКn - концентрации и предельно допустимые концентрации других веществ, входящих в рассматриваемую группу суммации.

Соответственно для них рассчитывается суммарное приведенное ПДВ по формуле 1.22 с учетом суммарной приведенной фоновой концентрацией этих веществ (см. формулу 1.23).

Полученное значение суммарного приведенного ПДВ будет включать в себя:

где ПДВ1 - предельно допустимый выброс вещества, к которому осуществляется приведение;

- предельно допустимые выбросы остальных веществ, приведенные к одному и тому же веществу.

Для нахождения истинных значений предельно допустимых выбросов остальных веществ необходимо величину трансформировать, совершив операцию, обратную приведению:



как рассчитать выброс загрязняющих веществ:/ методичка_атмосфера Раздел 1. Нормирование качества атмосферного воздуха 1.1. Расчет загрязняющих веществ, поступающих в атмосферный воздух от стационарных источников Расчёты

как рассчитать выброс загрязняющих веществ

Как рассчитать выброс загрязняющих веществ 2 10 10