Разработка проекта предельно-допустимых выбросов в атмосферу для стационарного источника загрязнения

СОДЕРЖАНИЕ АННОТАЦИЯ ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРЕДПРИЯТИИ

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ КАК ИСТОЧНИКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

2.1 Краткая характеристика технологии производства и оборудования

2.2 Расчет расхода топлива нормативным способом

3. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

3.1 Расчет выбросов оксидов азота

3.2 Расчет выбросов оксидов серы

3.3 Расчет выбросов оксида углерода

3.4 Расчет выбросов твердых загрязняющих веществ

3.4.1 Суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива)

3.4.2 Количество летучей золы, входящее в суммарное количество твердых частиц

3.4.3 Количество сажи при сжигании мазута

3.4.4 Количество выбросов мазутной смолы в пересчете на ванадий

3.4 Расчет выбросов бенз (а)пирена

3.5 Объем газовоздушной смеси

3.6 Скорость выхода дымовых газов

4. РАСЧЕТ И АНАЛИЗ РАССЕИВАНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ

5. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ПРИРОДООХРАННЫХ И КОМПЕНСАЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

5.1 Организация санитарно-защитной зоны

5.2 Разработка мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

5.2.1 Подбор пылегазоочистного оборудования

5.2.2 Расчет выбросов после установки очистного оборудования

5.2.3 Расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере после установки очистного оборудования

5.3 Определение графика контроля за выбросами

5.4 Расчет платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарного источника ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ АННОТАЦИЯ Тема курсового проекта: «Разработка проекта предельно-допустимых выбросов в атмосферу для стационарного источника загрязнения».

Объем курсового проекта 53 страницы, он содержит 2 рисунка, 8 таблиц, 17 источников литературы.

Ключевые слова: выбросы, котельная, ПДВ, санитарная зона.

Объектом исследования дипломного проекта является котельная установка с водогрейным котлом ДЕ-4−14.

Предмет исследования — производственные вредные выбросы.

Курсовой проект состоит из введения, пяти глав и заключения.

Во введении обосновывается актуальность разрабатываемой темы, формулируются цель и задачи исследования, указывается объект и предмет исследования.

В первой главе представлены основные сведения о предприятии.

Вторая глава посвящена исследованию теоретических вопросов, в ней описывается технологический процесс на предприятии, основное оборудование, виды вредных выбросов и их ПДК.

В третьей главе проведен анализ и расчет выбросов загрязняющих веществ.

В четвертой главе проведен расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере.

В пятой главе проводится разработка комплекса природоохранных и компенсационных мероприятий.

Заключение

содержит основные выводы и предложения, направленные на повышение эффективности природоохранных и компенсационных мероприятий.

ВВЕДЕНИЕ

Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в центре внимания специалистов и экологов всего мира.

И это не случайно, так как крупнейшие глобальные экологические проблемы современности — «парниковый эффект», нарушение озонового слоя, выпадение кислотных дождей, связаны именно с антропогенным загрязнением атмосферы.

Охрана атмосферного воздуха — ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды.

Котельные оказывают существенное влияние на состояние воздушного бассейна в районе их расположения.

Потребляя немалое количество топлива и воздуха, котельная установка выбрасывает в атмосферу через дымовую трубу продукты сгорания, содержащие окись углерода СО, сернистый ангидрид SО2, окислы азота NО и др.

Основное количество углерода выбрасывается в виде углекислого газа СО2 и не относится к числу токсичных компонентов, но в глобальном масштабе может оказать некоторое влияние на состояние атмосферы и даже климат планеты.

Окись углерода является токсичным компонентом, но при рационально построенном процессе горения в топке котла содержание СО в уходящих дымовых газах незначительно.

Главными компонентами, определяющими загрязнение атмосферы в районе расположения котельных, являются сернистый ангидрид SО2 и окислы азота NО и NО2.

В топочной камере образуется в основном окись азота NО.

Однако при ее движении в атмосфере происходит частичное доокисление, вследствие чего расчет ведут на наиболее токсичную двуокись азота.

Другим важным компонентом, загрязняющим атмосферу в районе расположения котельных, работающих на твердых топливах, является летучая зола, но уловленная в золоуловителе.

К чрезвычайно опасным веществам относятся пятиокись ванадия V2О5 и бенз (а)пирен C20ОН12.

Первое соединение образуется в небольших количествах при сжигании мазута.

Бенз (а)пирен может появиться в дымовых газах при сжигании любого топлива с недостатком кислорода в отдельных зонах горения.

Отсутствие элементарного экологического мышления особенно ощутимо сказывается в настоящее время.

Если на западе существуют программы через реализацию которых в детях с детства закладываются основы экологического мышления, то в России пока не наблюдается существенного прогресса в этой области.

Пока в России не появится поколение с полноценно сформированным экологическим сознанием, не будет заметно существенного прогресса в осмысление и предупреждении экологических последствий деятельности человека.

Основной задачей человечества в современный период является полное осознание важности экологических проблем, и кардинальное их решение в короткие сроки.

Необходимо развивать новые методы получения энергии основанные не на деструктуризации веществ, а на других процессах.

Человечество как единое целое должно взяться за решение этих проблем, ведь если ничего не делать Земля скоро прекратит свое существование как планета пригодная для обитания живых организмов.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРЕДПРИЯТИИ Рассматриваемая в проекте котельная служит для снабжения потребителей горячей водой и обеспечивает:

— нагревание и циркуляцию сетевой воды в двухтрубной системе теплоснабжения;

— обработку исходной воды для подпитки системы теплоснабжения;

— подачу мазута к водогрейному котлу.

Нагрев воды осуществляется двумя котлами серии «ДЕ-4−14» .

Нагретая в котлах вода подается в сеть на нужды отопления и вентиляции.

В котельной принято регулирование температуры прямой сетевой воды в зависимости от температуры наружного воздуха.

Для этой цели автоматика котла снабжена задатчиком температуры, необходимое значение которой устанавливается вручную.

На территории котельной находится здание собственно котельной, корпус мазутохозяйства, 3 мазутных емкости по 1000 м³ каждая, 1 дымовая труба, 3 аккумуляторных бака.

Котельная работает на мазуте.

Мазут доставляется автотранспортом от железной дороги (от резервуаров).

Отвод дымовых газов от котла в атмосферу предусмотрен в дымовую трубу высотой 32 м.

Вентиляция котельной — естественная.

Приток воздуха осуществляется через жалюзийные решетки, обеспечивающие трехкратный воздухообмен и подачу воздуха на горение в котел.

Удаление воздуха осуществляется через дефлекторы.

Для контроля загазованности котельной предусмотрен сигнализатор токсичных и горючих газов СТГ-1 со встроенным датчиком на оксид углерода и выносным датчиком на метан.

При этом предусмотрен вынос световой и звуковой сигнализации о загазованности котельной, неисправности оборудования, состоянии охранной сигнализации, нарушении режима на диспетчерский пункт.

Карта-схема котельной представлена на чертеже.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИЯ КАК ИСТОЧНИКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

2.1 Краткая характеристика технологии производства и оборудования Горячую воду заданной температуры получают в котельной установке, представляющей собой совокупность устройств и механизмов для сжигания топлива и получения горячей воды.

Котельная установка состоит из одного или нескольких рабочих и резервных котельных агрегатов и вспомогательного оборудования, размещаемого в пределах котельного цеха или вне его.

Теплоноситель — перегретая вода.

Питьевая вода используется только для систем горячего водоснабжения.

Для приготовления перегретой воды с температурой 150?70°С предусматривается сетевая установка, для приготовления воды с температурой 65 °C — установка горячего водоснабжения.

Система теплоснабжения — закрытая.

Вследствие отсутствия непосредственного водоразбора и незначительной утечки теплоносителя через неплотности соединений труб и оборудования закрытые системы отличаются высоким постоянством количества и качества циркулируемой в ней сетевой воды.

В закрытых водяных системах теплоснабжения воду из тепловых сетей используют только как греющую среду для нагревания в подогревателях поверхностного типа водопроводной воды, поступающей затем в местную систему горячего водоснабжения.

В открытых водяных системах теплоснабжения горячая вода к водоразборным приборам местной системы горячего водоснабжения поступает непосредственно из тепловых сетей.

Водогрейный котел — устройство, имеющее топку, обогреваемое продуктами сжигаемого в ней топлива и предназначенное для нагревания воды, находящейся под давлением выше атмосферного и используемой в качестве теплоносителя вне самого устройства.

Конструктивно все современные водогрейные котлы устроены по одной схеме: металлический корпус более или менее современного дизайна с теплообменником внутри.

Нагретый в теплообменнике теплоноситель поступает по трубам к отопительным приборам.

Независимо от фирмы-производителя котел представляет собой самое сложное и, как следствие, самое дорогое устройство всей системы водяного отопления.

Котел ДЕ-4−14 — котел водогрейный газомазутный.

Рисунок 2.1. Котел ДЕ-4−14 (продольный и поперечный разрез) Котлы данной марки предназначены для отопления и горячего? водоснабжения производственных, общественных и жилых зданий.

Работают на газе или жидком (дизельном) топливе.

Ширина топочной камеры равна 1790 мм (по осям экранных труб), глубина топочной камеры — 1980 мм, и связанная с ней глубина конвективного пучка.

Средняя высота топочной камеры 2400 мм.

Топка отопительного котла полностью экранирована и отделена от конвективного пучка газоплотной перегородкой, выполненной, как и все тепловоспринимающие поверхности котла, из труб O51?2,5 мм.

В задней части перегородки имеется окно (фестон) для прохода газов в конвективный пучок, который образован коридорно-расположенными вертикальными трубами.

Трубы правого экрана отопительного котла, покрывающего также пол и потолок топочной камеры, а также левого бокового экрана и конвективного пучка ввальцованы непосредственно в верхний и нижний барабаны.

Трубы заднего экрана крепятся посредством сварки к нижнему и верхнему коллекторам O159?6 мм.

Фронтальный экран паровых котлов ДЕ-4 аналогичен заднему и отличается лишь отсутствием части труб в середине (для размещения амбразуры горелки и лаза, совмещенного со взрывным клапаном).

На фронтальной стене отопительных котлов серии ДЕ установлено по одной газомазутной горелке: вихревые горелки соответственно ГМ-2,5 тепловой мощностью соответственно 2,9 МВт (2,5 Гкал/ч).

Контуры боковых экранов и конвективного пучка замкнуты на барабаны непосредственно, а контуры заднего экрана и фронтального экрана — через промежуточные коллекторы, причем нижний расположен горизонтально, а верхний — наклонно.

Паровой отопительный котел не имеет ступенчатого испарения.

Опускная система контура солевого отсека отопительного котла состоит из необогреваемых труб O159?4,5 мм.

Опускная система первой ступени испарения включает в себя последние по ходу газов трубы конвективного пучка.

Отопительные котлы оснащены обдувочными аппаратами для очистки поверхностей нагрева от загрязнений.

Обмуровка боковых стен котла выполнена натрубной и состоит из шамотобетона по сетке и изоляционных плит.

Для уменьшения подсосов в газовый тракт котла снаружи натрубная обмуровка покрывается металлической листовой обшивкой, которую приваривают к обвязочному каркасу.

Хвостовыми поверхностями нагрева отопительного котла являются отдельно стоящие стандартные чугунные экономайзеры.

Таблица 2.1. Технические характеристики котла ДЕ-4−14

В качестве жидкого топлива в проекте предусмотрен мазут.

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, однако это значение резко возрастает в период очистки поверхностей нагрева котлов от наружных отложений.

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 он получен.

В мазуте, сжигаемом в котельной, содержится много сернистых соединений.

После его сгорания образуется диоксид серы, являющийся причиной выпадения так называемых кислотных дождей.

Предотвратить вредное воздействие кислоты на здоровье людей, жизнь животных и растительный мир, особенно при сверхнормативной ее концентрации, можно при внедрении эффективных технологических схем по обессериванию мазутов.

При переработке высокосернистой нефти только 5?15% серы переходит в дистилляционные продукты; остальная часть серы остается в мазуте, сжигание которого в больших количествах связано с большой концентрацией сернистых соединений в отходящих дымовых газах.

Топочный мазут в зависимости от содержания в нем серы является на малосернистым — содержание серы Sp < 0,5%.

При сжигании органического топлива различают 4 режима горения:

— нейтральное (стехиометрическое или полное сгорание топлива при коэффициенте избытка воздуха ?=1);

— окислительное (полное сгорание при небольшом избытке воздуха ?>1);

— восстановительное (неполное сгорание при недостатке воздуха ?<1);

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

Диоксид углерода и пары воды — основные по массе отходы производства — поступают в атмосферу, включаются в природные циклы и поглощаются растительностью в процессе синтеза органических соединений и регенерации кислорода.

В этом качестве эти отходы нельзя признать вредными. Однако масштабы использования органического топлива и соответственно выброса диоксида углерода по некоторым оценкам превышают регенерационные возможности растительного мира.

В результате в атмосфере наблюдается возрастание удельного веса диоксида углерода (углекислого газа) СО2.

Влияние СО2 выражается не только в токсическом действии на живые организмы, но и в способности поглощать инфракрасные лучи.

При нагревании земной поверхности солнечными лучами часть тепла в виде инфракрасного излучения отдается обратно в мировое пространство.

Это возвращаемое тепло частично перехватывается газами, поглощающими инфракрасное излучение, которые в результате нагреваются.

Если это явление происходит в тропосфере, то с ростом температуры могут происходить климатические изменения («парниковый эффект»).

По мнению многих ученых, это может привести к ряду катастрофических последствий глобального масштаба, в том числе к таянию ледников, повышению уровня мирового океана и затоплению огромных и наиболее обжитых прибрежных территорий океанов, перераспределению осадков, речного стока и др.

Одна из основных проблем состоит в том, чтобы определить масштабы и временные рамки климатических изменений в результате накопления тепла за счет CO2.

До сих пор еще остается неясным, в какой степени климатические изменения связаны с поглощением инфракрасного излучения в атмосфере.

Все усилия по определению возможного воздействия на климат при увеличении содержания CO2 в атмосфере связаны с выяснением дальнейших изменений, которые будут наблюдаться при достижении концентрации диоксида углерода 0,06% (об.) (в настоящее время в земной атмосфере содержание СО2 составляет 0,03−0,034% (об.)). Трудно предсказать, когда будет достигнуто это значение. Если считать, что выбросы CO2 и в дальнейшем будут постоянно возрастать, то эта концентрация будет достигнута около 2050 г.

Если расходование углерода сохранится на современном уровне, то установление концентрации CO2 в атмосфере на уровне 0,06% (об.) можно ожидать только к 2200 г.

Если же удастся постоянно сокращать потребление природного топлива, то это состояние наступит около 3000 г.

При предсказании возможных изменений климата в результате удвоения содержания CO2 используют модельные расчеты; они чрезвычайно сложны и дают неоднозначные результаты.

Нет уверенности в надежности ряда данных, которые используются при конструировании модели.

К ним, в частности, относится вопрос о количестве CO2, уходящем из атмосферы и растворяющемся в Мировом океане.

При удвоении содержания CO2 в тропосфере изменение климата с повышением температуры становится вполне вероятным, если не происходит никаких компенсирующих процессов, как, например, усиленное поглощение и рассеяние излучения в стратосфере из-за загрязнений в виде пыли и аэрозолей.

Проблема обогащения атмосферы диоксидом углерода не должна рассматриваться изолированно, так как в кругообороте CO2 участвуют и синергические, и антагонистические факторы.

К синергическим факторам относится влияние таких газов, как диоксид серы SO2, оксид азота (I) N20, фторхлоруглеводороды (фреоны), метан СН4 и озон О3.

Водяные пары должны быть исключены из этого рассмотрения, так как, несмотря на локальные различия в распределении над поверхностью планеты, их общая доля в атмосфере практически остается постоянной и не вносит заметного вклада в нагревание земной поверхности.

Другие газы, поглощающие ИК-излучение, вносят приблизительно 50% по сравнению с общим количеством тепла, накапливаемого за счет диоксида углерода. При оценке так называемого парникового эффекта, вызванного деятельностью человека, необходимо учитывать влияние и этого фактора.

Действие пыли и аэрозолей противоположно действию газов, накапливающих тепло, так как первые уменьшают количество солнечного света, падающего на поверхность Земли.

Недавно учеными было установлено, что углекислый газ, выбрасываемый в больших количествах ТЭС, интенсивно разрушает и озоновую оболочку Земли.

Зола, оксиды серы, азота и многие другие компоненты дымовых газов являются вредными веществами, превышение концентрации которых над санитарными нормами в воздушном бассейне недопустимо.

Количество твердых веществ, выбрасываемых в атмосферу, определяется зольностью топлива, полнотой сгорания горючей массы, глубиной золоочистки.

При горении сера, присутствующая в органическом топливе, превращается в диоксид серы, количество которого определяется сернистостью используемого топлива.

Проблема загрязнения атмосферы сернистым ангидридом приобретает еще большую остроту в связи с трансграничным переносом примесей.

Потоки сернистого ангидрида, измеряемые миллионами тонн в год, пересекают государственные границы, особенно на территории Европы и Северной Америки.

В наиболее неблагоприятном положении оказались страны, расположенные на Востоке и Северо-Востоке Европы, в связи с преобладанием западных потоков воздушных масс в этом регионе.

Страдают леса и озера Скандинавских стран (Норвегия, Швеция). Так на территорию Советского Союза ежегодно попадает 5−10 млн. т, а уходит на Запад 1,5?2 млн.т.

Оксиды азота образуются при горении за счет окисления азота воздуха только при высоких температурах и за счет азота в топливе, находящегося в сложных органических соединениях, входящих в состав угля и в молекулярном состоянии.

В оксид азота (II) NO переходит 10−30% топливного азота.

На выходе из дымовой трубы диоксид азота (NO2) составляет 10?15%, остальные 85?90% составляет в основном NO.

Далее при движении дымового факела в атмосфере количество диоксида азота увеличивается до 60?70%.

Диоксид азота токсичнее, чем оксид.

Если выбросы от автотранспорта производятся на уровне земли, то выбросы энергетических предприятий осуществляются на высоте более 100−300 м.

Это способствует не только дальнему переносу примесей, но и попаданию их в верхние слои атмосферы, в частности в озонный слой, расположенный на высоте 18?26 км.

В результате сложных реакций в диапазоне температур 700?800оС при недостаточном количестве кислорода, подаваемого в зону горения, в дымовых газах образуется полициклический углеводород бенз (а)пирен С20Н16, обладающий канцерогенными свойствами.

Агрегатное состояние бенз (а)пирена в дымовых газах — аэрозольное.

Канцерогенными веществами являются химические вещества, воздействие которых на человека вызывает рак и другие опухоли.

При неполном сгорании жидкого топлива в дымовых газах образуются крупнодисперсные, липучие частицы сажи, состоящие преимущественно из углерода.

Сажа способна адсорбировать бенз (а)пирен, в результате чего ее частицы приобретают канцерогенные свойства.

К вредным воздействиям котельной следует отнести и выбросы теплоты, приводящие к тепловому загрязнению окружающей среды.

Энергетический баланс котельной складывается таким образом, что потребителю отдается только 30?35% энергии, полученной при сжигании топлива.

Примерно 10% теплоты уходит в атмосферу с дымовыми газами, а более 50% отводится в процессе охлаждения конденсаторов турбин либо водой, забираемой из рек или водоемов, либо в градирнях.

Происходящее при этом тепловое загрязнение водоемов при недостаточности защитных мер способно нарушить условия обитания водной флоры и фауны, привести к развитию в водоемах нежелательных биологических процессов (разрастанию сине-зеленых водорослей и т. п.).

Тепловые выбросы воздействуют на окружающую среду, меняя микроклимат в районе ее размещения, а при больших концентрациях мощности могут привести к изменению циркуляции воздушных масс, их температуры и влажности.

Таким образом, участие котельной в загрязнении окружающей среды продуктами сгорания, твердыми отходами и низкопотенциальным теплом значительно.

Перечень загрязняющих веществ разрабатываемой котельной представлен в таблице 2.1.

Таблица 2.1. Перечень загрязняющих веществ разрабатываемой котельной

2.2 Расчет расхода топлива нормативным способом Расчет ведем для одного котла ДЕ-4−14.

Максимальный секундный расход топлива Максимальный годовой расход топлива где — присоединенная нагрузка, ккал/ч;

— низшая теплота сгорания топлива, ккал/кг;

? — КПД котельной установки, доли ед.;

Тв — температура воздуха в помещении, °С;

Тот.пер — средняя температура отопительного периода, °С;

Z от. пер — количество суток отопительного периода, сут.;

Тнар — наружная расчетная температура отопительного периода, °С

3. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ Расчеты ведем для одного котла ДЕ-4−14.

3.1 Расчет выбросов оксидов азота Суммарное количество оксидов азота NOx в пересчета на NO2, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами где — расчетный расход топлива, кг/с;

В — фактический расход топлива, кг/с;

q4 — потеря тепла от механической неполноты сгорания, %;

— удельный выброс оксидов азота при сжигании мазута, г/МДж

— фактическая тепловая мощность котла, МВт

?t — коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения

— температура горячего воздуха, °С;

?? — коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на обра-зование оксидов азота при сжигании мазута;

?r — коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота при сжигании мазута;

?? — коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру;

кП — коэффициент пересчета загрязняющий вещество выброс санитарный

3.2 Расчет выбросов оксидов серы Суммарное количество оксидов серы М, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами где — доля окислов серы, улавливаемых летучей золой;

— доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителе;

— содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

В — фактический расход топлива, кг/с

3.3 Расчет выбросов оксида углерода Суммарное количество оксида углерода М где В — фактический расход топлива, кг/с;

q4 — потеря тепла от механической неполноты сгорания, %;

— выход оксида углерода при сжигании топлива, г/кг где — расчетный расход топлива, кг/с;

R — коэффициент, учитывающий долю потери тепла от химической неполноты сгорания;

q3 — потеря тепла от химической неполноты сгорания, %;

— низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг

3.4 Расчет выбросов твердых загрязняющих веществ

3.4.1 Суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива) Суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива), поступающих в атмосферу с дымовыми газами котлов где — зольность топлива на рабочую массу, %;

В — фактический расход топлива, кг/с;

aун — доля твердых частиц, уносимых из топки (для мазута = 0);

q4 — потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %;

— низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

— степень улавливания твердых частиц в золоулавливателях

3.4.2 Количество летучей золы, входящее в суммарное количество твердых частиц где — зольность топлива на рабочую массу, %;

В — фактический расход топлива, кг/с

aун — доля твердых частиц, уносимых из топки (для мазута = 0);

— степень улавливания твердых частиц в золоулавливателях

3.4.3 Количество сажи при сжигании мазута

3.4.4 Количество выбросов мазутной смолы в пересчете на ванадий где — количество ванадия в 1 т мазута, г/т

— зольность топлива на рабочую массу, %;

В — фактический расход топлива, т/ч;

— доля ванадия, оседающего с твердыми частицами на поверхности нагрева мазутных котлов;

— степень очистки дымовых газов от мазутной золы в золоулавливающих установках, %

кП — коэффициент пересчета

3.4 Расчет выбросов бенз (а)пирена Концентрация бенз (а)пирена в дымовых газах водогрейного котла где — коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки;

R — коэффициент, учитывающий способ распыливания мазута;

qV — теплонапряжение топочного объема, кВт/м3

где — расчетный расход топлива, кг/с;

В — фактический расход топлива, кг/с;

q4 — потеря тепла от механической неполноты сгорания, %

— низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

VT — объем топочной камеры, м3;

КР — коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз (а)пирена в продуктах сгорания;

КД — коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота при сжигании мазута;

КСТ — коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз (а)пирена в продуктах сгорания;

КО — коэффициент, учитывающий влияние дробевой очистки конвективных поверхностей нагрева на работающем котле Массовая концентрация бенз (а)пирена где — коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки;

— стандартный коэффициент избытка воздуха.

Суммарное количество загрязняющего вещества, поступающего в атмосферу с дымовыми газами где — массовая концентрация бенз (а)пирена, мг/нм3;

— расчетный расход топлива, т/ч;

кП — коэффициент пересчета;

— объем сухих дымовых газов, образующихся при полном сгорании 1 кг топлива, нм3/кг

— объемы воздуха, дымовых газов и водяных паров, нм3/кг

3.5 Объем газовоздушной смеси где В — фактический расход топлива, кг/с;

— доля ванадия, оседающего с твердыми частицами на поверхности нагрева мазутных котлов;

— температура уходящих газов, °С

3.6 Скорость выхода дымовых газов

4. РАСЧЕТ И АНАЛИЗ РАССЕИВАНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ Все дальнейшие расчеты ведем для двух котлов.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем где, А — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы;

М — масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с;

N — количество котлов в котельной;

m и n — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выбросов, определяются в зависимости от параметров f, vM, vIM, fe

при < 100 m и n определяются

F — коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе;

? — коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности;

Н — высота источника выбросов, м;

— объем газовоздушной смеси, м3/с;

?Т — разность температур выбрасываемой газовоздушной смеси и температурой окружающего атмосферного воздуха

— оксиды азота

— оксиды серы

— оксид углерода

— сажа при сжигании мазута

— мазутная смола

— бенз (а)пирен Расстояние от источника выбросов, на котором приземная концентрация достигает максимального значения где

— оксиды азота

— оксиды серы

— оксид углерода

— сажа при сжигании мазута

— мазутная смола

— бенз (а)пирен Значение опасной скорости на уровне флюгера, при которой достигается наибольшее значение приземной концентрации вредных веществ Приземная концентрация вредных веществ в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях где s1 — коэффициент, зависящий от отношения х/хм.

Принимаем для расчетов следующие расстояния: 50 м; 100 м; 240,24 (320,32)м; 500 м; 1000 м.

— оксиды азота

— оксиды серы

— оксид углерода

— сажа при сжигании мазута

— мазутная смола

— бенз (а)пирен Таблица 4.1. Расчет параметра q

5. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ПРИРОДООХРАННЫХ И КОМПЕНСАЦИОННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

5.1 Организация санитарно-защитной зоны Санитарно-защитная зона — это особая функциональная зона, отделя-ющая предприятие от селитебной зоны либо от иных зон функционального использования территории с нормативно закрепленными повышенными требованиями к качеству окружающей среды.

СЗЗ устанавливается в целях снижения уровня загрязнения атмосферного воздуха, уровней шума и других факторов негативного воздействия до предельно допустимых значений на границе с селитебными территориями за счет обеспечения санитарных разрывов и озеленения территорий.

В СЗЗ действует режим ограниченной хозяйственной деятельности.

Основные правила установления регламентированных границ СЗЗ сформулированы в СанПиН 2.2.½.1.1.567−9б «Проектирование, строительство; реконструкция и эксплуатация предприятий. Планировка и застройка населенных мест. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов» (разделы 3,4,5).

Регламентированный размер СЗЗ определяется в первую очередь классом предприятия или производства по приведенной ниже классификации.

Этот класс зависит от характера производства, определяющего состав вредных воздействий, диапазон удельных выбросов и др.

В ряде случаев размеры СЗЗ дифференцированы от мощности производства.

В соответствии с этой классификацией большинство производств, предприятий и объектов могут быть отнесены к одному из 5-ти классов.

Для объектов (предприятий, производств), отнесенных к какому-либо из этих классов, установлены следующие размеры СЗЗ:

для объектов I-го класса — 1000 м;

для объектов II-го класса — 500 м;

для объектов III-го класса — 300 м;

для объектов IV-гo класса — 100 м;

для объектов V-го класса — 50 м.

Для отдельных производств, предприятий и объектов, не охарактеризованных в классификации, размеры их СЗЗ могут устанавливаться региональными или ведомственными нормативными документами, согласованными в установленном порядке МГЦ ГСЭН, а для предприятий I и II классов — Минздравом России.

Если действующие на предприятии производственные процессы не сопровождаются выделением вредностей, (загрязняющих веществ, шума, излучения, статического электричества и т. д.), не являются пожарои взрывоопасными и не требуют устройства железнодорожных подъездных путей, по решению МГЦ ГСЭН СЗЗ для него устанавливается минимальный размер СЗЗ.

При размещении такого предприятия в пределах селитебной территории расстояние от границ занимаемого им участка до жилых домов следует, согласно, принимать не менее 50 м.

Размер СЗЗ устанавливается с учетом возможностей перспективного развития предприятия.

Размеры СЗЗ предприятия (группы предприятий) определяются в направлении жилой застройки и других зон с нормативно определенными повышенными требованиями к качеству окружающей среды, расположенных вокруг предприятия.

При этом набор таких зон, в направлении которых устанавливаются СЗЗ для конкретного предприятия (группы предприятий), так же как и критерии их выбора (в частности, расстояния от предприятия) определяются по согласованию с территориальными органами Минздрава России в зависимости от класса предприятия.

Вопрос о необходимости установления СЗЗ в других направлениях решается по согласованию с МГЦ ГСЭН с учетом возможности строительства на соответствующих территориях жилья или возникновения других зон с нормативно определенными повышенными требованиями к качеству окружающей среды.

Если в соответствии с предусмотренными техническими решениями и расчетами загрязнения атмосферы, уровней шума и др. размеры СЗЗ для предприятия получаются больше, чем нормативные размеры СЗЗ, то необходимо пересмотреть проектные решения и обеспечить выполнение требований за счет уменьшения количества выбросов вредных веществ в атмосферу, минимизации шума и других видов воздействий.

Если и после дополнительной проработки не выявлены технические возможности обеспечения размеров СЗЗ, требуемых санитарными нормами, то размер СЗЗ принимается в соответствии с результатами расчета загрязнения атмосферы, уровней шума и др. и подтверждении расчетных данных натурными замерами по согласованию с МГЦ ГСЭН.

Допускается корректировка размеров СЗЗ с учетом розы ветров (при существенных румбовых отклонениях преобладающих направлений ветров) в сторону увеличения по сравнению с установленными нормативными значениями.

Увеличение размеров СЗЗ за счет поправки на розу ветров рекомендуется использовать только для ограничения нового жилого строительства на территории между нормативной и откорректированной в сторону увеличения (расширения) с учетом розы ветров СЗЗ.

Уменьшение размеров СЗЗ допускается в исключительных случаях.

Размеры СЗЗ могут быть уменьшены при:

— объективном доказательстве стабильного достижения уровней техногенного воздействия на окружающую среду и население ниже (либо в пределах) нормативных требований по материалам систематических (не менее чем годовых) лабораторных наблюдений за состоянием воздушной среды и благоприятных характеристиках ПЗА;

— подтверждении замерами снижения уровней шума и уровней воздействия других физических факторов в пределах селитебной территории ниже гигиенических нормативов;

— перепрофилировании (реконструкции, модернизации и т. п.) предприятия с соответствующим уменьшением категории санитарной опасности объекта.

Необходимость увеличения размеров СЗЗ по сравнению с нормативными определяется:

— наличием морально устаревшего технологического оборудования на действующем предприятии или его отдельных цехах, не обеспечивающего качество атмосферного воздуха селитебной территории в соответствии с нормативами;

— низкой эффективностью газопылеулавливающего оборудования и отсутствием технических решений по снижению загрязнения атмосферного воздуха до гигиенических нормативов;

— неблагоприятным по господствующим направлениям ветра взаиморасположением селитебных и промышленных территорий;

— превышением ПДК содержания в атмосфере химических веществ и ПДУ шума, вибрации, ЭМИ и других вредных физических факторов за пределами нормативной СЗЗ при невозможности снижения уровня загрязнения техническими средствами.

Если одновременно производится проектирование СЗЗ нескольких предприятий, расположенных на смежных площадках, и установленные на основании расчетов загрязнения атмосферы, других видов воздействий и санитарной классификации их СЗЗ пересекаются или примыкают друг к другу, необходимо выполнить разработку проекта единой СЗЗ для всей группы.

На основании вышеизложенного принимаем для котельной с тепловой мощностью менее 200Гкал, работающей на жидком топливе размер СЗЗ — 100 м.

5.2 Разработка мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

5.2.1 Подбор пылегазоочистного оборудования Снижение загрязнения окружающей среды токсичными продуктами сгорания органических топлив является одной из важных проблем развития российской теплоэнергетики.

В настоящее время действуют довольно жесткие нормативы, регламентирующие выбросы в атмосферу.

Как показали проведенные расчеты, значительное превышение ПДВ происходит по оксидам азота и мазутной смоле.

Вредные выбросы по остальным параметрам находятся в пределах нормы.

Подавляющее большинство действующих котлов, имеют значительно более высокие уровни выбросов NOX, чем это регламентируется ГОСТ Р50 831−95.

К настоящему времени разработано большое количество методов снижения выбросов оксидов азота как на стадии сжигания топлива (так называемые технологические или внутритопочные мероприятия) так и очистки газов на стадии охлаждения продуктов сгорания (например DENOx).

Последние являются высокоэффективными методами, позволяющими обеспечить заданные уровни выбросов оксидов азота, и широко применяются в технологически развитых странах.

Однако очень высокие капитальные и эксплуатационные затраты, необходимость размещения крупногабаритных установок и длительное время, необходимое для их реализации, делает внедрение данных технологий для действующих российских котлов в обозримом будущем крайне маловероятным.

Тем не менее, рост промышленного производства и ускоренный ввод в строй электрогенерирующих мощностей, который планируется в ближайшие годы, потребует сократить объемы выбросов от уже установленного оборудования.

Особенно актуальной эта проблема станет, если все-таки начнет происходить замена природного газа твердым топливом и мазутом.

Особенностью образования окислов азота является малая зависимость от вида и состава топлива, но большая зависимость от режима горения и организации топочного процесса. Существенное влияние на образование окислов азота оказывает также концентрация кислорода, определяемая избытком воздуха в топке.

В топочной камере образуется в основном окись азота. При перемешивании дымовых газов с атмосферным воздухом после выхода из дымовой трубы происходит превращение окиси азота в более токсичную двуокись азота. В расчетах условно принимается, что в дымовых газах содержится только двуокись азота.

Снижение выбросов окислов азота должно решаться путем внедрения специальных технологических мероприятий (первичные мероприятия), направленных на подавление образования окислов азота в процессе сгорания топлива в топках котлов и путем разложения образовавшихся окислов азота — в специальных установках, встроенных в тракт котла (вторичные мероприятия) — очистка газов. Технологические методы в 5?6 раз дешевле устройств очистки газов и они могут быть учтены непосредственно в конструкции котла и не требуют химических добавок. Поэтому система очистки газов (вторичные мероприятия) должна осуществляться только после выполнения на котле всех технологических мероприятий по подавлению образования окислов азота.

Основные технологические мероприятия по подавлению образования окислов азота в топках котлов:

1) уменьшение избытка воздуха (L=1,02?1,03) топке до минимальной величины при условии полного сгорания топлива;

2) уменьшение температуры подогрева воздуха, поступающего в топку в пределах, допустимых по условиям эффективного его сжигания;

3) рециркуляция дымовых газов в топку, при этом понижаются температурный уровень и концентрация кислорода в зоне горения.

Наибольший эффект снижения окислов азота получается (по данным И. Я. Сигала) при вводе дымовых газов непосредственно в горелочные устройства (подмешивая приблизительно 20% дымовых газов, удается снизить концентрацию окислов азота на 40%);

4) двухстадийное сжигание топлива, когда в нижний пояс горелочных устройств подается все топливо и часть воздуха, необходимого для его сжигания (0,8?0,9 теоретически необходимого количества). При этом происходит частичная газификация топлива при пониженной температуре в ядре факела по сравнению с полным сжиганием. Далее в верхний пояс подается остальное количество воздуха для дожигания продуктов неполного сгорания;

5) ввод воды вместо пара в мазутные форсунки в количестве 8?10% массы топлива позволяет уменьшить концентрацию оксидов азота на 20?30%. Применение впрыска приводит к снижению к. п. д. котла с увеличением расхода «сухого» топлива на 0,7%. Впрыск воды в зону горения следует применять на котельных, расположенных в городах и промышленных центрах с высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха, или на котельных, расположенных в курортных зонах в периоды повышения концентраций вредных выбросов выше санитарных норм;

6) установка специальных по конструкции горелочных устройств, обеспечивающих пониженный выход окислов азота;

7) повышенная степень экранирования.

К вторичным мероприятиям глубокой очистки дымовых газов от окислов азота следует отнести высокотемпературный гомогенный метод и каталитический. При высокотемпературном гомогенном методе аммиак вводится в тракт дымовых газов с температурой 850?1100°С.

Степень очистки газов от окислов азота данным методом составляет около 70%.

При каталитическом методе аммиак, разбавленный воздухом, вводится в газоход котла перед каталитическим реактором, расположенным в зоне температур дымовых газов 350?450°С.

Могут использоваться катализаторы пластинчатой и сотовой формы с малым аэродинамическим сопротивлением, пригодные также для очистки запыленных газов.

Для очистки газовых выбросов от оксидов азота предлагается использование технологии очистки в высокоскоростных полых скрубберах с каплеуловителем со степенью очистки выбросов от окислов азота 82?92%.

В полых аппаратах запыленные газы пропускают через поток распыляемой, разбрызгиваемой или стекающей по насадке жидкости.

При этом частицы пыли захватываются потоками промывной жидкости и осаждаются в аппарате, а очищенные газы выбрасываются в атмосферу.

В полых скрубберах промывку газов осуществляют с помощью разбрызгивания жидкости навстречу движущемуся очищаемому потоку.

Для орошения скрубберов применяют форсунки грубого распыления.

Высокая эффективность очистки газов достигается в том случае, если промывная жидкость распыливается с образованием капель 0,5?1 мм.

Полый скруббер (рис. 5.1) — это пустотелая цилиндрическая или прямоугольная башня, выполненная из металла или кирпича, железобетона и других материалов. В случае необходимости внутреннюю поверхность футеруют или покрывают антикоррозионными составами.

Рисунок 5.1. Полый скруббер со встроенным каплеуловителем В верхней части форсунки устанавливают таким образом, чтобы все поперечное сечение было перекрыто факелами орошающей жидкости.

Наклонный патрубок внизу аппарата способствует более равномерному вводу газа и распределению его по сечению скруббера.

Скрубберы, в которых газ и жидкость двигаются навстречу друг другу, называют противоточными, если газ и жидкость подаются в аппарат сверху, то их называют прямоточными.

Однако лучший теплои массообмен между газом и жидкостью наблюдается в противоточных скрубберах. Степень очистки обычно составляет 60?70%, однако ее можно увеличить, повышая: высоту скруббера; скорость газа в нем; удельный расход воды, а следовательно, и количество капель жидкости либо устанавливая внутрь скруббера каплеуловитель. Оптимальная скорость газового потока в аппарате составляет 0,7?1,5м/с. Если превысить эти значения, происходит унос капель жидкости, что крайне нежелательно. Чтобы уменьшить данное явление, применяют форсунки грубого распыления воды.

В этом случае капли имеют размер около или более 0,8 мм и при оптимальных скоростях газа не выносятся из скруббера. Если в полый скруббер установлен каплеуловитель, то скорость газа можно увеличить до 2−2,3 м/с.

В этом случае повышается турбулентность движения газового потока, столкновение капель с пылью наиболее интенсивно и наблюдается лучший теплои массообмен между газом и водой. Процесс теплои массообмена в скруббере происходит следующим образом. При входе в скруббер газ обычно не насыщен полностью влагой. Если газ имеет высокую температуру, вода в скруббере испаряется и влагосодержание газа увеличивается. Этот процесс сопровождается охлаждением газа при постоянной энтальпии, так как образующийся из воды пар возвращает газу тепло, которое было затрачено на испарение воды, в виде теплосодержания, т. е. энтальпии водяного пара. Температура воды в процессе охлаждения газа в этот период остается постоянной и равной температуре мокрого термометра, так как тепло, передаваемое газом воде, полностью расходуется на парообразование воды. При достижении газом состояния полного насыщения водяным паром парообразование воды прекращается. В этот период газ из нижней части скруббера успевает пройти в его верхнюю часть. С момента полного насыщения газа водяным паром дальнейшее охлаждение газа вызывает конденсацию части водяных паров. Тепло, выделяющееся при конденсации, идет на нагрев воды. Нагрев вновь продолжается до достижения водой температуры мокрого термометра. При этом энтальпия и содержание в газе водяного пара уменьшается.

Таким образом, в нижней части скруббера происходит испарительное охлаждение газа, а в верхней — процесс конденсационного охлаждения.

Для снижения брызгоуноса скорость газа в аппарате не должна превышать 1?1,2 м/с.

Гидравлическое сопротивление полого скруббера невелико и обычно не превышает 250Па.

Расход воды составляет 5?10 м3/ч на 1 м² площади поперечного сечения.

Одновременно с очисткой газов от оксидов азота в аппаратах происходит и очистка от мазутной. Проектная степень очистки в полом скруббере со встроенным каплеуловителем (СПК-Б) в данном случае составляет 96,2%, фактическая средняя эксплуатационная эффективность работы очистки находится в пределах 92,2?92,5%.

5.2.2 Расчет выбросов после установки очистного оборудования Суммарное количество оксидов азота NOx в пересчета на NO2, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами после установки очистного оборудования (с учетом того, что котлов два) Количество выбросов мазутной смолы в пересчете на ванадий выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами после установки очистного оборудования (с учетом того, что котлов два)

5.2.3 Расчет рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере после установки очистного оборудования Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества при выбросе газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем

— оксиды азота

— мазутная смола Приземная концентрация вредных веществ в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях

— оксиды азота

— мазутная смола Определим параметр q с учетом применения очистного оборудования.

Таблица 5.1. Расчет параметра q

5.3 Определение графика контроля за выбросами

— оксиды азота

— оксиды серы

— оксид углерода

— сажа при сжигании мазута

— мазутная смола

— бенз (а)пирен Таблица 5.2. График контроля

В нашей стране осуществляется постоянный санитарный контроль за соблюдением ПДК токсичных веществ в воздухе рабочей зоны и атмосфере и предельно допустимых выбросов (ПДВ) промышленных предприятий, проводимые химиками санитарно-эпидемиологических станций (СЭС) и санитарно-гигиенических лабораторий промышленных предприятий.

Одновременно с отбором проб воздуха определяют следующие метеорологические параметры: направление и скорость ветра, температуру воздуха, состояние погоды и подстилающей поверхности.

Процедура отбора проб воздушной среды, в общем случае, включает создание потока воздуха через пробоотборное устройство (с помощью побудителей расхода), измерение расхода воздуха (расходомеры), фиксацию анализируемых ингредиентов пробы внутри пробоотборного устройства.

Для удобства отбора проб в производственных условиях широко применяют аспирационные устройства, включающие побудитель расхода, расходомерное устройство, позволяющие отбирать вещества в различном агрегатном состоянии.

Принимаем для отбора проб воздуха аспиратор ОП-824ТЦ Таблица 5.3. Устройство для отбора проб воздуха

5.4 Расчет платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарного источника Плата за выбросы определяется путем умножения соответствующих ставок платы по каждому загрязняющему веществу на величину загрязнения, коэффициент индексации платы и суммирования полученных произведений по видам загрязняющих веществ.

Таблица 5.4. Плата за выбросы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В промышленно развитых странах загрязнение атмосферы возрастает пропорционально росту производства.