УКРУПНЁННАЯ ОЦЕНКА УЩЕРБОВ ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ КОТЕЛЬНЫМИ ПРЕДПРИЯТИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 6Следующая ⇒

Цель работы: оценка ущербов от загрязнения атмосферы выбросами дымовых газов котельными при сжигании различных видов топлива; знакомство с принципами очистки газовых выбросов и основными примерами их конструктивной реализации.

Исследование структуры загрязнения атмосферы стационарными источниками железнодорожного транспорта показывает, что порядка 90% валового объёма загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу литейными предприятиями, приходится на долю энергетических теплоагрегатов котельных. Около 5% загрязняющих веществ выбрасывается в атмосферу при работе энерготехнических теплоагрегатов (кузнечных печей, агрегатов термической обработки изделий, сушильных установок и т.д.), использующих твёрдое, жидкое и газообразное топливо. Приблизительно такое же количество загрязняющих веществ попадает в атмосферу от технологических агрегатов (станков, моечных ванн, окрасочных камер, сварочных постов и т.д.).

Котлоагрегаты котельных работают на различных видах топлива, и выбросы загрязняющих веществ зависят как от количества и вида топлива, так и от вида теплоагрегата. Учитываемыми загрязняющими веществами, выделяющимися при сгорании топлива, являются твёрдые частицы (зола), оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, пятиокись ванадия.

Валовый выброс твёрдых частиц (золы) в дымовых газах котельных определяются по формуле:

М_ТВ=q_T * m * f * (1–L_T), (3.1)

где q_T – зольность топлива, % (приложение 1.);

m – количество израсходованного топлива за год (т);

f – безразмерный коэффициент, зависящий от типа топки и топлива; для котельных, работающих на мазуте, принять f = 0, 01; на угле – f = 0, 0023;

L_T – эффективность золоуловителей; при использовании циклона для очистки отходящих газов котельной L_T = 0, 85.

Валовой выброс окиси углерода рассчитывается по формуле:

М_СО=С_СО*m*(1-0, 01*q₁)*10^-3; (3.2)

где q₁– потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива (%), для мазута q₁-0, 5; для угля q₁=5, 5;

С_СО– выход окиси углерода при сжигании топлива (кг/т):

С_СО=q₂*R*Q_i^r; (3.3)

где q₂– потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания (%) для котельных предприятий железнодорожного транспорта принимается q₂=0, 5;

R – коэффициент, учитывающий долю потерю теплоты вследствие химической неполноты сгорания: R = 1 для твёрдого топлива; R= 0, 5 для газа; R = 0, 65 для мазута;

Q_i^r – низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг (прил. 1).

Валовой выброс оксидов азота, т/год, определяется по формуле

М_NO₂=m* Q_i^r*K_NO2*(1–β )*10^-3, (3.4)

где K_NO₂– параметр, характеризующий количество окислов азота, образующихся на 1ГДж тепла, кг/ГДж для различных видов топлива в зависимости от производителя котлоагрегата; для мазута K_NO₂=0, 11; для угля K_NO₂=0, 23;

β – коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксида азота в результате применения технических решений. Для котлов производительностью до 30 т/час β =0.

Валовой выброс оксидов серы (т/год), определяется только для твёрдого и жидкого топлива по формуле:

М _SO₂=0, 02*m*S^r*(1–ή _SO2)*(1–ή ΄ _SO2), (3.5)

где S^r – содержание серы в топливе (%) (прил. 1);

ή _SO₂ – доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива. Для углей Канско-Ачинского бассейна принимается равной 0, 2; экибастузских – 0, 02; прочих углей – 0, 1; мазута – 0, 2;

ή ΄ _SO₂ – доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе. Для сухих золоуловителей принимается равной 0.

Расчёт выбросов пятиокси ванадия, поступающей в атмосферу с дымовыми газами при сжигании жидкого топлива, выполняется по формуле:

M_V₂_O₅= C_V₂_O₅*B΄ *(1–η _OC)*(1–η _T)*10^-3, (3.6)

где B΄ – количество израсходованного мазута за год (т);

C_V₂_O₅– содержание пятиокиси ванадия в жидком топливе (г/т) (при отсутствии результатов анализа топлива для мазута с S^r> 0, 4% определяют по формуле (3.7);

η _OC – коэффициент оседания пятиокиси ванадия на поверхности нагрева котлов:

0, 07 – для котлов с промежуточными паронагревателями, очистка поверхностей нагрева которых производится в остановленном состоянии;

0, 05 – для котлов без промежуточных паронагревателей при тех же условиях очистки (принять при расчётах).

0 – для остальных случаев;

η _T – доля твёрдых частиц в продуктах сгорания жидкого топлива, улавливаемых для очистки газов мазутных котлов (оценивается по средним показателям работы улавливающих устройств за год) в работе принимается равной 0, 85.

Содержание пятиокиси ванадия в жидком топливе ориентировочно определяют по формуле:

C_V₂_O₅=95, 4* S^r–31, 6, (3.7)

Для каждого источника загрязнения воздушной среды устанавливаются нормативы предельно-допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферу. ПДВ устанавливается с учётом ПДК загрязняющих веществ, уровня их фоновых концентраций, гидрологических, гидрохимических, климатологических, геофизических характеристик территорий природных объектов. Сущность внедрения ПДВ – ограничение разовых выбросов.

ПДВ – масса загрязняющих веществ, выброшенная в воздушный бассейн в единицу времени, которая не создаёт в приземном пространстве уровень загрязнения выше, чем ПДК.

Платежи предприятия за нормативный выброс загрязняющих веществ в атмосферу (тыс. руб./год), определяется зависимостью:

П = Σ П_уд.н._i*M_i*10^-3, при M_i≤ M_ПДВ_i, (3.8)

ⁱ⁼¹

где П_уд.н._i – ставка платы за выброс 1 т i-го загрязняющего вещества в пределах ПДВ (руб);

M_i – фактическая масса выброса i-го загрязняющего вещества (т/год);

M_ПДВ_i – масса предельно-допустимого выброса i-го загрязняющего вещества (т/год);

Ставка платы, руб/т за нормативный выброс i-го загрязняющего вещества (т/год) определяется по формуле:

П_уд.н._i=Н_бл._i*K_э._атм*К_и, (3.9)

где Н_бл._i– базовый норматив за выброс i-го загрязняющего вещества (руб/т);

K_э._атм – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости атмосферы; для Восточно-Сибирского экономического района равен 1, 4;

К_и– коэффициент индексации (утверждается по каждому году Минприроды России по согласованию с Минфином и Минэкономики России). В практической работе принимается за 90.

При отсутствии нормативов ПДВ для источника выбросов в атмосферу плата за загрязнение считается сверхнормативной и взимается в пятикратном размере.

В практической работе требуется определить массы выбросов загрязняющих веществ в зависимости от вида и количества израсходованного топлива (Mi), годовой ущерб от загрязнения атмосферы каждым из загрязняющих веществ П_i и суммарные значения этих величин (М, П). результаты расчётов сводят в таблицу по типу табл. 3.1. Исходные данные к практической работе приведены в табл. 3.2.

С целью снижения вредных выбросов в атмосферу, возникающих при сжигании топлива в топках котельных, а также других технологических процессах следует применять технические средства очистки газов. Эти технические средства реализуют ограниченный набор различных принципов действия (эффектов осаждения): гравитационный, инерционный, поверхностное взаимодействие, сорбционный, химический, электроосаждение и др.

Таблица 3.1.

Индивидуальная таблица расчётов ущербов от загрязнения атмосферы

i	Ингредиенты загрязнения	Mi (т/год)	Н_бл._i (руб/т)	Пi
уголь	мазут
1.	Зола		0, 17	8, 25
2.	Окись углерода (СО)		0, 005
3.	Оксиды азота (NO_x)		0, 42
4.	Оксиды серы (SO_x)		0, 33
5.	Пятиокись ванадия (V₂O₅)		–	8, 25
6.	Итого	Σ			Σ

Таблица 3.2

Исходные данные

№ вар.	Вид топлива	Расход топлива (т/год)
	Уголь Азейский	10 000
	Мазут высокосернистый	2 400
	Уголь Черемховский	12 000
	Мазут сернистый	2 700
	Уголь Канско-Ачинский	15 000
	Мазут малосернистый	3 000
	Уголь Бурятский	13 000
	Уголь Минсусинский	12 500
	Уголь Черемховский	16 000
	Уголь Азейский	20 000

Эффективность технических средств очистки газов определяется по формулам (2.7 и 2.8.) аналогично эффективности технических средств очистки сточных вод. В рамках любого из них созданы разнообразные по конструктивному решению устройства, отвечающие требованиям конкретного производства, эффективности, технической эстетики и т.д. В практической работе рассмотрены схемы трёх типов устройств, каждое из которых реализует определённый принцип осаждения.

ЦИКЛОН

Получил наибольшее распространение в промышленности и на предприятиях транспорта вследствие простоты конструкции. Осаждение твёрдых (пыль, зола, окалина) и жидких (капли) частиц основано на действии инерционных сил, проявляющихся при изменении скорости или направления потока. На рис. 3.1 изображена схема циклона для сухой очистки запылённого потока газа. Здесь инерционный принцип реализован путём закрутки потока 3 при тангенциальном, по касательной к относительно тяжёлые твёрдые частицы, стремясь сохранить прямолинейное движение, выносится к поверхности корпуса, за счёт действия сил трения теряют свою скорость и стекают по стенке вниз (гравитационное осаждение) в приёмный бункер 4.

Рис. 3.1.

На рис. 3.1. представлен циклон, на внутренней поверхности цилиндрического (конического) корпуса 1, вводе 2. Сконцентрированная в бункере пыль периодически удаляется через заслонку (затвор) в днище (поток 7). Конструкция заслонки должна обеспечивать приемлемую герметичность корпуса, так как из-за подсоса наружного воздуха возможен вынос пыли в поток очищенного газа 6 через выходную трубу 5. Вихрь запылённого потока, совершив опускное, вращательно-поступательное движение, в нижней части корпусавынужден изменить на 180⁰ направление своего перемещения и по приосевому объёму устремиться вверх к единственному выходу – трубе 6. В момент крутого поворота происходит дополнительное осаждение твёрдых частиц непосредственно в бункер.

Циклон относится к устройствам грубой (предварительной очистки) газового потока: он улавливает относительно крупные частицы (200 – 300 мкм) с КПД = 0, 6 – 0, 85. инерционный принцип может быть осуществлён и иным образом: искусственной закруткой потока газа (ротационный и вихревой циклоны и др.).

Существует оптимальное по эффективности значение скорости потока в корпусе циклона (около 3, 5 м/с). При больших расходах очищаемого газа оно выдерживается путём распараллеливания потока по совокупности одинаковых циклонов, конструктивно оформленных в одном корпусе (например, батарейный циклон ЦН-15х4).

СКРУББЕР

Скрубберы (от англ. scrub – чистить) относятся к аппаратам мокрой очистки отходящих газов от всех видов примесей: твёрдых частиц и капель жидкости (размером свыше 1 мкм), а также газовых включений, например окислов серы. Скрубберы работают на принципе осаждения примесей на поверхности жидкости (мелких капель или плёнке воды). В разнообразных конструктивных решениях используют те или иные силы для сближения взаимодействующих сред: инерции, турбулентной диффузии, броуновского движения и др. Ниже рассматривается конструкция капельного скруббера с трубой Вентури.

Запылённый поток газа 1 вводится в конфузор трубы Вентури, где по законам газодинамики разгоняется до скорости 50 – 200 м/с в узком сечении. Сюда же в горловину, подаётся поток воды 2, который благодаря распылу в форсунках и ударному воздействию

На рис. 3.2. представлен скруббер, где высокоскоростной поток газа дробится на мельчайшие капельки с огромной суммарной поверхностью.

Капли жидкости своей поверхностью взаимодействуют с примесями особенно эффективно в диффузной части трубы Вентури, где происходит торможение потока газа. Из-за действия сил инерции белее тяжёлые капли дольше сохраняют свою скорость, обеспечивая тем самым скольжение в несущей среде и

Рис. 3.2. связанный с этим дополнительный эффект «промывания».

Последующая сепарация капель, обогащённых примесями, осуществляется при помощи полого циклона 4. Поток шлама 6 направляется на утилизацию, а промытый газ 5 – на выброс или дополнительную очистку. Эффективность улавливания (КПД) пленочного скруббера достигает 0, 95 для пыли и капель 0, 8 для окислов серы.

Скруббер может быть выполнен и без трубы Вентури, т.е. в виде простого циклона с тангенциальным вводом загрязнённого газа, если по внутренней поверхности организовать сток жидкости в плёнке. КПД плёночного скруббера существенно зависит и от смоченной поверхности, развить которую можно, например, за счёт размещения в объёме корпуса большого количества вертикальных стрежней. Такова конструкция скруббера типа МП-ВТИ.

ЭЛЕКТРОФИЛЬТР

Электрическая очистка газов от взвешенных в них твёрдых (пыль, зола) жидких (капли тумана) частиц основана на ударной ионизации газа при напряжении между электродами (пластинчатыми или трубчатыми) на уровне 50 – 90 кВ. Образующиеся при этом противоположно заряженные частицы газа (ионы) движутся в высоконапряжённом электрическом поле зазора к соответствующим электродам. Твёрдые или аэрозольные фракции примесей, проносимые потоком газа между положительно и отрицательно заряженными электродами, адсорбируют своей поверхностью сталкивающиеся с ними ионы, приобретают электрический заряд и вместе с ним способность ускоренного перемещения в поперечном направлении. Под действием как электрических, так и газодинамических сил загрязнения оседают на большей части длины электродов (преимущественно на положительном, меньше – на отрицательном). В течение относительно небольшого промежутка времени осадок может заполнить всё проходное сечение и тем самым парализовать работу устройства. Удаление сконцентрированных загрязнений осуществляется различными способами: встряхиванием при осаждении твёрдых частиц или стеканием жидкой фракции (облегчается путём разогрева от постоянного источника).

Схема мокрого электрофильтра приведена на рис. 3.3. В осадительной камере (цилиндрической или в виде параллелепипеда) установлены электроды 3, в зазор которых проводится газ 1 через вспомогательный разогрев для улучшения текучести обеспечивается потоком пара 6. Выходной поток 5 практически полностью (КПД = 97 – 99%) избавлен от примесей, что определяет электрофильтр как последнюю ступень каскадной очистки газа. Например, на тепловой станции каскад очистки представлен как раз рассмотренными выше элементами (рис. 3.1 – 3.2).

На рис. 3.3. представлен электрофильтр дырчатый щит (распределительную решётку) 2.

Проскоку смолообразующих частиц препятствует самоулавливающие зонты 4, а задержанные фракции стекают в бункер и через гидравлический затвор выводят из аппарата (поток 7). Особая проблема, связана с выведением из выбросов газовых включений типа SO₂, NO₂, H₂S, CO и др.; здесь используют иные принципы улавливания: барботажный (пропускание загрязнённого газа через слой жидкости),

Рис. 3.3. химический (например каталитический) и др.

Оформление отчёта

В пояснительной записке наряду с результатами расчётов заданного варианта необходимо отразить следующую теоретическую информацию:

1. Пояснить структуру загрязнения атмосферы стационарными источниками железнодорожного транспорта.

2. Указать загрязняющие вещества, учитываемые при сгорании различных видов топлива.

3. Произвести расчёт масс годовых выбросов вредных веществ и причинённых ущербов.

4. Перечислить наиболее эффективные принципы очистки газов.

5. Дать примеры конструктивных решений и схем действия устройств газоочистки; указать эффективность этих устройств, а также вещества, удаляемые ими из отходящих газов.

6. Определить первоочередные мероприятия по снижению ущерба природной среде, указать технические средства очистки газов, рекомендуемые к применению в конкретном варианте.

Практическая работа № 4 [2]

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒