Расчет количества выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлах малой производительности

Практическая работа №5

В Российской Федерации нормативными актами предусматривается определение количества выбросов загрязняющих веществ либо порезультатам проводимых в соответствии с существующим регламентом непосредственных замеров, либо расчётным путём по утверждённым методикам расчёта для каждого вида производства и применяемого технологического оборудования.

В данной задаче используются рекомендуемые методы расчётавыбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлах малой производительности (формулы даны для случая отсутствия установок по улавливанию или обезвреживанию отходящих газов).

Задание: На товарно-сырьевой бирже предлагаются 5 сортов углей по одной цене 1,0 р./ГДж. Требуется определить наиболее выгодный вариант обеспечения предприятия топливом с учётом экологическихсвойств различных сортов углей. В предыдущем периоде предприятиеиспользовало топливо, приведённое в табл.2 (соответствует номерурешаемого варианта). Лимиты выбросов в атмосферу на текущий период выданы из расчёта использования этого сорта топлива. Потребность котельной в топливе, тип топки котельной и предлагаемые видыуглей приведены в табл.1

Нормативы платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух приведены в табл. 4.

Таблица 1 - Исходные данные для расчета

Номер варианта	Расчётная потребность котельной в топливе Q, ГДж/г.	Тип топки (по табл. 3)	Возможные марки углей по табл. 2
			1-5

Таблица 2 - Возможные марки углей:

Угольный бассейн, объединение, шахта	Зольность Аr, %	Содержание серы Sr, %	Содержание серы Sr, %	Низшая теплота сгорания Q1, МДж/кг
1. Подмосковный, Тулуголь, ш. Щекинская	37,6	3,7	2,71	10,38
2. Подмосковный, Новомосковскуголь, ш.Северная	28,5		3,21	11,24
3. Кузнецкий (откр. добыча), разрез Моховский	11,1	0,4	6,62	23,56
4. Кузнецкий (откр. добыча), разрез Колмогорский		0,5	7,12	25,53
5. Канско-Ачинский, разрез Ирша-Бородинский	6,7	0,2	4,53	15,54

Таблица 3 – Характеристика топки

Тип топки	Коэффициент избытка воздуха а	Доля твёрдых частиц в уносе, х	Количество СО на единицу теплоты KСО, кг/Гдж	Потери теплоты от неполноты сгорания q4, %
С неподвижной решёткой и пневмо-механическим забросом	1,5	0,0026	0,7	8,7

Таблица 4 – Нормативы платы за выбросы, р./т

Твердые частицы	Оксид серы	Оксид углерода	Оксид азота
Лимит	Сверх лимита	Лимит	Сверх лимита	Лимит	Сверх лимита	Лимит	Сверх лимита
0,05	0,12			0,3	1,5

Расчет:

Рассматривается использование твёрдого топлива – угля. В этомслучае рассчитываются выбросы твёрдых частиц (летучая зола и несгоревшее топливо), оксид серы (в пересчёте на SO₂), оксид углеродаСО и оксид азота (в пересчёте на NO₂). В задаче рассчитываются годовые выбросы.Годовая потребность в топливе в натуральном исчислении определяется по формуле:

В = Q / Q₁, т,

1 сорт В=4000/10,38=385,35т;

2 сорт В=4000/11,24=355,87т;

3 сорт В=4000/23,56=169,78т;

4 сорт В=4000/25,53=156,68т;

5 сорт В=4000/15,54=257,4т.

где Q – потребность котельной в топливе, ГДж/г. (табл. 1);

Q₁ – низшая теплота сгорания, МДж/кг (табл. 2).

Выброс твёрдых частиц рассчитывается по формуле:

Птв = 0,01ВА^rx, т/г.,

1 сорт Птв =0,001·385,35·37,6·0,0026=0,37т/г;

2 сорт Птв =0,001·355,87·28,5·0,0026=0,26т/г;

3 сорт Птв =0,001·169,78·11,1·0,0026=0,049т/г;

4 сорт Птв =0,001·156,68·12·0,0026=0,048т/г;

5 сорт Птв =0,001·257,4·6,7·0,0026=0,045т/г.

где В – расход топлива, т/г.;

А^r – зольность топлива, % (табл. 2);

х –коэффициент, характеризующий условия сгорания (табл. 3).

Количество оксидов серы П_SO (в пересчёте на SO₂) определяется по уравнению:

П_SO = 0,02ВS^r(1 – N_SO1), т/г.,

1 сорт П _SO =0,02·385,35·3,7(1-0,2) =22,8т/г;

2 сорт П _SO =0,02·355,87·5(1-0,2)=28,5т/г;

3 сорт П _SO =0,02·169,78·0,4(1-0,1)=1,2т/г;

4 сорт П _SO =0,02·156,68·0,5(1-0,1)=1,4т/г;

5 сорт П _SO =0,02·257,4·0,2(1-0,2)=0,8т/г.

где Sr – содержание серы в топливе, % (табл. 2);

N_SO1 – доля оксидов серы, связываемая золой (0,1 –для кузнецких и печорских углей; 0,2 – для канско-ачинских и подмосковных углей).

Выброс оксида углерода П_СО рассчитывается следующим образом:

П_СO = 0,001ВQ₁K_со·(1 – 0,01q₄), т/г.,

1-5 сорт: П_СO = 4·0,7·0,913=2,55т/г.

где K_СО – количество оксида углерода на единицу теплоты, выделяющейся при горении топлива, кг/ГДж (табл. 3);

q4 – потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, % (табл. 3).

Оксиды азота рассчитываются по формуле:

П_NO = 0,0002ВV₀a (1 – 0,01q₄), т/г.,

1 сорт П_NO=0,0002·385,35·2,71·1,5(1-0,01·8,7) =0,286т/г;

2 сорт П _NO =0,0002·355,87·4,065·0,913=0,264т/г;

3 сорт П _NO =0,0002·169,78·4,065·0,913=0,126т/г;

4 сорт П _NO =0,0002·156,68·4,065·0,913=0,116т/г;

5 сорт П_NO=0,0002·257,4·4,065·0,913=0,191т/г.

где V₀ – объём продуктов сгорания топлива при коэффициенте избытка воздуха (а) равном 1,0 м³/кг (табл. 2);

а – коэффициент избытка воздуха (табл. 3).

Определение количества выбросов необходимо для их нормирования и расчёта платежей. Последние построены таким образом, что должны способствовать принятию предприятием мер по сокращению выброса загрязняющих веществ в атмосферу. Наиболее отработан этот механизм для процессов сжигания топлива в энергетике. Однако он реально ощутим и для котельных с котлами малой производительности. Решаемая задача представляет собой пример экономической оптимизации деятельности предприятия исходя из экологических требований.

Решение задачи следует представить в форме таблицы (форма 1).

Рассматриваемые сорта углей	1 сорт	2 сорт	3 сорт	4 сорт	5 сорт
Затраты на топливо, р.
Годовая потребность в натуральном исчислении В, т	385,35	355,87	169,78	156,68	257,4
Выброс вредных веществ, т/г.: – твёрдые частицы Птв; – оксиды серы ПSO; – оксиды углерода ПСО; – оксиды азота ПNO	0,37 22,8 2,55 0,286	0,26 28,5 2,55 0,264	0,049 1,2 2,55 0,126	0,048 1,4 2,55 0,116	0,045 0,8 2,55 0,191
Выброс вредных веществ в пределах лимитов, т/г.: – твёрдые частицы; – оксиды серы; – оксиды углерода; – оксиды азота	0,0185 0,765 7,15	0,013 0,765 6,6	0,00245 0,765 3,15	0,0024 0,765 2,9	0,00225 0,765 4,775
Выброс вредных веществ сверх лимитов, т/г.: – твёрдые частицы; – оксиды серы; – оксиды углерода; – оксиды азота	0,0444 3,825 34,32	0,0312 3,825 31,68	0,00588 3,825 15,12	0,00576 3,825 13,92	0,0054 3,825 22,92
Плата за выброс вредных веществ в пределах лимитов, р.:* – твёрдые частицы; – оксиды серы; – оксиды углерода; – оксиды азота	0,02664 984,96 1,1016 10,296	0,01872 1231,2 1,1016 9,504	0,003528 51,84 1,1016 4,536	0,003456 60,48 1,1016 4,176	0,00324 34,56 1,1016 6,876
Плата за выброс вредных веществ сверх лимитов, р.:* – твёрдые частицы; – оксиды серы; – оксиды углерода; – оксиды азота	0,31968 7091,712 27,54 247,104	0,22464 2872,8 27,54 228,096	0,042336 1036,8 27,54 108,864	0,041472 1411,2 27,54 100,224	0,03888 806,4 27,54 165,024
Общий размер платы предприятия за выбросы в атмосферу, р.	996,02	1241,8	57,48	65,76	42,54
Полные расходы предприятия по вариантам	7366,7	2898,4	1169,6
Сорт наиболее выгодного для предприятия угля	Сорт 5 – Канско-Ачинский, разрез Ирша-Бородинский
Уменьшение расходов предприятия при переходе на наиболее выгод- ный вариант, р.	При переходе с сорта 1 на сорт 5 расходы уменьшаться на 6367,7руб.; с сорта 2 на сорт 5 – 1899,4руб.; с сорта 3 на сорт 5 – 170,6руб.; с сорта 4 на сорт 5 – 540руб.
Сорт наиболее невыгодного (дорогого) варианта	Сорт 1 – Подмосковный, Тулуголь, ш. Щекинская.
Разница в расходах предприятия по наиболее выгодному и наиболее дорогому вариантам, р.	Разница составит 6367,7 рублей.

*-Определено согласно требований к прохождению согласований платежей и расчетам платы за загрязнение окружающей природной среды.

Вывод: в ходе практической работы были определены выбросы загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлах малой производительности различных марок углей. Была определена наиболее выгодная марка угля - Канско-Ачинский, разрез Ирша-Бородинский, и наиболее не выгодная – Подмосковный, Тулуголь, ш. Щекинская. А также разница в расходах предприятия по наиболее выгодному и наиболее дорогому вариантам, которая составила 6367,7 рублей.