Расчёт выбросов загрязняющих веществ от энергетических установок

Теоретическая часть

Расчет выбросов в атмосферу загрязняющих веществ от энергетической установки в данной работе выполнен по методике [10]. «Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от энергетических установок», ГКД 34.02.305-2002.

Удельная масса каждого индивидуального газа в сухом состоянии газообразного топлива определяется по формулам:

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

где m _i – удельная масса i-го индивидуального газа в 1 нм³ сухого топлива, кг/нм³; (i)_v – объемного содержание i-го индивидуального газа, %.

Массовый элементный состав сухого газообразного топлива определяется по формулам:

(36)

(37)

(38)

(39)

(40)

где C ^daf – массовый состав углерода в топливе на горючую массу, %;

H ^daf – массовый состав водорода в топливе на горючую массу, %;

N ^daf – массовый состав азота в топливе на горючую массу, %;

S ^daf – массовый состав серы в топливе на горючую массу, %;

O ^daf – массовый состав кислорода в топливе на горючую массу, %;

r _н – плотность сухого газообразного топлива при нормальных условиях, кг/нм ³;

m _i – удельная масса i-го индивидуального газа в 1 нм³ сухого газообразного топлива, кг/нм³.

Масса израсходованного газообразного топлива В, т, и массовая низшая теплота сгорания топлива рассчитываются по формулам:

, (41)

, (42)

где B_v – объем израсходованного газообразного топлива при нормальных условиях, тыс. нм³; Q_i^r – массовая низшая теплота сгорания газообразного топлива, МДж/кг; – объемная низшая теплота сгорания газообразного топлива при нормальных условиях, МДж/нм³; r _н – плотность газообразного топлива при нормальных условиях, кг/нм³.

Валовый выброс j-ого загрязняющего вещества E_j, т, который выбрасывается в атмосферу с дымовыми газами энергетической установки за промежуток времени Р, определяется как сумма валовых выбросов этого вещества во время сжигания различных видов топлива, в том числе во время их одновременного сжигания:

, (43)

где E_ji – валовый выброс j-ого загрязняющего вещества во время сжигания i-го топлива за промежуток времени P, т; k_ji – показатель эмиссии j-ого загрязняющего вещества для i-го топлива, г/ГДж; B_i – расход i-го топлива за промежуток времени P, т; (Q^r_i)_i – низшая рабочая теплота сгорания i-го топлива, МДж/кг.

Выброс оксидов азота

Во время сжигания органического топлива образуются оксиды азота NO_x (оксид азота NO и диоксид азота NO₂), выбросы которых определяются в пересчете на NO₂.

Показатель эмиссии оксидов азота k_NOx, г/ГДж, с учетом мероприятий по снижению выбросов рассчитывается по формуле:

, (44)

где (k_NOx)₀ - показатель эмиссии оксидов азота без учета мероприятий по снижению выбросов, г/ГДж;

f_н - степень уменьшения выброса NO_x во время работы на низкой нагрузке;

h_I - эффективность первичных (режимно-технологических) мер сокращения выбросов;

h_II - эффективность вторичных мер (азотоочистные установки);

b - коэффициент работы азотоочисной установки.

Во время работы энергетической установки на низкой нагрузке уменьшается температура процесса горения топлива, благодаря чему сокращается выброс оксидов азота. Степень уменьшения выброса NO_x при этом определяется по формуле

, (45)

где f_н - степень уменьшения выброса NO_x во время работы на низкой нагрузке; Q_ф - фактическая тепловая мощность энергетической установки, МВт; Q_н - номинальная тепловая мощность энергетической установки, МВт; z - эмпирический коэффициент, который зависит от вида энергетической установки, ее мощности, типа топлива и т.п.

Выброс сернистого ангидрида

Показатель эмиссии г/ГДж, оксидов серы SO₂ и SO₃, в пересчете на диоксид серы SO₂, которые поступают в атмосферу с дымовыми газами, рассчитывается по формуле

, (46)

где Q_i^r - низшая рабочая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

S ^r – содержание серы в топливе на рабочую массу , %; h_I – эффек-тивность связывания серы золой или сорбентом в энергетической установке; h_II – эффективность очистки дымовых газов от оксидов серы;

b – коэффициент работы сероочистной установки.

Выброс диоксида углерода

Показатель эмиссии диоксида углерода , г/ГДж, во время сжигания органического топлива определяется по формуле:

, (47)

где C^r - массовое содержание углерода в топливе на рабочую массу, %;

Q_i^r - низшая рабочая теплота сгорания топлива, МДж/кг; e_C - степень окисления углерода топлива; k_C - показатель эмиссии углерода топлива, г/ГДж.

Эффективность процесса горения определяет степень окисления углерода топлива e_C. При полном сгорания топлива степень окисления равна единице, но при наличии недогара топлива ее значение уменьшается. Степень окисления углерода топливаe_C во время сжигания природного газа согласно приложения А составляет 0,995.

Выброс тяжелых металлов

При сжигании в энергетической установке природного газа выделяются ртуть и ее соединения.

Показатель эмиссии ртути k_Hg, г/ГДж, рассчитывается по формуле:

(48)

где (k_Hg)₀ - показатель эмиссии ртути без использования золоулавливающей установки, г/ГДж; h_гзу - эффективность улавливания ртути в золоулавливающей установке.

Значение (k_Hg)₀ во время сжигания природного газа составляет 0,0001 г/ГДж.

Практическая часть

Программа Boiler 2004 (версия 3) [11] позволяет произвести расчёт выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от энергетических установок (котельных, печей). Программа составлена по методике [10].

Входными данными для расчета являются:

1) тип топлива (из трех типов «тв.топливо, газ, мазут» во всех вариантах работы выбирается «газ»);

2) характеристика топлива (во всех вариантах работы выбирается газ из газопровода «Уренгой-Ужгород»);

3) количество израсходованного газа, тыс.м³ /год;

4) время работы, час/год;

5) количество дней работы;

6) тип энергетической установки (паровой котел, водогрейный котел, печь и т.д.);

7) тепловая мощность энергетической установки (определяется по встроенным справкам);

8) тип первичных мер по сокращению выбросов, эффективность и коэффициент работы очистной установки, технология сжигания при расчете валовых выбросов загрязняющих веществ.

Результатами расчета являются выбросы диоксида азота, сернистого ангидрида, оксида и диоксида азота, ртути, оксида диазота, метана.

Порядок выполнения работы

Открыть программу, запустив файл Boiler 2004. При загрузке программы открывается первое главное окно, где в окне «тип топлива» выбрать «газ». Нажать кнопку «Дальше».

Появилось второе окно. В верхней таблице «Характеристика газа» выбрать газопровод «Уренгой-Ужгород». В соответствии с № варианта задания (табл. 20) указать: количество израсходованного газа (тыс.м³/год), количество дней работы, время работы (час/дней). Нажать кнопку «Вычисление», в результате определены: 1)удельные массы газов; 2)массовое содержание элементов; 3) массовая низшая теплота сгорания газообразного топлива, Мдж/кг; 4) масса израсходованного газообразного топлива. Нажать кнопку «Дальше». Появилось окошко «Тип энергетической установки». Выбрать один из трех типов, а именно «Паровой котел» для любого варианта задания. Нажать кнопку «Дальше». Появилось окошко «Определение тепловой мощности энергетической установки». Справа в поле «СПРАВОЧНИК» выбрать котел в соответствии с № варианта задания (табл. 20, столбец 5). При этом слева в поле «Номинальная производительность котла» появилось значение, отвечающее марке котла. Тоже значение ввести в поле «Фактическая производительность котла». В таблице Ж.1 «Значение отношения паропродуктивности котла к его тепловой мощности» выбрать произвольно один из четырех вариантов котла по величине давления пара. Нажать кнопку «Вычисление», в результате определены: 1)номинальная тепловая мощность котла, МВт; 2)фактическая тепловая мощность котла, МВт; 3)значение отношения паропроизводительности котла к его тепловой мощности. На рис.2. приведено это второе главное окно после выполненных по его полям операций для одного из вариантов задания. Далее нажать кнопку «Дальше».

Появилось окно «Определение валового выброса оксидов азота». Поля таблиц Д5-Д8 заполнить с учетом результатов предыдущего окна. Так, если в результате расчета в соответствии с рис. 2 тепловая мощность котла равна 6,897 МBт, то в табл. Д5 следует выбрать строку «Газ. Тепловая мощность котла<300МВт», которой отвечает значение показателя эмиссии оксидов азота (k_NOx)₀ = 100. В табл. Д6 значение эмпирического коэффициента указать z = 1,25. В табл. Д7 и Д8 значения эффективности первичных (режимно-технологических) мер сокращения выбросов h_I и эффективности вторичных мер h_II , соответственно, выбрать согласно № варианта задания (табл. 20, столбец 6,7).Нажать кнопку «Вычисление». Получены результаты расчета выброса оксидов азота. Нажать кнопку «Дальше».

Открылось окно ««Определение валового выброса сернистого ангидрида». В таблицах Д2 (технология сжигания) и Д3 (технология десульфиризации дымовых газов) зафиксировать по усмотрению студента строки с выбранными значениями h_Iи h_II (b). Нажать кнопку «Вычисление». Получены результаты расчета выброса сернистого ангидрида. Нажать кнопку «Дальше».

Открылось окно «Определение валового выброса оксида углерода». В таблице Е.1 (технология сжигания) выбрать по усмотрению студента строку с соответствующим значением показателем эмиссии оксида углерода k_CO. Нажать кнопку «Вычисление». Получены результаты расчета выброса оксида углерода. Нажать кнопку «Дальше».

Открылось окно «Определение валового выброса метана». Нажать кнопку «Вычисление». Получены результаты расчета выброса метана. Нажать кнопку «Дальше».

Открылось окно «Определение валового выброса углекислого газа». Нажать кнопку «Вычисление». Получены результаты расчета выброса углекислого газа. Нажать кнопку «Дальше».

Открылось окно «Определение валовых выбросов тяжелых металлов». В таблице Д.11 по усмотрению студента выбрать золоулавливающую установку. Нажать кнопку «Вычисление». Получены результаты расчета выброса ртути «Результаты» и характеристика источника «Отчет».

Рис.2. Второе окно программы Boiler 2004 после заполнения соответствующих полей.

Для экспорта результатов в Microsoft Word закрыть все работающие Word. В нижней левой части окна «Отчет» нажать кнопку «Экспорт в Word». В открывшемся окне выбрать «Шаблон для 1-й энергетической установки». Нажать кнопку «Дальше». В Microsoft Word через папку «Boiler» вызвать файл «g1», в результате чего откроется заданный шаблон расчета. Вернуться к последнему окну программы «Boiler 2004» и нажать кнопку «Повторный экспорт». Происходит экспортирование данных в шаблон. Полученный файл сохранить под фамилией студента.

.

Таблица 20

Данные для расчета выбросов ЗВ от энергетических установок

№ варианта	Количест-во израсходованного газа	количество дней работы	время работы час/год	Котел	hI	hII
				ДКВР-10-13	0,2	0,95
				ДКВР-2,5-13	0,4	0,7
				ДКВР-20-13	0,3	0,5
				ДКВР-4-13	0,45	0,8
				ДКВР-6,5-13	0,6	0,5
				E-10-14P	0,5	0,95
				E-2,5-14P
				E-25-14P	0,1	0,5
				E-4-14P	0,35	0,8
				E-6,5-14P	0,2	0,5
				ДКВР-10-13	0,4	0,7
				ДКВР-2,5-13	0,3	0,7
				ДКВР-20-13	0,45	0,8
				ДКВР-4-13	0,6	0,95
				ДКВР-6,5-13	0,5	0,8
				E-10-14P
				E-2,5-14P	0,1	0,5
				E-25-14P	0,35	0,7
				E-4-14P	0,2	0,5
				E-6,5-14P	0,4	0,7
				ДКВР-10-13	0,3	0,7
				ДКВР-2,5-13	0,45	0,8
				ДКВР-20-13	0,6	0,95
				ДКВР-4-13	0,5	0,8
				ДКВР-6,5-13
				E-10-14P	0,1	0,5
				E-2,5-14P	0,35	0,7
				E-25-14P	0,2	0,5
				E-4-14P	0,4	0,7
				E-6,5-14P	0,3	0,7

Продолжение таблицы 20

				ДКВР-10-13	0,45	0,8
				ДКВР-2,5-13	0,6	0,95
				ДКВР-20-13	0,5	0,8
				ДКВР-4-13
				ДКВР-6,5-13	0,1	0,5
				E-10-14P	0,35	0,7