Эколого-экономическое обоснование промышленного объекта
Эколого-экономическое обоснование промышленного объекта
Эколого-экономическое обоснование промышленного объекта
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РБ
БЕЛОРУСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине Инженерная экология
Эколого-экономическое обоснование промышленного объекта
Выполнил
Бурблис В.С. гр.110411
МИНСК-2004
СОДЕРЖАНИЕ
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1.1 Краткое описание технологического процесса
2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ
2.1 Расчет выбросов твердых частиц
2.2 Расчет выбросов оксида серы
2.3 Расчет содержания оксида углерода в дымовых газах
2.4 Расчет выброса двуокиси азота
3. АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ
3.1 Выявление веществ обладающих суммацией вредного действия и определение для них приведенных концентраций и массового выброса
3.2 Нахождение доминирующих веществ
4. Расчёт рассеивания вредных веществ газовых выбросов
5. Расчет ПДВ
6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОП
7. ВЫБОР И РАСЧЕТ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ
8. РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ
9. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ИХ АНАЛИЗ
ЛИТЕРАТУРА
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Номер варианта 5
Город Витебск
Высота трубы Hм=50м.
Средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника
ωо=5м/с.
Степень очистки газов от вредных примесей η=0,9.
Выброс B=750+30(N+5),
где N номер варианта;
B=750+30(5+5)=1050 т/год
B(г/с)=(Вт 106)/(3600 τ)=182,29 (г/с)
Температура t=100+2.5N=100+2,5*5=112,5 0C
Время τ =1000+30(N+15)=1600 (час/год).
Координаты точки
X=300+42(N+2)=594 (м)
Y=10+15N=85 (м)
Топливом для работы котельной является каменный уголь Донецкого Бассейна ТР
Его основные параметры следующие
Влажность WP=6 %
Зольность Ap= 25 %
Содержание серы Sp=2,7 %
Низшая теплота сгорания Qн= 24,03 МДж/кг
Количество воздуха необходимого для сжигания топлива L0г=7,48 м3/кг
Город расположен на 52 градусах северной широты, температура t=36
1.1 Краткое описание технологического процесса
В городе Витебск находится отопительная котельная на твердом топливе, в которой сжигается уголь в количестве В=1050т/год. Котельная имеет трубу высотой H=50м. В атмосферу при этом выделяются следующие вредности зола, оксид углерода, двуокись азота, оксид серы.
Задачей курсовой работы является эколого-экономическое обоснование данных котельной, т.е. выявление количества выделяемых вредностей и предотвращение нанесения ущерба окружающей среде.
2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ
2.1 Расчет выбросов твердых частиц
Количество золы и несгоревшего топлива(т/год,г/с),выбрасываемого в атмосферу с дымовыми газами от котлоагрегатов при сжигании твердого топлива, находят по следующей формуле
Mт=BApƒ(1-η)
Где Ap -зольность топлива в %
η з -степень очистки газов в золоуловителях
ƒ=0,0026
(г/с)
(г/с)
(т/год)
2.2 Расчет выбросов оксида серы
Расчет выбросов в атмосферу окислов серы в пересчёте на SO2 (т/год, г/с) при сжигании твердого и жидкого топлива производится по следующей формуле
Mso2=0,02 B Sp (1- η’so2 ) (1- η’’so2 ),
Где Sp – содержание серы в топливе на рабочую массу, %;
η’so2-доля окислов серы, связываемых летучей золой топлива (принимается при сжигании углей равной 0,1, мазута 0,02);
η’’so2- доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителях, принимается равной нулю для сухих золоуловителей, для мокрых зависит от щёлочности орошаемой воды и приведенной сернистости топлива.
2.3 Расчет содержания оксида углерода в дымовых газах
Расчет образования оксида углерода в еденицу времени(г/с, т/год) ведется по следующей формуле
Mco=0,001 Cco B (1-q4/100),
Где Ссо- выход оксида углерода при сжигании топлива;
Cco=q3 R Qн,
Где q3- потери теплоты вследствие химческой неполноты сгорания топлива.%;
R-Коэффициент, учитывающий долю потерь теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленной наличием в продуктах сгорания оксида углерода(для твёрдого топлива R=1, для газа – 0,5. для мазута – 0,65);
q4- потери теплоты вследствие неполноты сжигания топлива.
МДж/кг
(г/с)
(т/год)
2.4 Расчет выброса двуокиси азота
Количество оксида азота, в пересчёте на NO2, выбрасываемых в единицу времени (г/с, т/год), рассчитывается по формуле
MNO2=0,001 B Q K NO2 (1-β),
где B- расход натуральног топлива за рассматриваемый период времени(г/с,тыс.м3/год,л/с т/год);
Qн- низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг, МДж/м3;
K NO2-параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1ГДж теплоты, кг/ГДж;
β – коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применения технических решений.
Значения K NO2 определяются по графикам (рис 3.2 в методическом пособии) для различных видов топлива в завмсимости от еоминальной нагрузки теплогенератора. При нагрузке котла, отличающейся от номинальной, K NO2, следует умножить на (Qф/Qр)0,25, где Qф,Qр- соответственно фактическая и номинальная мощности топливосжигающей установки, кВт.
Теплопроизводительность топливоиспользующего оборудования (кВт) определяется по формуле
K NO2=0,24
(кВт)
где B- расход топлива, кг/ч, м3/ч;
Qн- теплота сгорания топлива, кДж/кг, кДж/м3.
(г/с)
(т/г)
3. АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ
3.1 Выявление веществ, обладающих суммацией вредного действия и определение для них приведенных концентраций и массового выброса
Основными критериями качественной воздушной среды является предельно допустимая концентрация (ПДК). При этом требуется выполнение соотношения
ПДК⊃3;С
С-концентрация вещества в воздухе, мг/м3.
К вредным веществам однонаправленного действия, следует относить вещества, близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека.
Суммацией вредного воздействия обладают двуокись азота (NO2) и сернистый ангидрид (SO2).
Приведенная концентрация (Сп) к веществу с концентрацией С1 и ПДК1 рассчитывается по формуле
При одновременном выбросе в атмосферу из одного источника нескольких вредных веществ, обладающих суммацией действия, расчеты выполняют после приведения всех вредных к валовому выбросу Мп одного из них М1, по последующей зависимости
Объём удаляемых дымовых газов
,
где α- коэффициент, зависящий от класса опасности (α=1,3)
— температура дымовых газов, К
К
кг/ч
м3/с
Концентрации веществ в дымовых газах определяем следующим образом
(г/м3)
(г/м3)
(г/м3)
(г/м3)
3.2 Нахождение доминирующих веществ
Для проектируемой котельной согласно данным по выбросу вредных веществ в атмосферу, приведенных в графах 1-8 таблицы 1, рассчитаем максимальное значение параметра П (характеризующего степень воздействия проектируемого объекта на загрязнение атмосферного воздуха).
Решение приведено в графах 9-13 таблицы 1.
Табл.1 определение доминирующего вещества
№ источ-ника
H, м
Д,м
Д H+Д
L, м3/с
Вещество
ПДКм.р. мг/м3
М, мг/с
гр.8 гр.7 м3/с
гр.8,Св, гр.5 м3/с
гр.10, гр.7 Св/ПДКм.р.
гр.11хгр.4, R
гр.12хгр.9, П,м3/с
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
1
50
1
0,016
2,5
зола
0,5
1180
2360
470
939,64
14,80
34922,1
SO2
0,5
8859
17718
3527
7054,47
111,09
1968363,0
CO
3
3100
1033
1234
411,42
6,48
6695,1
NO2
0,09
1050
12353
418
4918,36
77,45
956789,8
На основании анализа полученных результатов (табл.1) делаем вывод степень воздействия проектируемой котельной на загрязнение атмосферного воздуха характеризуется максимальным значением параметра П=1968363 м3/с, по действию SO2.
4. РАСЧЁТ РАССЕИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ
Расчет рассеивания вредных веществ в атмосфере выполняется согласно нормативному документу ОНД-86. Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующей неблагоприятным метеорологическим условиям. В том числе и опасной скорости ветра.
При расчётах определяют приземную концентрацию в двухметровом слое над поверхностью земли, а в случае необходимости – в заданной точке в вертикальном направлении.
В зависимости от высоты H устья источника выброса вредного вещества над земной поверхностью они относятся к одному из четырёх классов высокие H>50 м; средней высоты H=10…50; низкие — H=2…10; наземные H<2.
Опасная скорость ветра — это скорость определяемая на уровне 10 м. от земной поверхности, при которой для заданного состояния атмосферы концентрация вредных примесей на уровне дыхания людей(высота – 2 м.) достигает максимальной величины.
Максимальное значение приземных концентраций и входящие в них коэффициенты определяют в зависимости от параметров f, υм, υ’м, fе.
Из формулы для скорости выхода газовых выбросов из устья трубы
выражаем диаметр устья трубы(м)
(м)
Вычисляем вспомогательный параметр – f
где ω0- средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника, м/с;
Δt – разность между температурой выброса и окружающим воздухом;
Так как f<100 и Δt=82>0, то расчет ведём по формулам для нагретых газов. Находим параметр υм (м/с) и опасную скорость ветра ω (м/с).
где L- количество выброса в атмосферу, м3/с
(м/с)
Так как 0,5< υм≤2,то
ω= υм =1,018 (м/с)
Определяем коэффициенты F,n,m и вычисляем максимальную приземную концентрацию вредности.
F-безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газов F=1)
m и n – коэффициенты , учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника;
Коэффициент m определяют в зависимости от f
При f<100
Коэффициент n при f<100 определяют в зависимости от υм
при 0,5≤υм<2 его определяют по формуле
так как υм=1,1 (м/с) ,то условие выполняется. Следовательно, считаем по вышеприведенной формуле
Определяем максимальную концентрацию (мг/м3)
;
где А- коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы для неблагоприятных метеорологических условий, определяющих рассеивание вредных веществ(для Европейской территории СНГ и Урала севернее 520 с.ш.-160,ниже 500 с.ш.-200)
ηр- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности(при условии перепада высот не превышающей 50 м. на 1 км. ηр=1)
(мг/м3)
Находим безразмерный параметр d и вычисляем расстояние по оси X, на котором наблюдается максимальная приземная концентрация .
При f<100 и 0,5< υм≤2 коэффициент d находим по формуле
Xм=dH
(м.)
Определяем S1-безразмерный коэффициент, зависящий от Xср=X/Xм
При 1<X/Xм≤8
так как и 1<2,12≤8 , то
При опасной скорости ветра приземная концентрация по оси факела СX на расстоянии XМ, м, определяется по формуле
Сx= S1Cм
Определяем коэффициент ty в зависимости от скорости ветра ω и коэффициент S2, зависящий от ω и ty
при ω≤5
Значение приземной концентрации в атмосфере Сy на расстоянии Y, м, по перпендикуляру к оси факела выброса определяют по формуле
Определяем действительную концентрацию в заданной точке и сравниваем с допустимой
С= Сy+Сф
С<ПДКм.р.
0,15<0,5
Следовательно, нет необходимости ставить дополнительные очистные устройства.
5. РАСЧЕТ ПДВ (предельно допустимого выброса)
Расчет ПДВ ведется в зависимости от класса вещества
1и2 классы (NO2)-наибольшая опасность, для них ПДВ рассчитывается по полной программе;
3 класс (тв.вещ.,SO2)-ПДВ рассчитывается по сокращенной программе;
4 класс (СО)-ПДВ можно не рассчитывать.
Рассмотрим пример расчета ПДВ вещества 3 класса (SO2).
Значение ПДВ для одиночного источника в случае, когда f<100 определяют по формуле
hр=1 – коэффициент учитывающий влияние рельефа местности.
Dt=112.5-36=76,5 °С
Подставив значения в формулу, получим значения (для каждого вещества)
6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОП
Расчет коэффициента опасности предприятия определяется по формуле
n — количество вредностей
Мi-количество i-го загрязняющего вещества
ПДКi-допустимая норма i-го вещества
ai-безразмерный коэффициент, позволяющий привести степень вредности i-го вещества к вредности SO2.
Для веществ 1 класса-ai=1.7
2 класса-ai=1.3
3 класса-ai=1.0
4 класса-ai=0.9
Условие
1) Мi/ПДКi>1, КОП рассчитывается.
2) Мi/ПДКi<1, КОП не рассчитывается, т.е. » равен нулю.
Тогда для нашего случая
376,88
Таким образом, т.к.КОП <103 размер санитарно-защитной зоны 100м
7.ВЫБОР И РАСЧЕТ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ
В каждом конкретном случае размеры санитарно-защитной зоны и возможности отклонения должны подтверждаться расчетом. Полученный при расчете размер зоны уточняется в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от розы ветров и относительно расположения котельной и зоны застройки. Корректировка производится по формуле
Расчет ведется по следующей формуле
где -определяемая величина санитарной зоны, м;
-величина зоны в соответствии с классификацией;
-повторяемость ветра в заданном направлении согласно розе ветров, %;
-средняя повторяемость ветра при круговой розе ветров=12,5%.
Роза ветров и санитарно–защитная зона изображены на формате под номером 2.
Исходные данные для расчета розы ветров средняя повторяемость ветра за июль месяц
С=10;СВ=11;В=8;ЮВ=9;Ю=13;ЮЗ=14;З=18;СЗ=17;ШТИЛЬ=6;
С
CВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
8. РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ
Под экономическим ущербом подразумеваются фактические и возможные потери, урон или отрицательные изменения природы, которые вызваны загрязнением окружающей среды, выраженные в денежной форме.
Экономический ущерб может быть фактическим(Yф), возможным(Yв) или предотвращённым(Yп).
Возможный экономический ущерб(Yв) рассчитывается для случаев отсутствия природоохранных предприятий.
Предотвращенный экономический ущерб(Yп) равен разности между ущербом возможным и ущербом фактическим.
Yп=Yв-Yф
Расчет экономического ущерба ведётся по формуле
Y=γ f M,
где γ- костанта(γ=2,4)
f- поправка, учитывающая характер рассеивания вредных веществ в атмосферу.
-константа, учитывающая характер местности (для леса =0,2, пасбища-0,05, пашни-0,25).
М=∑Ai mi
где Ai-коэффициент опасности вещества;
mi- выброс вещества предприятием(т/г);
Все данные сводим в таблицу
табл. 2 Расчет экономического ущерба без учёта природоохранных мероприятий.
№
Наименование выброса
Рас. привед. массы год. выбр.
Рас. ущерба от выбр. вредностей
mi
Аi
гр.3хгр4
Значение
значение ущерба
γ
δ
f
т/год
т/год
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
зола
2,7616
2,5
69,04
2,4
0,4
10
662,784
2
SO2
7,587
16,5
125,185
2,4
0,4
3,78
454,2713
3
CO
17,9
1
17,9
2,4
0,4
3,78
64,9555
4
NO2
6062
41,1
249,148
2,4
0,4
3,78
904,1083
∑Yв
2086,1191
Ущерб от налогов и штрафов равен ( считается для каждого вещества)
где mi- предельно допустимый выброс(ПДВ)
mш- количество выброшенного вещества, кот облагается штрафом
nш- ставка, по которой облагают штрафом (nш=15n)
n- по которой облагают налогом.
Δmi=mф-ПДВ
где mф — количество вредного вещества, которое выбрасывает предприятие.
Рассчитаем ущерб от налогов и штрафов для таблицы 2.
(у.е.)
(у.е.)
(у.е.)
(у.е.)
(у.е.)
табл. 3 Расчет экономического ущерба с учётом природоохранных мероприятий.
№
Наименование выброса
Рас. привед. массы год. выбр.
Рас. ущерба от выбр. вредностей
mi
Аi
гр.3хгр4
Значение
значение ущерба
γ
δ
f
т/год
т/год
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
зола
2,7616
2,5
6,904
2,4
0,4
10
66,2784
2
SO2
7,587
16,5
125,185
2,4
0,4
3,78
454,2713
3
CO
17,9
1
17,9
2,4
0,4
3,78
64,9555
4
NO2
6062
41,1
249,148
2,4
0,4
3,78
904,1082
∑Yв
1489,6135
Вычислим ущерб от налогов и штрафов для таблицы 3.
(у.е.)
(у.е.)
(у.е.)
(у.е.)
(у.е.)
Рассчитаем возможный и фактический экономический ущерб
Yв=Y1+Yн.ш.1
Yф=Y2+Yн.ш.2
Yв=9391,286+2086,1191=11474,4051 (у.е.)
Yф=1592,5392+1489,6135=3082,1527 (у.е.)
Путём нахождения разности возможного и фактического экономического ущерба получим первую стадию экономической эффективности.
Yп=Yв-Yф=11474,4051-3082,1547=8392,2524 (у.е.)
Текущие затраты на эксплуатацию систем очистки от вредных выбросов считаются по формуле
Зт=Зэ+Зам+Зр
где Зт — затраты текущие;
Зэ — затраты энергетические;
Зам — затраты на амортизацию;
Зр — затраты на ремонт.
Зэ= Nг ηз Сэ;
Зам=0,0273 Кз;
Зр=0,0333 Кз;
NГ=Nτ=0,263*2090=549,67 кВт/год
P-давление (P=200Па)
Сэ- стоимость электроэнергии (Сэ=0,076 у.е./кВт)
Кз- капитальные затраты
Кз=(3N+300) ,
Где N-номер студента по списку
Кз=354 (у.е.)
Зэ=0,076*549,67=41,77 (у.е.)
Зам=0,0273*354 (у.е.)
Зр=0,33*354=11,68 (у.е.)
Зт=63,1142у.е.
Посчитаем вторую стадию экономического эффекта
Эо=Yп- Зт,
Эо=8392,2524-63,1142=8329,1382 (у.е)
Суммарный экономический эффект от очистки выбросов вредных веществ будет равен
Эк=Эо-Зт Кн,
где Кн- коэффициент, равный Кн=0,12
Эк=8329,1382-63,1142*0,12=8321,5644 (у.е)
9. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ИХ АНАЛИЗ
Очистка газовых выбросов это отделение от них или превращение в безвредное состояние загрязняющих атмосферу веществ. Промышленная очистка имеет последующую утилизацию или возврат в производство отделенного от газа или превращенного в безопасное состояние вещество.
Санитарная очистка имеет место, когда остаточное содержание в газе загрязняющих веществ позволяет обеспечить установленные предельно допустимые концентрации в воздухе населенных мест или промышленных помещений.
Выбор системы очистки зависит от исходного состава удаляемых газов, вредных примесей, воздухоохранных требований.
В нашей работе мы очищаем удаляемый воздух от пыли,CO,NO2,SO2.
В учебных целях устанавливаем сухой циклон со степенью очистки h=0.75…0.9.
ЛИТЕРАТУРА
1.ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ ХРУСТАЛЬВ Б.М.,СЕНЬКЕВИЧ Э.В., МИНСК «ДИЗАЙН ПРО»1997.
2.МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОНЦЕНТРАЦИЙ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ВЫБРОСАХ ПРЕДПРИЯТИЙ. ОНД -86 . Л ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ ,1987.-93С.