Экология объекта
Экология объекта
Экология объекта
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Институт транспортной техники и организации производства
Кафедра «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта»
Курсовая работа по дисциплине
«Источники загрязнения и технические средства защиты окружающей среды»
Экология объекта
Москва 2009 г.
Котельная с n=5 котлами КЕ-25-14МТ
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЁМОВ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
Теоретический объём воздуха, необходимый для полного сжигания топлива
Объём трёхатомных газов
Объём сухих дымовых газов при полном сгорании топлива
(м3/кг)
(м3/кг)
(м3/кг)
Объём водяных паров вычисляется по формуле
— коэффициент избытка воздуха в топке
(м3/кг)
Действительно необходимое количество воздуха при =1,25
(м3/кг)
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ С ДЫМОВЫМИ ГАЗАМИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
1.Фактический расход на котёл, кг/с.
где D-фактическая паропроизводительность котла, т/ч ;
-низшая теплота сгорания топлива в МДж/кг ;
-К.П.Д. котла при ном. нагрузке ;
(кг/с)
2.Расчётный расход топлива, кг/с
,
где -потери от механической неполноты сгорания ;
(кг/с)
3. Годовая выработка тепла
Ти – число часов использования установленной мощности Ти = 4000 ч/год
(МДж/год)
Годовой расход топлива
3. ДИСПЕРСНЫЙ (ФРАКЦИОННЫЙ) АНАЛИЗ ПЫЛИ
Дисперсный состав уноса твёрдых продуктов сгорания
dч,мкм
<10
10-20
20-30
30-40
40-50
50-60
60-86
86-100
>100
mi, %
6
10
10
10
8
8
10
3
35
0,06
0,1
0,1
0,1
0,08
0,08
0,1
0,03
0,35
Д
0,06
0,16
0,26
0,36
0,44
0,52
0,62
0,65
X
-1.55
-0.99
-0.64
-0.355
-0.15
0.05
0.31
0.39
dгр
10
20
30
40
50
60
86
100
Lg dч
1
1,301
1,477
1,602
1,699
1,778
1,934
2
,
где -масса взвеси (в нашем случае равна 100) ,
Рассчитаем суммы
Из уравнения путём интегрирования получим систему уравнений с двумя неизвестными
;
;
.
4. ВЫБОР ЗОЛОУЛОВИТЕЛЯ
Полный объём продуктов сгорания
(м3/кг)
Объёмный расход продуктов сгорания
м3/с
где — расчётный расход топлива;
— объём газа;
Объём продуктов сгорания, выходящий из трубы
м3/с
Выбираю батарейный циклон БЦ
Wопт=3.5 м/с – оптимальное значение скорости газов в циклоне с направляющим аппаратом типа «розетка» 25˚(табличное значение)
ξ90=90 – опытное значение коэффициента сопротивления циклона(табличное значение)
dт50=3.85 мкм – медианный размер опытных частиц
lg ση=0.46 – среднеквадратичное отклонение частиц от медианного размера
Параметры эксперимента
Dц=0.25 м
Wцт=4.5 м/с – опытное значение скорости газа в циклоне
(Па — динамическая вязкость газов
(кг/м3) – плотность опытных частиц
Суммарное количество твёрдых продуктов сгорания (летучей золы и несгоревшего топлива) в дымовых газах перед золоуловителем
,
Концентрация твёрдых веществ в продуктах сгорания
г/м3
Объёмный расход продуктов сгорания при температуре уходящих газов
м3/с
Принимаем Dц=0.25;
Принимаю nц= 64, выбираю батарейный циклон типа БЦ 1x8x8
Уточняю скорость
м/с ≈ Wопт
Коэффициент гидравлического сопротивления циклона
К1 = 1 для D ≥ 250 мм
К2 – поправка на запыленность газов
К3 = 35 – поправка на компоновку циклонов в группу
Па – гидравлическое сопротивление циклона
Параметры уходящих газов
— плотность золы
;
Медианный размер частиц, улавливаемый циклоном
мкм
по таблице нормальной функции распределения Ф (x)=0.95635
Максимальная степень очистки ηmax=0.955
Среднеэксплуатационная степень очистки η=ηз=0.85∙0.95635=0.8129
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ГАЗООБРАЗНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
5.1 Оксиды серы
Суммарное количество оксидов серы МSO2 в г/с, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегатов, вычисляют по формуле
,
где — содержание серы в топливе на рабочую массу, % ;
— доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле ( по табл 2 (2)составляет 0,1);
— доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием твёрдых частиц (для сухих золоуловителей принимаем равным нулю);
(г/с)
(г/с)
5.2 Оксиды углерода
Количество выбросов оксида углерода в г/с определяется по соотношению
,
где — выход оксида углерода на единицу топлива, г/кг;
Здесь q3-потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, %;
R-доля потери теплоты q3, обусловленная наличием в продуктах неполного сгорания оксида углерода (принимают для твёрдого топлива 1,0 );
(г/кг)
(г/с)
(г/с)
5.3 Расчёт выбросов оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива
Топка ТЧЗМ — топка с пневмомеханическим забрасывателем и цепной чешуйчатой решеткой обратного хода. Удельный выброс оксидов азота при сжигании твердого топлива, г/с
,
где — удельный выброс оксидов азота, г /МДж;
где αт – коэффициент избытка воздуха в топке
R6 – остаток на сите с размером ячеек 6 мм%, принимаю R6= 0
— безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов при подаче их в смеси с дутьевым воздухом под колосниковую решетку ,на образование оксидов азота; принимаю r=0 6.801*10-3г /МДж
=1.415МВт/ м2
МNO2 = 0.126*5=0.63 г/с
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ТВЁРДЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
6.1 Расчёт выбросов твёрдых продуктов сгорания
Суммарное количество твёрдых продуктов сгорания (летучей золы и несгоревшего топлива) , поступающих в атмосферу с дымовыми газами котлов в г/с, вычисляются по формуле
,
где — зольность топлива на рабочую массу, % ;
— доля золы, уносимой газами из котла (доля золы топлива в уносе);
— доля твёрдых частиц, улавливаемых в золоуловителях;
32,68- теплота сгорания углерода, МДж/кг;
,
Количество летучей золы в г/с, уносимой в атмосферу в составе твёрдых продуктов сгорания, вычисляют по формуле
,
(г/с)
Количество коксовых остатков при сжигании твёрдого топлива в г/с, образующихся в топке в результате механического недожога топлива и выбрасываемых в атмосферу, определяют по формуле
,
(г/с)
6.2 Расчет выбросов бензапирена
Выброс бензапирена поступающего в атмосферу с дымовыми газами в г/с рассчитывают по уравнению
массовая концентрация бензапирена в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха ;
объем сухих дымовых газов ,образующихся при полном сгорании 1 кг (1 н)
топлива при
При сжигании твердого топлива
А – коэффициент, характеризующий тип колосниковой решетки, для угля – 2,5
R — коэффициент, характеризующий температурный уровень экранов (при р=24 ата,
tn=221,78>150 0C ; R=350
Кд = 1 – коэффициент, учитывающий концентрацию бензаперена при неполной нагрузке котля
Кзу — коэффициент, учитывающий степень улавливания бензапирена золоуловителем.
Z – понижающий коэффициент (бензаперен улавливается в меньшей степени, чем зола. При температуре газов перед золоуловителем tзу = tух = 180 oC < 185 oC и сухих золоуловителях.
Кзу = 1-ηз*Z =1- 0.81290.8= 0.35
= 1.463*10-3 мг/нм3
г/с
7. РАСЧЕТ МИНИМАЛЬНО НЕОБХОДИМОЙ ВЫСОТЫ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ
Диаметр устья дымовой трубы ,м
температура уходящих газов;
скорость продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы, принимаю 25 м/с
Принимаю Dутр = 1,8
Предварительная минимальная высота дымовой трубы по приведенным газам м
Масса приведенного газа
А – коэффициент стратификации атмосферы для Мурманска 160
F=1
— коэффициент, зависящий от степени очистки циклона
— значение коэффициентов в первом приближении
— коэффициент рельефа местности
Фоновая концентрация приведенного газа
максимально разовые предельные допустимые концентрации;
— фоновая концентрация SO2
— фоновая концентрация NO2
— фоновая концентрация NO
— фоновая концентрация золы
— ПДК максимально разовая для SO2
— ПДК максимально разовая для NO2
— ПДК максимально разовая для NO
— ПДК максимально разовая для CO
— ПДК максимально разовая для NO
— ПДК максимально разовая для золы
Определяются коэффициенты f и
Опасная скорость ветра на высоте устья трубы
Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f
Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра
Определяется минимальная высота дымовой трубы во втором приближении
Выполняем второй уточняющий расчет .
Определяются коэффициенты f и v
Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f
Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра
Определяется минимальная высота дымовой трубы в третьем приближении
Выполняем третий уточняющий расчет .
Определяются коэффициенты f и v
Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f
Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра n3 =2,4
Определяется минимальная высота дымовой трубы в четвертом приближении
Т.к. разница между меньше 0.5 м ,то расчет выполнен верно .
Выбираем дымовую трубу из кирпича со следующими
стандартными размерами
Предварительная минимальная высота дымовой трубы для твердых веществ м
(г/с)
Определяются коэффициенты f и
Опасная скорость ветра на высоте устья трубы
Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f
Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра n=2,5 Определяется минимальная высота дымовой трубы во втором приближении
Окончательно выбираем дымовую трубу из кирпича со следующими стандартными размерами Dтр = 1.8м Hтр = 75м
8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА И КОЛИЧЕСТВА СТОЧНЫХ ВОД КОТЕЛЬНОЙ
При регенерации Na – катионитных фильтров кроме солей, содержащихся в исходной воде, сбрасываются продукты регенерации фильтров – СаCl2 и MgCl2, а также избыток поваренной соли, который берется для более глубокой регенерации фильтрующего материала. При проведении операции взрыхления возможно попадание в сток измельченного фильтрующего материала; используемая для регенерации техническая поваренная соль содержит до 7% различных примесей, которые также попадают в сток.
Котловая вода в котлах низкого среднего давления после необходимых стадий обработки воды в основном содержит легкорастворимый катион натрия и анионы .
Все катионы и анионы, поступающие в котел с химически очищенной водой, не претерпевают изменений с повышением давления, температуры и концентрации солей при испарении, кроме бикарбоната натрия, который частично (около 60%) разлагается в барботажном деаэраторе и окончательно в котле по уравнению
Показатели воды, приходящей на ВПУ.
мг/л
мг/л
мг/л
мг/л
мг/л
мг/л
мг/л
мг/л
2
6
20,9
42,7
9,5
150
35,5
21
1) Пересчитываем данные анализа в мг-экв/л
— верно
2) Общая жесткость
3) Карбонатная жесткость
4) Некарбонатная жесткость
мг-экв/л
Количество сточной воды
Расход воды на продувку
Расчёт расхода воды на собственные нужды
Расход соли на приготовление регенерирующего раствора
(кг/сут)
где = 100 (г/г-экв)-удельный расход соли на регенерацию при общей жесткости воды до 5 г-экв/м3
Расход воды на регенерацию
(м3/сут)
— доля химически чистой соли
СРР = 6 % — концентрация регенерационного раствора.
= 1041.3 (кг/м3) – плотность регенерационного раствора.
Расход воды на отмывку катионита от продуктов регенерации
(м3/сут)
— удельный расход воды на отмывку
(м3/сут)
Количество сточной воды
В стоках ВПУ будут CaCl2,MgCl2 и избыточный NaCl.
Доля кальция, удаляемого из фильтра в продуктах регенерации
Количество CaCl2 и MgCl2 , сбрасываемое в течение суток
(кг/сут.)
(кг/сут.)
где 55,5 и 47,6 – эквивалентная масса CaCl2 и MgCl2 .
(кг/сут)
где 58,5 (г/г-экв) – теоретический удельный расход соли на регенерацию.
Общее количество солей, сбрасываемых в сутки
(кг/сут.)
2HCO3- =CO2+3+CO2+H2O
Na2CO3+H2O=2NaOH+CO2
kуп=Sкв/Sпв=25
(г/л) < 10г/л –сточные воды котельной можно отправить без очистки в дренаж.
9. РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ГАЗАХ ЗА КОТЛОМ
1) массовая концентрация
;
мг/;
;
2) Объемная концентрация в частях на миллион
где -плотность газа при НФУ, кг/н;
;
Определение удельных выбросов
(МВт)
МВт
г/МДж.
г/МДж
г/МДж
г/МДж – до золоуловителя
г/МДж – после золоуловителя
3)Токсичность выбросов за котлом и в устье трубы
Токсичность за котлом
Токсичность после золоуловителя (в устье трубы)
Эффективность установки золоуловителя
С помощью золоуловителя снизилась токсичность на 37.77%