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 объема загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу линейными 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 твердое, 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: твердые частицы (зола), оксид углерода, оксиды азота, оксиды серы, пятиокись ванадия.
Валовый выброс твердых частиц (золы) в дымовых газах котельных определяется по формуле:
МТВ = qт⋅m⋅f⋅(1− Lт), (2.1)
где qт – зольность топлива, % (прил.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;
Lт – эффективность золоуловителей; при использовании циклона для очистки отходящих газов котельной L т = 0,85.
Валовый выброс оксида углерода рассчитывается по формуле:
МСО = ССО⋅m⋅(1− 0,01⋅q1)⋅10−3, (2.2)
где q1 − потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, %; для мазута q1 = 0,5, для угля q1 = 5,5;
ССО – выход окиси углерода при сжигании топлива, кг/т:
ССО = q2⋅R⋅Qir,
где q2 – потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания, %; для котельных предприятий железнодорожного транспорта принимается q2 = 0,5;
R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания: R = 1 для твердого топлива; R = 0,5 для газа; R = 0,65 для мазута;
Qir – низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг (прил.1).
Валовый выброс оксидов азота, т/год, определяется по формуле:
МNO2 = m⋅ Qir ⋅KNO2⋅(1 − β)⋅10−3, (2.4)
где KNO2 – параметр, характеризующий количество окислов азота, образующихся на 1 ГДж тепла, кг/ГДж для различных видов топлива в зависимости от производительности котлоагрегата; для мазута KNO2 = 0,11; для угля KNO2 = 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.
Валовый выброс оксидов серы, т/год, определяется только для твердого и жидкого топлива по формуле:
MSO2 = 0,02⋅m⋅Sr⋅(1−η′SO2)⋅(1−η′′SO2), (2.5)
где Sr – содержание серы в топливе, % (прил.1);
η′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;
η′′SO2 – доля оксидов серы, улавливаемая в золоуловителе. Для сухих золоуловителей принимается равной 0.
Расчет выбросов пятиокиси ванадия, поступающей в атмосферу с дымовыми газами при сжигании жидкого топлива, выполняется по формуле:
MV2O5 = CV2O5⋅В′⋅(1−ηОС)⋅(1−ηт)⋅10−3, (2.6)
где В′ - количество израсходованного мазута за год, т;
СV2O5 – содержание пятиокиси ванадия в жидком топливе, г/т; (при отсутствии результатов анализа топлива для мазута с Sr > 0,4 % определяют по формуле (2.7);
ηОС – 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 расчетах);
0 – для остальных случаев;
ηт – доля твердых частиц в продуктах сгорания жидкого топлива, улавливаемых в устройствах для очистки газов мазутных котлов (оценивается по средним показателям работы улавливающих устройств за год). В практической работе принимается ηт = 0,85.
Содержание пятиокиси ванадия в жидком топливе ориентировочно определяют по формуле
СV2О5 = 95,4⋅ Sr − 31,6 (2.7)
Для каждого источника загрязнения воздушной среды устанавливаются нормативы предельно-допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ в атмосферу. ПДВ устанавливаются с учетом ПДК загрязняющих веществ, уровня их фоновых концентраций, гидрологических, гидрохимических, климатологических, геофизических характеристик территорий и природных объектов. Сущность внедрения ПДВ – ограничение разовых выбросов.
Предельно-допустимый выброс (ПДВ) – масса загрязняющих веществ, выброшенная в воздушный бассейн в единицу времени, которая не создает в приземном пространстве уровень загрязнения выше, чем ПДК.
Платежи предприятия за нормативный выброс загрязняющих веществ в атмосферу, тыс. руб./год, определяются зависимостью:
при Мi ≤ МПДВi, (2.8)
где Пуд.нi – ставка платы за выброс 1 т i-го загрязняющего вещества в пределах ПДВ, руб.;
Мi – фактическая масса выброса i-го загрязняющего вещества, т/год;
МПДВi – масса предельно-допустимого выброса i-го загрязняющего вещества, т/год.
Ставка платы, руб./т, за нормативный выброс i-го загрязняющего вещества определяется по формуле:
Пуд.н.i = Нбл.i ⋅ Кэ.атм⋅Ки, (2.9)
где Нбл.i − базовый норматив платы за выброс i-го загрязняющего вещества, руб./т;
Кэ.атм – коэффициент экологической ситуации и экологической значимости атмосферы: для Восточно-Сибирского экономического района Кэ.атм = 1,4;
Ки – коэффициент индексации (утверждается по каждому году Минприроды России по согласованию с Минфином и Минэкономики России). В практической работе принимается Ки = 90.
При отсутствии нормативов ПДВ для источника выбросов в атмосферу плата за загрязнение считается сверхнормативной и взимается в пятикратном размере. В практической работе принимается, что масса выбросов котельной не превышает имеющихся значений ПДВ во всех вариантах заданий, поэтому эти нормативы не приводятся.
В практической работе требуется определить массы выбросов загрязняющих веществ в зависимости от вида и количества израсходованного топлива (Мi), годовой ущерб от загрязнения атмосферы каждым из загрязняющих веществ (Пi) и суммарные значения этих величин (М, П). Результаты расчетов сводятся в таблицу.
Исходные данные к практической работе приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Исходные данные
№ | Вид топлива | Расход топлива, т/год |
уголь Азейский | ||
мазут высокосернистый | ||
уголь Черемховский | ||
мазут сернистый | ||
уголь Канско-Ачинский | ||
мазут малосернистый | ||
уголь Бурятский | ||
уголь Минусинский | ||
уголь Черемховский | ||
уголь Азейский | ||
уголь Азейский | ||
мазут высокосернистый | ||
уголь Черемховский | ||
мазут сернистый | ||
уголь Канско-Ачинский | ||
мазут малосернистый | ||
уголь Бурятский |
Расчет платежей по каждому варианту сводится в таблицу:
№ | Ингредиенты загрязнения | Mi, т/год | Нбл.i, руб./т | Пi, тыс.руб./год | ||
уголь | мазут | |||||
Зола | 0,17 | 8,25 | ||||
Оксид углерода (CO) | 0,005 | |||||
Оксиды азота (NOх) | 0,42 | |||||
Оксиды серы (SOх | 0,33 | |||||
Пятиокись ванадия (V2O5) | - | 8,25 | ||||
Практическая работа № 3