Теплогенерирующие установки

3. Теплогенерирующие установки

 

Расчёт выбросов загрязняющих веществ при работе водогрейных котлов “Logano S 825” на природном газе.

Исходные данные.

Проект предусматривает строительство котельной с двумя водогрейными котлами “Logano S 825” фирмы “Buderus” разной мощности. Дымовые газы от котлов удаляются в общую металлическую трубу.

- Годовой расход топлива:

- Паспортные данные котла “Logano S 825”:

Полезная мощность 1котла – Q_к1=4,15 МВт ,

– Q_к1=5,2 МВт ;

Температура наружного воздуха в ХП,

Температура самого жаркого месяца лета,

К.П.Д. при номинальной мощности – η=0.93%;

Температура уходящих газов – t_ух=210 ⁰С;

Высота дымовой трубы Н=40м.

Скорость дымовых газов на выходе из дымовой трубы,

Коэффициент избытка воздуха – α_т=1.1;

Расход газа на котлы – В=1220 м³/ч=0,34 м³/с

Количество котлов, устанавливаемых в котельной – n=2 шт.

Топливо : природный газ.

Теплота сгорания топлива – Q_н^р=36.13 МДж/м³ или Q_н^р=8630 ккал/м³;

Плотность сухого газа – ρ=0.786 кг/м³;

Фоновая концентрация оксида углерода,

Фоновая концентрация золы,

Удельный объём воздуха – V⁰=9.57 м³/м³;

Удельный объём трёхатомных газов - =1.03 м³/м³;

Удельный объём азота - =7.59 м³/м³;

Удельный объём водяных паров - =2.13 м³/м³;

Удельный объём уходящих газов - при  м³/м³

Удельный объем воздуха при  м³/м³

Характеристики газового топлива:

- содержание водорода,

- содержание оксида углерода,

- содержание азота,

Предельно допустимые концентрации вредных веществ: (табл.12.4[29])

- оксид углерода, ;

- диоксид азота, ;

- сернистый ангидрид, .

 

Находим секундный объем дымовых газов на выходе из дымовой трубы, (см. формулу 11.5 [29]) :

 

Определяем диаметр существующей дымовой трубы (см.стр.326[29]) :

 , где

секундный объем дымовых газов,

скорость дымовых газов на выходе из дымовой трубы,

Расчётный расход топлива.

, где:

В-расход газа на котлы , м³/ч;

q₄ – потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, q₄=0.

 м³/ч, где:

В_год-годовой расход топлива , м³/ч;

q₄ – потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, q₄=0.

Выбросы оксида углерода

Выполняем расчет выбросов оксида углерода в единицу времени, г/с (см. формулу 12.13[29]) :

, где

 расход натурального топлива, м³/с;

выход окиси углерода при сжигании газообразного топлива (г/м³), определяется из соотношения:

 (формула 12.14[29]), где

потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %;

коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленной содержанием окиси углерода в продуктах сгорания; для газа , см.стр.311[29].

низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг,

,

Выбросы оксида азота

Выбросы оксида азота в пересчете на  в единицу времени, г/с, рассчитывается по формуле:

 (формула 12.15[29])

При сжигании газообразного топлива потери от механической неполноты горения равны нулю (), тогда формула примет вид:

, где

расход топлива,

коэффициент, учитывающий влияние содержания азота в топливе на выход оксидов азота; для котлов, в которых сжигается газообразное топливо при(см.стр.312[29]);

коэффициент, характеризующий выход оксидов азота на 1ГДж теплоты сожженного условного топлива, кг/ГДж; определяется по рис.12.8[29]

, где:

Q_т - фактическая тепловая мощность 1 котла по введённому в топку теплу, МВт.

В-расход газа на котлы , м³/ч;

Q_н^р - теплота сгорания топлива , ккал/м³.

- Удельный выброс оксидов азота при сжигании газа от каждого котла:

, где:

коэффициент, учитывающий конструкцию горелок ( для вихревых ), см.стр.311[29];

коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления, см.стр.311[29], ;

коэффициент, учитывающий эффективность воздействия рециркуляционных газов в зависимости от условий подачи их в топку, ;

 коэффициент, характеризующий снижение выбросов окислов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок (при двухступенчатом сжигании); определяется по рис 12.6[29] при условии общего избытка воздуха за котлом; при

степень рециркуляции дымовых газов, .

.

 

Выброс бензопирена

- Теплонапряжение топочного объёма:

, где:

В-расход газа на котлы , м³/ч;

Q_н^р - теплота сгорания топлива , МДж/м³;

V_т - объём топочной камеры котла , м³.

- Концентрация бенз(а)пирена в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны водогрейных котлов малой мощности:  

 - теплонапряжение топочного объёма, кВт/м³;

К_д – при отношении фактической нагрузки котла к номинальной, К_д =1.3;

К_р – при отсутствии рециркуляции, К_р =1;

К_ст – при отсутствии воздуха, подаваемого помимо горелок, К_ст =1.

- Массовая концентрация бензопирена:

, где:

 - концентрация бензопирена в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны водогрейных котлов малой мощности, г/м³;

α_т - коэффициент избытка воздуха ;

α_о- стандартный коэффициент избытка воздуха, α_о=1.4 .

- Суммарное количество бензопирена, поступающего в атмосферу с дымовыми газами:

 

 - массовая концентрация бензопирена, г/м³;

 - удельный объём уходящих газов , м³/м³;

 В_р.г. –расчётный расход топлива , м³/с.

Рассеивание вредных выбросов в атмосфере

Высота трубы, которую приняли в проекте проверяется по условиям, исключающим возникновение концентраций вредных веществ в приземном слое атмосферы, превышающих величины максимально – разовой предельно допустимой концентрации (ПДК) в воздухе.

Максимальная приземная концентрация вещества в выбросах продуктов сгорания:

 (формула 12.26[29]), где

A- коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (см.стр.319[29]) А=140 для Московской области.

М- масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с

F- безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (см.стр.319[29]), F=1;

m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья дымовой трубы;

Значение коэффициентов m и n определяются в зависимости от параметров  и :

 (формула 12.20[29]);

(формула 12.21[29]);

 (формула 12.22[29]);

(формула 12.23[29]);

Коэффициент m определяется в зависимости от параметра f по формуле (12.24[29]):

При :

Коэффициент n в зависимости от Vм принимается равным  при  <2 (см.стр.320[29]).

Суммарная концентрация вредных примесей должна удовлетворять условию:

Расстояние Хм, м, от дымовой трубы, на котором приземная концентрация вредных веществ при неблагоприятных метеорологических условиях достигается максимального значения:

(формула 12.27[29]) где

безразмерный коэффициент, определяемый из соотношения (стр.321[29])

Проверим высоту дымовой трубы по расчету на рассеивание вредных веществ в атмосфере из условия суммарного действия оксидов серы и азота по формуле:

 (формула12.25[29])

Существующая дымовая труба обеспечивает предельно допустимые нормы рассеивания вредных веществ в атмосфере с учетом суммарного действия оксидов серы и азота, принимаем к установке дымовую трубу высотой 8 м.

Определение расстояния от дымовой трубы, на котором приземная концентрация вредных веществ при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения с учетом розы ветров для котельной с двумя котлами “Logano S 825” фирмы “Buderus”.

Нормативная СЗЗ вокруг энергоблока - отопительно-производственной котельной 100 м.

Рельеф местности в районе завода ровный, не оказывает влияния на рассеивание вредных примесей в атмосфере.

Санитарно-защитные зоны котельных дифференцированы в зависимости от высоты дымовых труб; при высоте труб менее 15 м она должна составлять не менее 100 м; при высотах более 15 м — порядка 300 м, если по акустическому расчету проектных решений не требуется дополнительных корректировок в сторону их увеличения.

Потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА) — способность атмосферы рассеивать примеси, включает комплекс метеофакторов по табл.1 из [31]

	Приземные инверсии			Повторяемость%
Потенциал загрязнения атмосферы (ПЗА)	повторяемость, %	мощность, км	интенсивность, °С	скорости ветра 0—1 м/сек	в т. ч. непрерывно ряд дней застой воздуха	Высота слоя перемещения, км	Продолжительность тумана, ч
Низкий	20 - 30	0,3-0,4	2 - 3	10 - 20	5 - 10	0,7-0,8	80-350
Умеренный		0,4-0,5	3 - 5	20 - 30	7 - 12	0,8-1,0	100-500
Повышенный
континентальный		0,3-0,6	2 - 6	20 - 40	3 - 18	0,7-1,0	100-600
приморский		0,3-0,7	2 - 6	10 - 30	10 - 25	0,4-1,1	100-600
Высокий		0,3-0,7	3 - 6	30 - 60	10 - 30	0,7-1,6	50-200
Очень высокий		0,3-0,9	3 - 10	50 - 70	20 - 15	0,8-1,6	10-600

Зона умеренного ПЗА — Западная Сибирь и большая часть европейской территории страны.

- расстояние от дымовой трубы, на котором приземная концентрация вредных веществ при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения должно проверяться расчетом для различных направлений ветра с учетом среднегодовой розы ветров района расположения котельной по формуле [30]:

где

 расчетное расстояние, м;

Расстояние, от дымовой трубы, на котором приземная концентрация вредных веществ при неблагоприятных метеорологических условиях достигается максимального значения, м; , принимаем

Р - повторяемость направлений ветров одного румба при восьмирумбовой розе ветров, %;

P₀ - среднегодовая повторяемость направления ветров рассматриваемого румба, % [30]

Значение  отсчитывается от дымовой трубы, пересчитанные размеры наносятся на принципиальную схему поселка Томилино.

 

Направление ветра	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ
Повторяемость, %	4	11	20	7	7	11	28	12
Размер  ,м	32	88	160	56	56	88	224	96
Принятый размер , м	50	100	200	50	50	100	250	100

Раздел 4.

ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ И МОНТАЖНО-ЗАГОТОВИТЕЛЬНЫХ РАБОТ