Охрана окружающей среды

7.10 Охрана окружающей среды

Тепловые электростанции, потребляя свыше трети добываемого в виде топлива, могут оказывать существенное влияние как на окружающую среду в районе их расположения, так и на общее состояние биосферы. Взаимодействие электростанции с внешней средой определяется выбросами в атмосферу дымовых газов, тепловыми выбросами и выбросами загрязненных сточных вод.

Потребляемое на тепловых электростанциях органическое топливо содержит вредные примеси, поступление которых в окружающую среду в виде газообразных и твердых компонентов продуктов сгорания может оказывать неблагоприятное воздействие на воздушную и водную среду.

При сжигании твердого топлива наряду с окислами основных горючих элементов - углерода и водорода в атмосферу поступают летучая зола с частицами недогоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, окислы азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Комбинированная выработка электроэнергии и тепла позволяет существенно сократить расход топлива на энергоснабжение, сократить тепловые сбросы в водные бассейны, обеспечить наиболее совершенные методы сжигания, очистки и выброса дымовых газов в высокие слои атмосферы (отвод мощного, направленного вверх, горячего дымового факела через высокую дымовую трубу, где дымовые газы перемешиваются с верхними слоями атмосферы).

7.11 Расчет рассеивания вредных веществ и выбор оптимальной высоты дымовой трубы

При проектировании и эксплуатации ТЭЦ необходимо обеспечить концентрацию вредных веществ в атмосферном воздухе на уровне дыхания человека не выше ПДК по всем выбрасываемым примесям дымовых газов.

Так как наличие вредных веществ в дымовых газах в сотни и тысячи раз превышает предельно допустимые концентрации, требуется рассеивание дымовых газов в атмосферном воздухе.

При расчете выброса твердых частиц в атмосферу необходимо учитывать, что вместе с золой в атмосферу поступает несгоревшее топливо (недожог).

Топливо – Карагандинский уголь Промпродукт.

Зола:

Количество выбрасываемой золы рассчитывается по формуле:

М_З. = 0,01 * В * (α_ун. * А^р. + q₄^ун. * Q_н.^р. / 32680) * (1-η_з.), г/с,

где А^р=27,6 % – зольность топлива на рабочую массу;

α_ун.= 0,8 – доля твердых частиц, уносимых из топки с дымовыми газами;

q₄^{ун .}= 1,5% – потери теплоты с уносом от механической неполноты сгорания топлива;

В = 42535,388 г/с – расход натурального топлива;

Q_н.^р. = 18171 кДж/кг – низшая теплота сгорания рабочего топлива;

η_з.= 0,8 – степень улавливания твердых частиц в золоуловителях;

М_З. = 0,01*42535,388*(0,8*0,276+0,015*18171/32680)*(1-0,8)=19,493г/с;

Оксиды серы:

Выброс оксидов серы определяется по сернистому ангидриду:

М_SO2 = 0,02 * S^р / 100 * В * (1 – η_so2^I) * (1 – η_so2^II), г/с,

где η_so2^I = 0,10 – доля окислов серы, связываемых летучей золой в газоходах котла; η_so2^II = 0,02 – доля оксидов серы, улавливаемых в; S^р = 0,8% - содержание серы на рабочую массу. Коэффициент 2 учитывает отношение молекулярных масс SO₂ (64) и S (32).

М_SO2 = 0,02*0,8/100*42535,388*(1-0,10)*(1-0,02) = 6 г/с;

Оксиды азота:

Количество оксидов азота в пересчете на NO₂, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, рассчитывается по формуле:

М_NO2 = 0,34*10^-7*К*В*Q_н.^р.*(1– q₄ / 100)*β₁*(1– ε₁*r)*β₁*β₂*ε₂, г/с,

где К – коэффициент, характеризующий выход оксидов азота, кг/т условного топлива;

К = 12 * D_ф / (200 + D) = 12 * 380 / (200 + 420) = 7,355 кг/т;

N_г = 1,2%, β₁ = 1,0;

β₁ – поправочный коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива (содержание азота в топливе N_г);

β₂ – коэффициент, учитывающий конструкцию горелок

β₂ = 0,85 – для прямоточных горелок;

β₃ – коэффициент, учитывающий вид шлакоудалении;

β₃ = 1,4 – при жидком шлакоудалении;

ε₁ = 0,005 – коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий подачи их в топку; ε₂ = 0,65 – коэффициент, характеризующий снижение выброса оксидов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок (при двухступенчатом сжигании) (Л.9, стр.16); r = 25% - степень рециркуляции дымовых газов;

M_NO2=0,34 * 10^-7 * 7,355 * 42535,388 * 18171 * (1 - 1,5 / 100) * 1,0 * (1-0,005*0,25) * 0,85 * 1,4 * 0,65 = 147,1 г/с;

Суммарное количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу:

М_∑ = (М_SO2 + ПДК_SO2 / ПДК_NO2 * М_NO2) + М_З = (М_SO2 + 5,88 * М_NO2) + М_З. = (6 + 5,88 * 147,1) + 19,493 = 890,44 г/с;

Расчет высоты дымовой трубы:

Высота дымовой трубы определяется по формуле:

Н = [(2 * А * М * η * m * n)^1/2 * N^1/6 ] / (V_г * _∆Т)^1/6 ,

где А – коэффициент температурной стратификации атмосферы (распределение температуры воздуха по вертикали) при неблагоприятных метеорологических условиях, А = 200 – для Казахстана;

η = 1 – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности;

m и n – безразмерные коэффициенты, зависящие от скорости выхода газов из устья трубы, m = 0,9; n = 1; N = 2 – число дымовых труб;

V_г. – объем дымовых газов, выбрасываемых из трубы;

V_г. = В * [ V_г^о + (α_г – 1) * V^о ] * Т_ух. / 273 К,

V_г^о = V_RO2 + V_N2^o + V_Н2О^о;

где V_RO2 = 0,79 м³/кг – объем трехатомных газов;

V_N2^o = 3,38 м³/кг – теоретический объем азота;

V_Н2О^о = 0,49 м₃/кг – теоретический объем водяных паров;

V_г^о = 0,79 + 3,38 + 0,49 = 4,66 м³/кг;

α_г. = 1,2 – коэффициент избытка воздуха в топке;

V^о = 4,28 м₃/кг – теоретическое количество сухого воздуха;

Т_ух. = 120^оС – температура уходящих газов;

V_г = 42,535 * [ 4,66 + (1,2 – 1) * 4,28 ] * 393 / 273 = 337,754 м³/с;

_ΔТ = Т_ух. – Т_в. = 120 – 27,6 = 92,4^оС;

Т_в. = 27,6 – средняя температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца;

Н = [(2 * 200 * 890,44 * 1 * 0,9 * 1)^1/2 * 2^1/6 ] / (337,754* 92,4)^1/6 = =113,26 м;

Диаметр устья дымовой трубы:

Д =( 4 * V_г. / π * w_o )^1/2 = (4 * 337,754 / 3,14 * 19)^1/2 = 4,76 м;

w_o = 19 м/с – скорость выхода дымовых газов из трубы;

Основываясь на данных типоразмеров железобетонных дымовых труб, устанавливаем: 2 трубы, Н = 120 м, Д = 4,8 м.

Величина максимальной приземной концентрации вредных веществ:

С_м. = (А * М * F * m * n * η) / Н² * (V_г. * _ΔТ)^1/3,

где F = 2,5 – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость осаждения твердых частиц золы в атмосфере;

С_м. = (200 * 890,44 * 2,5 * 0,9 * 1 * 1) / 120² * (337,754 * 92,4)^1/3 = =0,88 г/м³;