Теоретическая часть. При сжигании топлива в паровых котлах в атмосферу выбрасывается большое количество загрязняющих веществ: диоксид серы

При сжигании топлива в паровых котлах в атмосферу выбрасывается большое количество загрязняющих веществ: диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота, твердые частицы [5]. В состав последних входит зола, коксовый остаток, бенз(а)пирен. Бенз(а)пирен относится к классу полициклических ароматических углеводородов, которые имеют высокую температуру кипения и с трудом поддаются разрушению.

Полициклические углеводороды не производятся промышленностью, а образуются в процессе горения. Благодаря чрезвычайной устойчивости при их систематическом образовании существует опасность накопления в природных объектах.

Суммарное массовое количество М_j загрязняющего вещества j, поступающего в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год), определяется по уравнению

М_j = С_jV_сгB_pk_п, (1.66)

где С_j – массовая концентрация загрязняющего вещества j, в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха α₀ =1,4 и нормальных условиях, мг/нм³;

V_сг- объем сухих дымовых газов, образующихся пр полном сгорании 1 кг (1 нм³) топлива, при α₀ =1,4, нм³/кг топлива (нм³/нм³ топлива);

B_p – расчетный расход топлива; при определении выбросов в граммах в секунду B_p выражается в т/ ч (тыс. нм³/ч); при определении выбросов в тоннах в год берется в т/год (тыс. нм³/год); k_п – коэффициент пересчета; при определении выбросов в грам-мах в секунду k_п = 0,278 ^.10^-3, при определении выбросов в тоннах в год k_п = 10^-6.

Расчетный расход топлива B_p, т/ч (тыс. нм³ /ч) или т/год (тыс. нм³/год), определяется по соотношению

B_p= (1- q₄ / 100)^.В, (1.67)

где В - полный расход топлива на котел, т/ч (тыс. нм³/ч) или т/год (тыс. нм³/год); q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, % (q₄ = 10 %).

Значение В определяется по показаниям приборов или обратному тепловому балансу (при проведении испытаний котла). Расчет объема сухих дымовых газов проводится нормативным методом по химическому составу сжигаемого топлива [6]. Состав некоторых топлив приведен в Прилож. 2. При этом объем сухих дымовых газов (V_сг) при нормальных условиях определяется по уравнению

V_сг = V_г⁰ + (α – 1)V⁰- V⁰_вод, (1.68)

где V_г⁰, V⁰, V⁰_вод – соответственно объемы воздуха, дымовых газов и водяных паров при стехиометрическом сжигании одного килограмма (1 нм³) топлива, нм³/кг (нм³/нм³).

Для твердого и жидкого топлива расчет выполняется по химическому составу сжигаемого топлива:

V⁰ = 0,0889(С^r + 0,375S^r_ор+к) = 0,265H^r – 0,0333O^r , (1.69)

V⁰_вод = 0,111H^r + 0,011124W^r + 0,0161V⁰, (1.70)

где W^r влажностьрабочей массы топлива, % мас.

V_г⁰ = 1,866^.(С^г + 375S^r_ор+к) / 100 + 0,79 V⁰ +

+ 0,8 N^г / 100 + V⁰_вод, (1.71)

где С^г, S^r_ор+к , H^r, N^г, О^г – соответственно содержание углерода, серы (органической и колчеданной), водорода, азота и кислорода в рабочей массе топлива, % мас.

Для газообразного топлива расчет выполняется по формулам

V⁰ =0,0476(0,5CO + 0,5Н₂ +1,5S(m +n4) C_mH_n - O₂), (1.72)

V⁰_вод = 0,01(Н₂ + Н₂S + 0,5S nC_mH_n + 0,124 d_г.тп.) =

= 0,0161V⁰ , (1.73)

V_г⁰ = 0,01(CO₂ + CO + Н₂S + 0,5S mC_mH_n) + 0,79 V⁰ +

+ N₂ / 100 + V⁰_вод, (1.74)

где CO, CO_2,, Н₂ , Н₂S, C_mH_n, N₂ , O₂ - соответственно содержание оксида углерода, диоксида углерода, содорода, сероводорода, углеводородов, азота и кислорода в исходном топливе, % мас.

m и n – число атомов углерода и водорода соответственно;

d_г.тп. – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 нм³ сухого газа, г/нм³. Суммарное массовое количество оксидов азота NО_х выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, в пересчете на NО₂ (г/с, т/год), при сжигании природного газа определяются по формуле

М_NОx = В_рQК_NО2β_кβ_tβ_α(1- β_г)(1- β_δ)k_n, (1.75)

где В_р – расчетный расход топлива, нм³/с (тыс. нм³/год); Q – низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³, К_NО2 –удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г/МДж; для паровых котлов К_NО2 = 0,01 ÖD + 0,03, где D – фактическая производительность котла, т / ч, для водогрейных котлов К_NО2 = 0,0113 ÖВ_рQ+ 0,03, где β_к - безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки(для дутьевых горелок напорного типа; β_к = 1,0_, для инжекционного типа β_к = 1,6, для горелок двухступенчатого сжигания β_к = 0,7; β_t – безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения

β_t = 1+0,002(t_гв – 30), где t_гв – температура горячего воздуха; β_α – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота, в общем случае значение

β_α = 1,225 (при сжигании природного газа); β_г- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота, β_г = 0,16 √r, где r- степень рециркуляции дымовых газов,%; β_δ- безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру, β_δ =0,022; k_n- коэффициент пересчета, при определении выбросов в г/с, k_n =1; при определении выбросов в т/год

k_n= 10^-3.

Суммарное количество оксидов азота NО_х в пересчете на NО₂ (г/с, т/год), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами при сжигании мазута определяются по формуле

М_NОx = В_рQК_NО2β_tβ_α (1- β_г)(1- β_δ)k_n,. (1.76)

Для паровых котлов К^м_NО2 = 0,01 ÖD + 0,01, для водогрейных К^м_NО2 = 0,0113 ÖВ_рQ + 0,01;

β_t = 0,17 √r, β_α = 1,113 (при сжигании мазута), β_δ = 0,018.

Суммарное массовое количество оксидов серы Мso₂ выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год) при сжигании мазута определяются по формуле

Мso₂ = 0,02ВS^r(1- η so₂)(1 - η^′ so₂), (1.77)

где В – расход натурального топлива за рассматриваемый период, г/с (т/год); S^r – содержание серы в топливе на рабочую массу,

% мас.; η so₂ – доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле; η^′so₂ – доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоулавителе попутно с улавливанием твердых частиц. Ориентировочное значение η^′ _so2 при сжигании мазута – 0,02.

Оценка суммарного массового количества выбросов оксида углерода в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год) при сжигании мазута может бытиь выполнена по соотношению:

Мсо = 10^-3ВСсо(1-q₄ / 100), (1.78)

где Ссо – выход оксида углерода при сжигании топлива, г/кг (г/нм³) определяется по формуле

Ссо ₌ q₃RQ, (1.79)

где q₃ - потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, %, q₃ = 0,2;

R – коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, принимается для мазута – 0,65, для газа – 0,5.

Концентрация бенз(а)пирена в дымовых газах промтеплоэнергетических котлов малой мощности при использовании мазута в качестве топлива рассчитывается по формулам:

для α^,,_Т = 1,08 – 1,25

C^м_бп = [ 10^-3R(0,34 + 0,4210^-3q_v) / exp3,8 (α^,,_Т – 1)]К_ДК_РК_СТ (1.80)

для α^,,_Т > 1,25

C^м_бп = [10^-3 R(0,172 + 0,23•10^-3 q_v) / exp(1,14 (α^,,_Т – 1))]К_ДК_РК_СТ, (1.81)

где α^,,_Т – коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки; q_V – теплонапряжение топочного объема кВт/м ³; К_Д – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания; К_Р – коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания; К_СТ – коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, R – коэффициет, учитывающий способ распыливания мазута для паромеханических форсунок R = 0,75, в остальных случаях R = 1.

Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в дымовых газах промтеплоэнергетических котлов малой мощности при использовании природного газа в качестве топлива рассчитывается по следующим формулам

для α^,,_Т = 1,08 – 1,25

С^г_бп = [10^-3 0,059+0,07910^-3q_v / exp (3,8 (α^,,_Т –1)]К_Д К_рК_ст ; (1.82)

для α^,,_Т > 1,25

С^г_бп = [10^-3 0,032 + 0,04310^-3q_v / exp (1,14 (α^,,_Т – 1)]К_Д К_рК_ст (1.83)

Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания мазута на выходе из топочной камеры водогрейных котлов определяется по формулам

для α_Т = 1,05 – 1,25 и q_V = 250 – 500 кВт/м³

C^м_бп = [10^-6 R(0,445 q_v – 28,0) / exp (3,5 (α^,,_Т – 1)]К_ДК_РК_СТК₀; (1.84)

для α²_Т > 1,25 и q_V = 250 – 500 кВт/м³

C^м_бп = [10^-6R(0,52 q_v –32,5) / 1,16exp (3,5 (α^,,_Т –1)]К_ДК_РК_СТ К₀ ; (1.85)

Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания природного газа выходе из топочной камеры водогрейных котлов определяется по формулам:

для α²_Т = 1,05 – 1,25 и q_V = 250 – 500 кВт/м³

С^г_{б п}= [10^-60,11 q_V – 7,0 / exp(3,5 (α^,,_Т –1)К_ДК_РК_СТ; (1.86)

для α_Т > 1,25 и q_V = 250 –500 кВт/м³

С^г_бп= [10^-60,13 q_V – 5,0 / 1,3 exp (3,5 (α^,,_Т –1)]К_Д К_Р К_СТ. (1.87)

Для расчета максимальных и валовых выбросов по формуле (1.66) концентрации бенз(а)пирена, рассчитанные по формулам (1.76)-(1.87) приводятся к избыткам воздуха α = 1,4 по формуле

С_j = С_j^изм α / α₀. (1.88)

Дата добавления: 2014-12-08