Методика расчета вредных выбросов

Загрязнение воздушной среды котельными установками связано с выбросами в дымовую трубу токсичных газов SO₂, SO₃ и мелкодисперсной золы. При высоких температурах в ядре факела происходит частичное окисление азота с образованием окислов азота NO и NO₂. При неполном сгорании топлива в продуктах сгорания может появится оксид углерода и даже метан CH₄.

Основным показателем, характеризующим загрязнение воздушной среды, является выброс вредностей в единицу времени.

Расчёт рассеивания вредных примесей в атмосфере производится в соответствии с санитарными нормами при неблагоприятных метеорологических условиях, а именно при опасной скорости ветра. Под опасной скоростью ветра понимают скорость, при которой концентрация вредных примесей на уровне обитания человека достигает максимальных значений.

В современных производственных и отопительных котельных дымовая труба служит не для создания тяги, а для отвода продуктов сгорания на определённую высоту, при которой обеспечивается рассеивание вредностей до допустимых санитарными нормами концентраций в зоне нахождения людей.

За стандарт качества воздуха приняты предельные допустимые концентрации (ПДК) различных токсичных веществ. В таблице 4.3 приведены предельные допустимые концентрации вредностей, выбрасываемых котельными, для населённых мест.

Предельные допустимые концентрации атмосферных загрязнений устанавливаются по двум показателям: максимально-разовому и среднесуточному. Максимально-разовая концентрация характеризует качество атмосферного воздуха при отборе пробы его в течение 20 мин, а среднесуточная – в течение суток. Расчёты концентрации каждого их них не должна превышать значений, указанных в таблице 4.3. Дополнительным требованием является условие, при котором Сумма отношений концентраций вредностей к их ПДК должна быть меньше или равна единице, т.е.

Таблица 4.3 - Предельная допустимая концентрация вредных веществ в атмосфере населенных пунктов

Таблица 4.4 - КПД (коэффициенты очистки) золоулавливающих устройств, рекомендуемые СНиП 11-35-76

Определение минимальной высоты дымовой трубы производят в такой последовательности:

1. Определяется выброс золы (г/с)

,

где В_р – расчётный часовой расход топлива всеми котлами, работающими на дымовую трубу, т/ч; - КПД золоуловителя, % (принимается в зависимости от его типа из табл. 4.4); q₄ – потеря теплоты от механической неполноты горения, %.

2. Определяется выброс SO₂ (г/с)

,

где S^p – содержание серы в рабочей массе топлива, %; - молекулярная масса SO₂ и S, их отношение равно 2.

3. Определяется выброс оксидов азота, рассчитываемый по NO₂ (г/с)

где - безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества сжигаемого топлива и способа шлакозолоудаления на выход оксидов азота, принимается по табл. 4.5; - коэффициент, учитывающий конструкцию горелок, принимается для вихревых горелок =1, для прямоточных горелок =0,85; r – степень рециркуляции продуктов сгорания или сушильного агента в процентах расхода дутьевого воздуха, при отсутствии рециркуляции r =0; - коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих продуктов сгорания в зависимости от условий подачи их в топку, принимается по таблице 4.6; k – коэффициент, характеризующий выход оксидов азота на 1 т сожжённого условного топлива, кг/т, определяется в зависимости от номинальной и действительной паропроизводительности котла по формулам:

для котлов паропроизводительностью более 70 т/ч при сжигании газа и мазута во всём диапазоне нагрузок, а также для котлов, сжигающих твёрдое топливо при нагрузках выше 75 % номинальной и температуре факела больше 1500º С,

;

для котлов паропроизводительностью менее 70 т/ч

,

для водогрельных котлов

,

где D_H, D – номинальная и действительная паропроизводительность котла, т/ч; Q_H, Q – номинальная и действительная теплопроизводительность котла, Гкал/ч.

Таблица 4.5 - Значения коэффициента

Топливо	Содержание азота NT, %	Значение
Природный газ Мазут коэффициенте избытка воздуха в топочной камере: 1,05 1,05 Твердое топливо: Угли ангренский Б2, березовский Б2, назаровский Б2, ирша-бородинский, харанорский Б1, донецкий АШ, башкирский Б1, канско-ачинский, горючие сланцы Угли веселовский, богословский, черемховский, сучанский, анадырский, донецкий Т, ПАШ, карагандинский ПрП, подмосковный Б2, львовско-волынский Г, егоршинский ПА, райчинский Угли донецкий Д, Г, ГСШ, ПрПр, экибастузский СС, печорский Ж, кузнецкий ГРОК, южно-сахалинский Угли кузнецкий Д, Г, 2СС, 1СС, интинский Д, печорский, томьусинский, фрезерный торф	-     0,3-0,6 0,3-0,6   1,0     1-1,4     1,4-2     2,0	0,85     0,8 0,7   0,55; 0,8     0,7; 1,0     1,0; 1,4     1,4; 2,0

Примечание: Для твердого топлива приводится по 2 значения : слева – при твёрдом, справа – при жидком шлакозолоудалении.

Таблица 4.6 - Коэффициент при рециркуляции 0 < r 25

Способ ввода в топку газов рециркуляции
При сжигании газа и мазута и вводе: в под топки (при расположении горелок на вертикальных экранах) через шлицы под горелками по наружному каналу горелок в воздушном дутье в рассечку двух воздушных потоков При сжигании твёрдого топлива (tф>1400º C) и вводе: в первичную аэросмесь во вторичный воздух	0,002   0,015 0,020 0,025 0,030   0,010 0,005

При сжигании твёрдого топлива с нагрузками котла менее 75 % номинальной в вместо D и Q подставляются 0,75D и 0,75Q. При сжигании твёрдого топлива с температурой факела ниже 1500º С во всём диапазоне нагрузок вместо D и Q подставляются P_H и Q_H.

4. Определяется диаметр устья дымовой трубы (м)

,

где V_TP – объёмный расход продуктов сгорания через трубу при температуре их в выходном сечении м³/с (охлаждение продуктов сгорания в дымовой трубе не учитывается); ω_вых – скорость продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы (принимается 20-30 м/с при искусственной тяге и высоте дымовой трубы до 100 м).

5. Определяется предварительная минимальная высота дымовой трубы (м)

,

где А – коэффициент, зависящий от метеорологических условий местности, составляет:

Для субтропической зоны Средней Азии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

Для Казахстана, Средней Азии, Кавказа, Молдавии, Сибири, Дальнего Востока..200

Для Севера и Северо-Запада Европейской части СССР, Урала, Среднего Поволжья, Украины. . …………………………………………………………………………….160

Для центральной части Европейской территории СССР и в областях со сходным климатом. . ………………………………………………………………………….. .120

, - предельные допустимые концентрации SO₂ и NO₂, принимаются по таблице 14.3; z – число дымовых труб одинаковой высоты, устанавливаемых в котельной; Δt – разность температуры выбрасываемых газов и средней температуры воздуха, под которой понимается средняя температура самого жаркого месяца в полдень, °С

6. Определяются коэффициенты ƒ и :

ƒ ;

.

7. Определяется коэффициент m в зависимости от параметра ƒ:

.

8. Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра :

при n=3;

при n=3- ; (14.12)

при n=1.

9. Определяется минимальная высота дымовой трубы (м) во втором приближении

.

Если разница между Н₁ и Н больше 5 %, то выполняется второй уточняющий расчёт.

10. Второй уточняющий расчёт производится по формуле

,

где ƒ΄ и υ ́_M – коэффициенты, подсчитываемые по формулам (14.9) и (14.10) при высоте Н₁; m₁ и n₁ – коэффициенты, определяемые формулами (14.11) и (14.12) по ƒ ́ и υ ́_M.

11. При высоте дымовой трубы H₂ определяется максимальная приземная концентрация каждого из вредных веществ (золы, SO₂, NO₂) по формулам

;

;

,

где F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания золы в атмосферном воздухе, принимается равным 2 (КПД золоуловителя не менее 90 %) и равным 2,5 (КПД золоуловителя от 75 до 90 %).

12. Проверяется условие, при котором безразмерная суммарная концентрация не должна превышать 1, т. е.

.

Если указанное условие не соблюдается, следует увеличить высоту дымовой трубы, при которой безразмерная концентрация будет меньше или равна 1.

В соответствии со СНиП II-35-76 следует выбрать дымовую трубу из кирпича или железобетона из следующего ряда диаметров выходного отверстия: 1,2; 1,5; 1,8; 2,1; 2,4; 3,0; 3,6; 4,2; 4.8; 5,4; 6,0; 6,6; 7,2; 7,8; 8,4; 9,0; 9,6 м. Высота дымовых труб должна приниматься 30, 45, 60, 75, 90, 120, 150, и 180 м. Минимальный диаметр выходных отверстий кирпичных труб 1,2 м, монолитных железобетонных – 3,6 м.

Во избежание проникновения продуктов сгорания в толщу конструкций кирпичных и железобетонных труб не допускается положительное статическое давление на стенки газоотводящего ствола. Для этого определяющий критерий рассчитывается по формуле

,

где - коэффициент сопротивления трению; - постоянная конусность внутренней поверхности верхнего участка трубы; - плотность атмосферного воздуха при расчётном режиме, кг/м³; - динамический напор, создаваемый продуктами сгорания в выходном отверстии трубы, Па; - плотность продуктов сгорания при расчётном режиме, кг/м³.

Проверочный расчёт должен производиться для зимнего и летнего расчётных режимов работы котельной. При этом R < 10. Если в результате расчета R > 10, следует увеличить диаметр трубы или применить трубу с внутренним газонепроницаемым стволом.

Подводящие газоходы в месте примыкания к дымовой трубе следует выполнять прямоугольного сечения.

Контрольные вопросы:

1. Что такое нормы ПДВ и ПДК вредных веществ в атмосферу

2. Вредные вещества, выбрасываемые при работе котельных установок, их влияние на человека.

3. Какова методика расчета вредных выбросов