3. Расчет выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлоагрегатах котельной

Котлоагрегаты котельной работают на различных видах топлива. Выбросы загрязняющих веществ зависят от количества и вида топлива, а также от типа котлоагрегата. Загрязняющими веществами, выделяющимися при сжигании топлива, являются твердые частицы, оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, оксид ванадия (V).

3.1. Валовый выброс твердых частиц определяется по формуле:

М_ч=m· ξ_т·(1-η_т/100)·χ тн/год,

где m - количество израсходованного топлива, тн/год;

ξ_т - зольность топлива, % масс, (среднее значение зольностей составляют для: углей -10-30%, мазута -0,1 %, природного газа-0,0%); η_т - эффективность золоуловителей, % (средние значения которого со­ставляют 80-90%);

χ - безразмерный коэффициент, зависящий от типа топки и вида топ­лива (средние значения χ составляют для газа- 0,0; для мазута- 0,01; для углей- 0,02).

3.2. Валовый выброс оксида углерода определяется по формуле М_со= m·с_со· (1- Д₁/100) · 10^-3, тн/год; (7)

где Д₁- потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, % (среднее значение д₁ составляют для газа и мазута 0,5%; для угля- 4,5%);

С_со- выход оксида углерода при сжигании топлива, кг/гн, значение которого определяется по формуле:

C_co=q_г·R·Q_т^н, кг/тн; (8)

где q_г- потери тепла вследствие химической неполноты сгорания, %, (средние значения q_г составляют для газа и мазута 0,5%, для угля-0,75%);

R - коэффициент, учитывающий долю потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива (средние значения R составляют для газа 0,5%, для мазута- 0,65, для угля-1,0%);

Q_т^н - низшая теплота сгорания топлива (средние значения Q_т^н составляют для газа и мазута 35 МДж/кг, для угля 15 МДж/кг).

3.3. Валовый выброс оксидов азота определяется по формуле:

M_nOx= m ·Q_t^h ·K_nox· (1 - β)·10^-3, тн/год; (9)

где β - коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов NO_x в результате применения технических решений (для котлов производительностью до 30 тн пара/час, значение β = 0);

К_NOх - параметр, характеризующий количество NO_x в кг, образующихся на один ГДж тепла (с ростом паропроизводительности котлоагрегата от 0,5 до 30 тн/час значения К_NOх возрастает для газа и мазута - от 0,08 до 0,12, для угля от 0,10 до 0,25 кг/ГДж).

3.4. Валовый выброс оксидов серы определяется по формуле:

М_sо2= 0,02m · S_τ (1 – η'_so2) · (1 – η''_so2), тн/год, (10)

где S_τ-содержание серы в топливе, % масс. (средние значения S_т составляют для природного газа 0,0%; для мазута малосернистого- 0,5%; мазута сернистого- 1,9%; мазута высокосернистого- 4,1%; для угля-0,5-1,5%);

η'_so2 - доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива (средние

значения составляют для газа 0,0%; для мазута- 0,02%;, для угля -

0,1 - 0,2%);

η''_so2 - доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителях (для сухих золоуловителей принимается равной нулю).

3.5. Валовый выброс ванадия определяется по формуле (оксид ванадия образуется только при сжигании мазута):

_МV2O5= B' ·Q_V2O5· (l-η_ос)· (l- η_т/100) ·10^-3 кг/год; (10)

где В- количество израсходованного мазута, тн/год;

Q_V2O5- содержание оксидов ванадия в мазуте (г/гн), которое определяется путем лабораторного анализа или рассчитывается по формуле;

Q_V2O5= 95,4· S_т - 31,6 г/тн; (12)

η_ос - коэффициент оседания ванадия на поверхности нагрева котлов (значение составляют: 0,07- для котлов с промежуточным парона-гревателем, очистка которых производится при остановке агрегата; 0,05- для котлов без промежуточного паронагревателя при тех же условиях очистки; 0,0- для остальных случаев);

η_т - доля твердых частиц в продуктах сгорания мазута, улавливаемых в устройствах для очистки газов, % (средние значения η_т составляют 80-90%).

3.6. Максимально разовый выброс загрязняющего вещества для самого холодного месяца года определяется по формуле:

M_i^max= (M_i /m_i)·(m_x/n_x) ·1/24, кг/час; (13)

где M_i- валовый выброс i-го загрязняющего вещества, кг/час;

m- общее количество израсходованного топлива, тн/год;

m_х - расход топлива за самый холодный месяц года, тн;

n_х- количество дней в самом холодном месяце года.

7. Содержание задачи 3. Рассчитать валовые и максимально разовые выбросы загрязняющих веществ (твердых частиц, оксида углерода, оксидов азота, оксидов серы и оксидов ванадия), образующихся при сжигании данного вида топлива в котлоагрегатах котельной по известным исходным данным.

8. Исходные данные к задаче 3.

№ варианта	Q пара, тн/час	Вид топлива	m·10^3,тн/год	mх, тн	nx, дней	КПД котлоагрегата
1	2	3	4	5	6	7
1	10	газ	7,2	720	20	0,65
2	15	газ	10,2	1020	20	0,70
3	20	газ	12,8	1280	20	0,75
4	25	газ	15,0	1500	20	0,80
5	30	газ	16,3	1680	20	0,85
6	10	мазут	8,8	880	20	0,60
7	15	мазут	12,0	1200	20	0,65
8	20	мазут	15,2	1520	20	0,70
9	25	мазут	18,0	1800	20	0,75
10	30	мазут	20,4	2040	20	0,80
11	10	уголь	12,0	1200	20	0,50
12	15	уголь	16,8	1680	20	0,55
13	20	уголь	20,8	2080	20	0,60
14	25	уголь	24,0	2400	20	0,65
15	30	уголь	26,4	2640	20	0,70
16	35	уголь	28,0	2800	20	0,75

3.9. Решение задачи 3 (вариант 16).

а) По формулам 9-12 определяем валовые выбросы загрязняющих веществ:

М_Ч = 28000· 20· (1- 85/100) · 0,02 = 1680 тн/год;

Мсо = 28000· 20· (1- 0,045) · 10-3 = 605 тн/год;

МNOх = 28000· 15 ·0,25· (1 -0,05) · 10-3 = 99,8 тн/год;

Mso2 = 0,02·28000·1,9· (1-0,15) · (1-0) = 4760тн/год.

б) Максимально разовые выбросы загрязняющих веществ определяем по формуле 13:

М_Чmax = 1680/28000· 2800/20 ·1/24 = 0,35 кг/час;

Мсо_max= 605/28000· 2800/20· 1/24 = 0,12 кг/час;

Mno_{x max}= 99,8/28000· 2800/20·1/24 = 0,021 кг/час;

Мsо_2max = 476/28000·2800/20· 1/24 = 0,99 кг/час.

4. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ОТ ОЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ НЕФТЕБАЗ

На крупных нефтебазах, как же и на нефтеперерабатывающих заводах, имеются две системы канализации: 1) промливневая, 2) хозяйственно-бытовых сточных вод и очищенных промливневых стоков.

Первая система канализации имеет следующие сооружения:

• песколовка (ПЛ), которая предназначена для удаления грубых взвесей;

• нефтеловушка (НЛ), которая предназначена для удаления основной массы нефтепродуктов путем отстоя;

• пруды дополнительного отстоя (ПР);

• фильтры или флотаторы (ФЛ);

• аварийные амбары (АА);

• шламонакопители и шламовые площадки (ШН).

Названные сооружения осуществляют механическую очистку промливневых сточных вод, поэтому их обобщенно называют объектами механической очистки (ОМО).

Очищенные воды первой системы канализации подают по второй систе­ме канализации на биологические очистные сооружения (БОС).

Вторая система канализации предназначена для очистки хозбытовых и очищенных промливневых стоков первой системы канализации на биологических очистных сооружениях по схеме: песколовки - первичные отстойники – аэротенки - вторичные отстойники - песчаные фильтры и барабанные сетки -узел обеззараживания - сброс в водоемы (или возврат в производство).

4.1. Суммарные выбросы загрязняющих веществ от нефтеловушек рас­считывают по формуле:

Пнл (I,II)=Fнл(I,II) ·qнл(I,II) · к1 ·к2 (14)

где Пнл (I) или Пнл (II) - суммарный выброс загрязняющих веществ от нефтеловушек I-ой или II-ой системы канализации, кг/час;

4.1. Суммарные выбросы загрязняющих веществ от нефтеловушек рас­считывают по формуле:

Пнл (I,II)=Fнл(I,II) ·qнл(I,II) · к1 ·к2 (14)

где Пнл (I) или Пнл (II) - суммарный выброс загрязняющих веществ от нефтеловушек I-ой или II-ой системы канализации, кг/час;

Fил (I) или F (II) - площади поверхности нефтеловушки I-ой или II-ой системы канализации, м2;

q нл (I) или q нл (II)- удельные суммарные выбросы загрязняющих веществ с поверхности нефтеловушек 1-ой или II-ой системы канализации

(qнл(I)= 0,164кг/час·м2), qнл(II)= 0,140 кг/(час·м2);

k1- коэффициент, учитывающий степень укрытия нефтеловушки шифером или другим материалом сверху (см. Приложение 2); к2- коэффициент, учитывающий наличие укрытия нефтеловушки с бо­ков (если НЛ с боков открыта к2= 1, если закрыта к2=0,70).

4.2. Суммарные выбросы загрязняющих веществ от других объектов механической очистки сточных вод рассчитывают по формуле:

П_(I,II)=F^j_(I,II) ·q^j_(I,II) ·к₁ ·к₃ , кг/час (15)

где П_(I) или П_(П) - суммарный выброс загрязняющих веществ j-гo объекта I-ой или II-ой системы канализации, кг/час;

F^j_(I) или F^j_(II) - площади поверхности j-го объекта ОМО I-ой или II-ой системы канализации, м²;

q^j_(I) или q^j_(II) - удельные суммарные выбросы загрязняющих веществ с поверхности j-гo объекта I-ой или II-ой системы канализации

q^j_(I) = 0,164 кг/(час·м²), q^j_(II) =0,140кг/(час·м²);

к₃- коэффициент, учитывающий характеры объекта и очистной системы (см. Приложение 3);

4.3. Выбросы углеводородов или группы углеводородов и индивидуальных веществ от объектов механической очистки определяют по формуле:

П_(I,II)i=П_(I,II) · с_i ·10^-2 , кг/час (16)

где с_i - концентрация i-гo вещества (или группы веществ) в выбросах j-гo объекта, % масс. (см. Приложение 4),

4.4. Выбросы от сооружений биологической очистки (аэротенхов) принимаются равными (в % от суммы выбросов ОМО): углеводороды - 3,8 %; сероводород - 0,11 %.

Исходные данные к задаче 4.

№ варианта	Fпл м^2	Fпр·l0^-3, м^2	Fшн ·10-3, м2	Fнл·103,	Степень укрытия нефтеловушки, %
					сверху	сбоку
1	20	4	2,7	1,3	20	100
2	25	5	3,3	1,6	25	0
3	30	6	4,0	2,0	30	100
4	35	7	4,7	2,3	35	0
5	40	8	5,3	2,6	40	100
б	45	9	6,0	3,0	45	0
7	50	10	6,7	3,3	50	100
8	55	11	7,3	3,6	55	0
9	60	12	8,0	4,0	60	100
10	65	13	8,7	4,3	65	0
11	70	14	9,3	4,6	70	100
12	75	15	10,0	5,0	76	0
13	80	16	10,7	5,3	80	100
14	85	17	11,3	5,6	85	0
15	90	18	12,0	6,0	90	100
16	100	19	12,7	6,3	95	0

4.5. Содержание задачи 4. Рассчитать выбросы загрязняющих веществ (углеводородов и сероводорода) от биологических очистных сооружений второй системы канализации по известным исходным данным. 4.6. Решение задачи 4 (вариант 16).

Валовые выбросы загрязняющих веществ от 0М0 рассчитываем по формулам 14 и 15:

П^нл_II =F^нл_II ·q^нл_II· к₁· к₂ = 6300· 0,140· 0,28= 247 кг/час;

П^пл_II =F^пл_II ·q^пл_II· к₁· к₃ = 100· 0,140· 0,28· 3,51 = 13,8 кг/час;

П^пр_II =F^пр_II ·q^пр_II· к₁· к₃ = 19000· 0,140· 0,28· 0,31 = 231 кг/час;

П^шн_II =F^шн_II ·q^шн_II· к₁· к₃ = 12700· 0,140· 0,28· 0,11 =54,8 кг/час;

∑ Пⁱ_II = 546,6 кг/час.

б) Выбросы углеводородов и сероводорода от ОМО рассчитываем по формуле 16:

П^нл_(II)сн=П^нл_II·С^нл_II·10^-2= 247· 99,06· 10^-2= 244,7 кг/час; П^пл_(II)сн=П^пл_II·С^пл_II·10^-2= 13,8· 99,40· 10^-2= 13,7кг/час;

П^пр_(II)сн=П^пр_II·С^пр_II·10^-2= 231· 99,27· 10^-2= 229,3г/час;

П^шн_(II)сн=П^шн_II·С^шн_II·10^-2= 54,8· 99,72· 10^-2 = 54,6 кг/час;

∑ Пⁱ_(II)сн = 542,3 кг/час.

П^нл_(II)нs=П^нл_IIнs·С^нл_IIнs·10^-2= 247· 0,88· 10^-2=2,15 кг/час;

П^пл_(II)нs=П^пл_IIнs·С^пл_IIнs·10^-2= 13,8· 0,38· 10^-2=0,05 кг/час;

П^пр_(II)нs=П^пр_IIнs·С^пр_IIнs·10^-2= 231· 0,62· 10^-2=1,40 кг/час;

П^шн_(II)нs=П^шн_IIнs·С^шн_IIнs·10^-2= 54,8· 0,13· 10^-2=0,17 кг/час;

∑Пⁱ_(II)нs=3,24 кг/час

в) Выбросы углеводородов и сероводорода от биологических очистных сооружений (БОС):

П^БОС_{(II) сн} =0,038 ·∑ Пⁱ_II =0,038 ·546,6= 20,8 кг/час;

П^БОС_{(II) нs}= 0,0011·∑ Пⁱ_II =0,0011·546,6 = 0,60 кг/час;

г) Суммарные выбросы углеводородов и сероводорода по второй системе канализации составит:

П_(II)сн=П^омо_(II)сн +П^БОС_(II)сн =542,3+20,8=563,1 кг/час=4933 тн/год;

П_{(II) нs}=П^омо_{(II) нs} +П^БОС_{(II) нs} = 3,24+0,60=3,84 кг/час = 33,6 тн/год.