6.11 Выбор дымовой трубы

Выбор дымовой трубы заключается в правильном выборе ее конструкции и подсчете высоты, обеспечивающей допустимую концентрацию вредных веществ в атмосфере.

Рассчитаем минимальную высоту дымовой трубы.

Диаметр устья дымовой трубы D₀, м, определяется по формуле:

, /16/ (85)

где N – предполагаемое число дымовых труб (принимаем N = 1);

w₀ – скорость дымовых газов в устье дымовой трубы, м/с

(принимаем w₀ = 23 м/с);

V – объемный расход дымовых газов, м³/с,

V = V_Г·B, (86)

где В – суммарный расход топлива на станцию, кг/с;

V_Г – удельный объем дымовых газов, м³/кг,

, /14/ (87)

где - удельный объем дымовых газов, соответствующий теоретически необходимому объему воздуха, м³/кг,

м³/кг;

Тогда действительный объем газов:

м³/кг;

Суммарный расход топлива всеми котлами:

В = В_Р*n, (88)

где В_Р – расчетный расход топлива на один котел, кг/с;

n – число котлов.

В =10,22·6= 61,32 кг/с.

Тогда объемный расход дымовых газов:

V = 61,32·13,32 = 816,78 м³/с.

Диаметр устья дымовой трубы:

м.

Выбираем из стандартного ряда диаметров устья дымовой трубы ближайшее значение: м /11/.

Уточним ранее принятую скорость:

w₀ , (89)

w₀ =20,1м/с

Высота дымовой трубы Н, м, определяется по формуле /16/:

, (90)

где F – поправочный коэффициент, учитывающий содержание примесей в дымовых газах (для газообразных примесей F = 1);

A – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы (для данного региона А= 160) /11/;

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

ПДК – предельно допустимая концентрация какого-либо элемента в атмосфере, мг/м³;

C_Ф – фоновая концентрация вредных веществ, обусловленная внешними источниками загазованности, мг/м³;

М – массовый выброс вредных веществ в атмосферу, г/с;

- разность температур уходящих газов и атмосферного воздуха, ⁰С.

Разность температур определяется формулой:

, (91)

Т – температура воздуха самого жаркого месяца в 13 часов дня

(Т=21,5 ⁰С /10/);

=150-21,5 = 128,5 ⁰С.

Фоновая концентрация C_Ф вредных веществ, обусловленная внешними источниками загазованности, выбирается исходя из числа жителей населенного пункта и региона (C_Ф =0,02мг/м³) /23/.

Поскольку в топливе отсутствует сероводород, будем вести расчет только по выбросам диоксида азота NO₂ . ПДК по содержанию в воздухе этого элемента составляет 0,2 мг/м³.

Массовый выброс диоксида азота определяется пол формуле /16/:

, (92)

где q₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива (при сжигании газообразного топлива q₄ = 0 %);

- поправочный коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива (для газообразного топлива, при отсутствии содержания в нем N, =0,85 /16/);

- коэффициент, учитывающий конструкцию горелок (для вихревых горелок =1);

- коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления ( = 1);

- коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий подачи их в топку ( =0);

r – степень рециркуляции дымовых газов (r = 0 %);

- коэффициент, характеризующий снижение выброса оксидов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок ( =1).

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

, /16/ (93)

где D =500 т/ч – паропроизводительность котла;

кг/т.

Итак, массовый выброс оксида азота:

М_NO2 = 0,034·8,6·0,85·61,44·36,47 = 556,9 г/с.

Для того чтобы определить коэффициенты m и n, необходимо знать высоту трубы. Поэтому расчет ведется методом последовательных приближений.

Задаемся высотой трубы H = 120 м.

Коэффициент m определяем по формуле /17/:

, (94)

где f – безразмерный параметр, определяемый по формуле /17/:

, (95)

;

.

Коэффициент n зависит от параметра V_М, который определяется по формуле /17/:

V_M = , (96)

V_M = =6,22;

Поскольку V_M>2, то n = 1.

Итак, определяем высоту дымовой трубы по формуле 92:

м.

Принимаем ближайшее к полученному значение высоты дымовой трубы из стандартного ряда Н = 120 метров, что совпадает с ранее принятым значением.

Определим максимально возможную приземную концентрацию диоксида азота по формуле /17/:

, (97)

где К_Р – безразмерный коэффициент, учитывающий рельеф местности (для ровной местности К_Р = 1);

мг/м³.

Проверим соблюдения условий экологической безопасности по концентрации вредных веществ в атмосфере. Проверить можно с помощью двух формул:

1. С_М + С_Ф <= ПДК, (98)

0,147+0,02 = 0,167;

0,167<0,2, условие соблюдается;

2. , (99)

;

0,735<1, условие соблюдается.

Таким образом, сооружение дымовой трубы высотой 120 метров позволит обеспечить содержание диоксида азота в рамках ПДК.

Расстояние от дымовой трубы, на котором достигается это значение максимальной приземной концентрации определим по формуле /17/:

, (100)

где d – безразмерный коэффициент, определяемый по формуле /17/:

, (101)

=23,68

Тогда

м.

Построим таблицу изменения приземной концентрации вредных веществ в зависимости от расстояния.

Для этого возьмем несколько различных значений расстояния от дымовой трубы Х и вычислим концентрацию вредных веществ на этих расстояниях по формуле: /17/

С = С_М ∙ S, (102)

где S – параметр, зависящий от соотношения Х и Х_М.

Вычислим приземные концентрации вредных веществ на следующих расстояниях Х от дымовой трубы:

1000; 4000; 7000; 10000; 13000; 16000; 19000; 22000; 25000; 28000; 31000; 34000; 37000 и 40000 метров.

При S вычисляется по формуле /17/:

, (103)

При параметр S вычисляется по формуле /17/:

, (104)

При параметр S вычисляется по формуле /17/:

, (105)

Результаты вычисления S и С при различных значениях Х по формулам 102 – 105 сведены в таблицу 5.

Таблица 5. – Приземные концентрации оксида азота на различных расстояниях от дымовой трубы

Расстояние Х, м	Параметр S	Концентрация С мг/м^3
1000	0,04	0,006
4000	0,898	0,132
7000	0,632	0,093
10000	0,433	0,064
13000	0,304	0,045
16000	0,221	0,032
19000	0,166	0,024
22000	0,129	0,0189
25000	0,101	0,015
28000	0,082	0,012
31000	0,067	0,0099
34000	0,057	0,0083
37000	0,048	0,0071
40000	0,042	0,0061