Экология объекта
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Институт транспортной техники и
организации производства
Кафедра: «Теплоэнергетика железнодорожного
транспорта»
Курсовая работа по дисциплине
«Источники загрязнения и технические
средства защиты окружающей среды»
Экология объекта
Москва 2009 г.
Котельная с n=5 котлами КЕ-25-14МТ
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ОБЪЁМОВ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
Теоретический объём
воздуха, необходимый для полного сжигания топлива:
Объём трёхатомных газов:
Объём сухих дымовых газов
при полном сгорании топлива:
(м3/кг)
(м3/кг)
(м3/кг)
Объём водяных паров
вычисляется по формуле:
-
коэффициент избытка воздуха в топке
(м3/кг)
Действительно необходимое количество воздуха при =1,25:
(м3/кг)
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ С ДЫМОВЫМИ ГАЗАМИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
1.Фактический расход на
котёл, кг/с.
где D-фактическая паропроизводительность
котла, т/ч ;
-низшая
теплота сгорания топлива в МДж/кг ;
-К.П.Д.
котла при ном. нагрузке ;
(кг/с)
2.Расчётный расход
топлива, кг/с
,
где -потери от механической неполноты
сгорания ;
(кг/с)
3. Годовая выработка
тепла
Ти – число
часов использования установленной мощности Ти = 4000 ч/год
(МДж/год)
Годовой расход топлива:
3. ДИСПЕРСНЫЙ
(ФРАКЦИОННЫЙ) АНАЛИЗ ПЫЛИ
Дисперсный состав уноса
твёрдых продуктов сгорания:
dч,мкм
|
<10
|
10-20
|
20-30
|
30-40
|
40-50
|
50-60
|
60-86
|
86-100
|
>100
|
mi, %
|
6
|
10
|
10
|
10
|
8
|
8
|
10
|
3
|
35
|
|
0,06
|
0,1
|
0,1
|
0,08
|
0,08
|
0,1
|
0,03
|
0,35
|
Д
|
0,06
|
0,16
|
0,26
|
0,36
|
0,44
|
0,52
|
0,62
|
0,65
|
|
X
|
-1.55
|
-0.99
|
-0.64
|
-0.355
|
-0.15
|
0.05
|
0.31
|
0.39
|
|
dгр
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
86
|
100
|
|
Lg dч
|
1
|
1,301
|
1,477
|
1,602
|
1,699
|
1,778
|
1,934
|
2
|
|
,
где -масса взвеси (в нашем случае равна 100)
,
Рассчитаем суммы:
Из уравнения: путём интегрирования получим систему
уравнений с двумя неизвестными
;
;
.
4. ВЫБОР
ЗОЛОУЛОВИТЕЛЯ
Полный объём продуктов
сгорания:
(м3/кг)
Объёмный расход продуктов
сгорания:
м3/с
где - расчётный расход топлива;
-
объём газа;
Объём продуктов сгорания,
выходящий из трубы:
м3/с
Выбираю батарейный
циклон БЦ :
ξ90=90 –
опытное значение коэффициента сопротивления циклона(табличное
значение)
dт50=3.85 мкм – медианный размер опытных
частиц
lg ση=0.46 – среднеквадратичное отклонение
частиц от медианного размера
Параметры эксперимента:
Dц=0.25 м
Wцт=4.5 м/с – опытное значение скорости
газа в циклоне
(Па - динамическая вязкость
газов
(кг/м3)
– плотность опытных частиц
Суммарное количество
твёрдых продуктов сгорания (летучей золы и несгоревшего топлива) в дымовых газах
перед золоуловителем:
,
Концентрация твёрдых
веществ в продуктах сгорания:
г/м3
Объёмный расход продуктов
сгорания при температуре уходящих газов:
м3/с
Принимаем Dц=0.25;
Принимаю nц= 64, выбираю батарейный циклон типа БЦ 1x8x8
Уточняю скорость:
м/с
≈ Wопт
Коэффициент
гидравлического сопротивления циклона:
К1 = 1 для D ≥ 250 мм
К2 – поправка
на запыленность газов
К3 = 35 –
поправка на компоновку циклонов в группу
Па
– гидравлическое сопротивление циклона
Параметры уходящих газов:
-
плотность золы
;
Медианный размер частиц,
улавливаемый циклоном:
мкм
по таблице нормальной
функции распределения Ф (x)=0.95635
Максимальная степень
очистки ηmax=0.955
Среднеэксплуатационная
степень очистки η=ηз=0.85∙0.95635=0.8129
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ВЫБРОСОВ ГАЗООБРАЗНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
5.1 Оксиды
серы
Суммарное количество
оксидов серы МSO2 в г/с, выбрасываемых в атмосферу с
дымовыми газами котлоагрегатов, вычисляют по формуле:
,
где - содержание серы в топливе на рабочую
массу, % ;
-
доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле ( по табл 2 (2)составляет 0,1);
-
доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием
твёрдых частиц (для сухих золоуловителей принимаем равным нулю);
(г/с)
(г/с)
5.2 Оксиды
углерода
Количество выбросов
оксида углерода в г/с определяется по соотношению:
,
где - выход оксида углерода на единицу
топлива, г/кг;
Здесь q3-потери теплоты вследствие химической неполноты
сгорания топлива, %;
R-доля потери теплоты q3, обусловленная наличием в продуктах неполного
сгорания оксида углерода (принимают для твёрдого топлива 1,0 );
(г/кг)
(г/с)
(г/с)
5.3 Расчёт
выбросов оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива
Топка ТЧЗМ - топка с
пневмомеханическим забрасывателем и цепной чешуйчатой решеткой обратного хода. Удельный
выброс оксидов азота при сжигании твердого топлива, г/с:
,
где - удельный выброс оксидов азота, г /МДж;
где αт –
коэффициент избытка воздуха в топке
R6 – остаток на сите с размером ячеек 6 мм%, принимаю R6= 0
-
безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов при
подаче их в смеси с дутьевым воздухом под колосниковую решетку ,на образование
оксидов азота; принимаю r=0 6.801*10-3г
/МДж
=1.415МВт/ м2
МNO2 = 0.126*5=0.63 г/с
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ВЫБРОСОВ ТВЁРДЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
6.1 Расчёт
выбросов твёрдых продуктов сгорания
Суммарное количество
твёрдых продуктов сгорания (летучей золы и несгоревшего топлива) , поступающих в атмосферу с дымовыми
газами котлов в г/с, вычисляются по формуле:
,
где - зольность топлива на рабочую массу, %
;
- доля золы, уносимой газами из котла
(доля золы топлива в уносе);
32,68- теплота сгорания
углерода, МДж/кг;
,
Количество летучей золы в г/с, уносимой в атмосферу в составе
твёрдых продуктов сгорания, вычисляют по формуле:
,
(г/с)
Количество коксовых
остатков при сжигании твёрдого топлива в
г/с, образующихся в топке в результате механического недожога топлива и
выбрасываемых в атмосферу, определяют по формуле:
,
(г/с)
6.2 Расчет выбросов бензапирена
Выброс бензапирена поступающего в атмосферу с дымовыми
газами в г/с рассчитывают по уравнению :
массовая концентрация бензапирена в сухих дымовых газах при
стандартном коэффициенте избытка воздуха ;
объем
сухих дымовых газов ,образующихся при полном сгорании 1 кг (1 н)
топлива при
При сжигании твердого
топлива
А – коэффициент,
характеризующий тип колосниковой решетки, для угля – 2,5
R - коэффициент, характеризующий
температурный уровень экранов (при р=24 ата,
tn=221,78>150 0C ; R=350
Кд = 1 –
коэффициент, учитывающий концентрацию бензаперена при неполной нагрузке котля
Кзу - коэффициент,
учитывающий степень улавливания бензапирена золоуловителем.
Z – понижающий коэффициент (бензаперен
улавливается в меньшей степени, чем зола. При температуре газов перед золоуловителем
tзу = tух = 180 oC < 185 oC и сухих золоуловителях.
Кзу = 1-ηз*Z =1- 0.81290.8= 0.35
= 1.463*10-3 мг/нм3
г/с
7. РАСЧЕТ
МИНИМАЛЬНО НЕОБХОДИМОЙ ВЫСОТЫ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ
Диаметр устья дымовой
трубы ,м :
температура уходящих газов;
скорость
продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы, принимаю 25 м/с
Принимаю Dутр = 1,8
Предварительная
минимальная высота дымовой трубы по приведенным газам м :
Масса приведенного газа:
А – коэффициент
стратификации атмосферы для Мурманска 160
-
коэффициент, зависящий от степени очистки циклона
|
-
значение коэффициентов в первом приближении
|
-
коэффициент рельефа местности
|
Фоновая концентрация
приведенного газа:
максимально
разовые предельные допустимые концентрации;
-
фоновая концентрация SO2
|
-
фоновая концентрация NO2
|
-
фоновая концентрация NO
|
-
фоновая концентрация золы
|
-
ПДК максимально разовая для SO2
|
-
ПДК максимально разовая для NO2
|
-
ПДК максимально разовая для NO
|
-
ПДК максимально разовая для CO
|
-
ПДК максимально разовая для NO
|
-
ПДК максимально разовая для золы
|
Определяются коэффициенты
f и :
Опасная скорость ветра на
высоте устья трубы
Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f :
Определяется безразмерный
коэффициент n в зависимости от параметра :
Определяется минимальная
высота дымовой трубы во втором приближении :
Выполняем второй уточняющий
расчет .
Определяются коэффициенты
f и v :
Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f :
Определяется безразмерный
коэффициент n в зависимости от параметра :
Определяется минимальная
высота дымовой трубы в третьем приближении :
Выполняем третий
уточняющий расчет .
Определяются коэффициенты
f и v :
Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f :
Определяется безразмерный
коэффициент n в зависимости от параметра :n3 =2,4
Определяется минимальная
высота дымовой трубы в четвертом приближении:
Т.к. разница между меньше 0.5 м ,то расчет выполнен верно .
Выбираем дымовую трубу из
кирпича со следующими
стандартными размерами :
Предварительная
минимальная высота дымовой трубы для твердых веществ м :
(г/с)
Определяются коэффициенты
f и :
Опасная скорость ветра на
высоте устья трубы:
Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f :
Определяется безразмерный
коэффициент n в зависимости от параметра :n=2,5 Определяется минимальная высота дымовой трубы во втором
приближении :
Окончательно выбираем
дымовую трубу из кирпича со следующими стандартными размерами : Dтр = 1.8м Hтр = 75м
8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ
СОСТАВА И КОЛИЧЕСТВА СТОЧНЫХ ВОД КОТЕЛЬНОЙ
При регенерации Na – катионитных фильтров кроме солей,
содержащихся в исходной воде, сбрасываются продукты регенерации фильтров – СаCl2 и MgCl2, а также избыток поваренной соли,
который берется для более глубокой регенерации фильтрующего материала. При
проведении операции взрыхления возможно попадание в сток измельченного
фильтрующего материала; используемая для регенерации техническая поваренная
соль содержит до 7% различных примесей, которые также попадают в сток.
Котловая вода в котлах
низкого среднего давления после необходимых стадий обработки воды в основном
содержит легкорастворимый катион натрия и анионы: .
Все катионы и анионы,
поступающие в котел с химически очищенной водой, не претерпевают изменений с
повышением давления, температуры и концентрации солей при испарении, кроме
бикарбоната натрия, который частично (около 60%) разлагается в барботажном
деаэраторе и окончательно в котле по уравнению:
Показатели воды,
приходящей на ВПУ.
|
|
|
|
|
|
|
|
мг/л
|
мг/л
|
мг/л
|
мг/л
|
мг/л
|
мг/л
|
мг/л
|
2
|
6
|
20,9
|
42,7
|
9,5
|
150
|
35,5
|
21
|
1) Пересчитываем данные
анализа в мг-экв/л:
- верно
2) Общая
жесткость:
3)
Карбонатная жесткость:
4)
Некарбонатная жесткость:
мг-экв/л
Количество сточной
воды:
Расход воды на продувку
Расчёт расхода воды на
собственные нужды:
Расход соли на
приготовление регенерирующего раствора:
(кг/сут)
где = 100 (г/г-экв)-удельный расход соли на
регенерацию при общей жесткости воды до 5 г-экв/м3
Расход воды на
регенерацию:
(м3/сут)
-
доля химически чистой соли
СРР = 6 % -
концентрация регенерационного раствора.
=
1041.3 (кг/м3) – плотность регенерационного раствора.
Расход воды на отмывку
катионита от продуктов регенерации:
(м3/сут)
- удельный расход воды на отмывку
(м3/сут)
Количество сточной воды:
В стоках ВПУ будут CaCl2,MgCl2 и избыточный NaCl.
Доля кальция, удаляемого
из фильтра в продуктах регенерации:
Количество CaCl2 и MgCl2 ,
сбрасываемое в течение суток:
(кг/сут.)
(кг/сут.)
где 55,5 и 47,6 –
эквивалентная масса CaCl2 и MgCl2 .
(кг/сут)
где 58,5 (г/г-экв) –
теоретический удельный расход соли на регенерацию.
Общее количество солей,
сбрасываемых в сутки:
(кг/сут.)
2HCO3-
=CO2+3+CO2+H2O
Na2CO3+H2O=2NaOH+CO2
kуп=Sкв/Sпв=25
(г/л)
< 10г/л –сточные воды котельной можно отправить без очистки в дренаж.
9. РАСЧЕТ
КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ГАЗАХ ЗА КОТЛОМ
1) массовая концентрация:
;
мг/;
;
2)
Объемная концентрация в частях на миллион :
где:-плотность газа при НФУ, кг/н;
;
Определение удельных
выбросов:
(МВт)
МВт
г/МДж.
г/МДж
г/МДж
г/МДж – до золоуловителя
г/МДж – после золоуловителя
3)Токсичность выбросов за
котлом и в устье трубы
Токсичность за котлом:
Токсичность после
золоуловителя (в устье трубы):
Эффективность установки
золоуловителя:
С помощью золоуловителя
снизилась токсичность на 37.77%