Расчет расхода сжигаемого на энергообъекте натурального топлива и полного объема продуктов сгорания с учетом коэффициента избытка воздуха. Вычисление выбросов вредных веществ при сжигании топлива и высоты дымовой трубы. Проверка произведенных расчетов.
Аннотация к работе
Для ТЭС и котельных вредными выбросами считаются: твердые частицы (зола, канцерогены, сажа), оксиды серы, азота, углерода, ванадия, сероводород и др. Паропроизводительность (расход первичного пара) кг/с;-расход вторичного пара кг/с (расход через вторичный п/п) - при более чем одном промперегреве, тепловосприятия промперегревателей нужно суммировать;-расход насыщенного пара на сторону кг/с;-расход продувочной воды кг/с;-энтальпии перегретого пара у главной парозапорной задвижки, на выходе и входе из промпароперегревателя, насыщенного пара (определяемая по Р в барабане парогенератора),продувочной воды подсчитываемой по Р в барабане, а при прямоточных сепарационных парогенераторах по Р в сепараторе), питательной воды, Мдж/кг; Полный объем продуктов сгорания с учетом коэффициента избытка воздуха подсчитывается по формуле: где-теоретическое количество воздуха необходимое для сгорания 1кг твердого и жидкого или 1м газообразного топлива, м /кг, м /м . При отсутствии эксплутационных данных по содержанию в уносе горючих, расчет проводят по формуле где В-расход натурального топлива, г/с;-доля золы топлива уносимая газами (для котельных агрегатов с камерными топками, ТШУ и производительностью Д>7 кг/с (25 т/ч) =0,95) Для котлов паропризводительностью более 70 т/ч работающих на газе и мазуте (при любых нагрузках), а также при высокотемпературном способе сжигания (сжигание любого топлива с ЖШУ , а также угли ?23050 КДЖ/кг с нагрузкой более 75% от номинальной К находится: и - фактическая и номинальная паропроизводительность котла соответственно, т/ч.Открытые Полуоткрытые с пережимом АШ и ПА Тощие угли Каменные угли Бурые угли АШ и ПА Тощие угли Каменные угли Бурые угли 1,2-1,25 - 1,2 1,2 1,2-1,25 - 1,2 1,2 0 0 0 0 0 0 0 0 3-4 1,5 0,5 0,5 3-4 1,0 0,5 0,5 0,85 0,8 0,8 0,7-0,8 0,85 0,8 0,7 0,6-0,7Золоулавитель Концентрация золы до очистки Концентрация золы после очистки Сопротивление Па Объем очищенных газов, тыс.м %, 1.Циклон НИИОГАЗ 2.Батарейный циклон 3.Мокропрутковой золоулавитель 4. Комбинированный золоуловитель ТЭС с блоками 500 МВТ электрофильтры УГЗ ТЭС с блоками 800 МВТ электрофильтры УГЗ Котлы производительностью 35 т/ч электрофильтр УГ 2-3-26 Тот же рукавные фильтры - - - - - 13 9 55 1,2 - - - - - 0,07 0,11 1,3 0,01 450 500 800 150-200 600 - - - - - - - - 1918 3132 39 110 80 80 92 97 98 99,46 98,8 97,6 99,2 Экибастузкий уголь Угли КУЗБАССА Березовский уголь а) для топок с ТШУ б) для топок с ЖШУ Остальные угли а) топки с ТШУ б) топки с ЖШУ Торф Горючие сланцы Антрацит и каменные угли Мазут ГАЗ 0,02 0,5 0,2 0,2 0,05 0,15 0,5-0,8 0,1 0,02 0,0 Высокотемпературное сжигание твердого топлива и ввод газов в рециркуляции: в первичную аэросмесь во вторичный воздух Сжигание газа и мазута и ввод газа рециркуляции: в под топки через шлицы под горелками по наружному каналу горелок в воздушное дутье 0,01 0,005 0,002 0,015 0,02 0,025 Север, Северо-Запад Европейской территории России, среднее Поволжье, Урал, Украина.
Введение
топливо сгорание выброс дымовой
В связи с ухудшающейся экологической обстановкой в промышленных регионах все больше внимания как за рубежом, так и у нас в стране уделяется вопросам защиты окружающей среды.
В последние годы меняется топливный баланс и повышается доля углей, качество которых с выработкой ухудшается, что ведет, как правило, к увеличению экологического ущерба наносимого окружающей среде.
Для ТЭС и котельных вредными выбросами считаются: твердые частицы (зола, канцерогены, сажа), оксиды серы, азота, углерода, ванадия, сероводород и др.
Для каждого промышленного предприятия в населенном пункте устанавливаются (с учетом обеспечения ПДК вредных веществ) нормативные значения предельно допустимых выбросов ПДК, входящие в техническую документацию электростанций, где наряду с ограничениями излагаются мероприятия по достижению ПДВ.
В последние годы разрабатывается государственная научно-техническая программа «Экологически чистая ТЭС» /1/. Это направление базируется на создании и внедрении новейших технологий, оборудования, режимов и методов сжигания, конструкций горелочных устройств, комплектов переработки и утилизации отходов и других мероприятий, позволяющих максимально снизить воздействие на окружающую среду.
Заключительной фазой процесса сжигания топлива является удаление продуктов сгорания с помощью дымовой трубы в атмосферу. И хотя увеличение ее высоты не влечет за собой снижение самих выбросов, но способствует улучшению их рассеивания в воздушной среде.
Расход натурального топлива, сжигаемого на энергообъекте ТЭЦ, ГРЭС и т.д.
где -расход условного топлива; , -теплотворные способности условного (29330 КДЖ/кг) и расчетного топлив соответственно. При несоответствии элементарного состава расчетного топлива среднему значению по разрезу представленному например в табл. /4/, значение подсчитывается по эмпирической формуле Менделеева Д.И.
Соотношение между и определяется из выражения:
где -высшая теплота сгорания газообразного или 1 кг жидкого и твердого топлива.
где -расход условного топлива на выработку электро и тепловой энергии; Э-часовая выработка электроэнергии
- время использования установленной мощности (час); -номинальная мощность станции (Квт);
-удельный расход топлива на выработку электроэнергии (кг/Квтч);
-удельный расход топлива на выработку тепла (кг/Гдж); -максимальная выработка теплоты (Гдж/час).
Для отдельно взятого котлоагрегата расход топлива определяется где -низшая теплота сгорания 1 кг твердого, жидкого или 1м газообразного топлива;
-коэффициент полезного действия котлоагрегата брутто;
-полное количество полезно использованного тепла Мвт, в парогенераторе.
- Паропроизводительность (расход первичного пара) кг/с; -расход вторичного пара кг/с (расход через вторичный п/п) - при более чем одном промперегреве, тепловосприятия промперегревателей нужно суммировать; -расход насыщенного пара на сторону кг/с; -расход продувочной воды кг/с; -энтальпии перегретого пара у главной парозапорной задвижки, на выходе и входе из промпароперегревателя, насыщенного пара (определяемая по Р в барабане парогенератора),продувочной воды подсчитываемой по Р в барабане, а при прямоточных сепарационных парогенераторах по Р в сепараторе), питательной воды, Мдж/кг;
Расход продувки для котельных установок промпредприятий доходит до 5-10%% от его паропроизводительности . Для котлов конденсационных электрических станций он не превышает 1-2%% от .
Если продувка может не учитываться.
-тепловосприятие воды или воздуха, подогреваемых в парогенераторе и отдаваемых на сторону, Мвт.
Полный объем продуктов сгорания с учетом коэффициента избытка воздуха
Полный объем продуктов сгорания с учетом коэффициента избытка воздуха подсчитывается по формуле:
где -теоретическое количество воздуха необходимое для сгорания 1кг твердого и жидкого или 1м газообразного топлива, м /кг, м /м .
-теоретический объем продуктов сгорания м /кг, м /м - и принимается аналогично или рассчитывается;
Объем трехатомных сухих газов в сумме с теоретическим объемом и азотами водяного пара:
Q-температурная поправка на увеличение объема дымовых газов при условиях отличных от нормальных.
где -температура уходящих газов, . При отсутствии данных замеров выбирается по табл. 6,7 /4/.
Расчет выбросов вредных веществ при сжигании топлива
Массовый выброс летучей золы, г/с
При отсутствии эксплутационных данных по содержанию в уносе горючих, расчет проводят по формуле где В- расход натурального топлива, г/с; -доля золы топлива уносимая газами (для котельных агрегатов с камерными топками, ТШУ и производительностью Д>7 кг/с (25 т/ч) =0,95)
Для открытых и полуоткрытых топок с ЖШУ парогенераторов производительностью выше 21 кг/с (75 т/ч) принимается по табл.1 /4/.Для слоевых топок при сжигании бурых и каменных углей =0,2?0,25, при сжигании антрацита =0,3; -доля твердых частиц улавливаемых в золоуловителе. При отсутствии эксплутационных данных принимается по данным /3/., приведенным в табл.2.
-содержание горючих в уносе,%; -потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива; %. в табл. 1., для остальных случаев в табл.9 или в табл.xx /4/. Для мазутных котлов ?0,02%. Для котлов работающих на твердом топливе (при отсутствии эксплутационных данных по ) принимается нормативное значение . -низшая теплота сгорания топлива, КДЖ/кг.
Количество оксидов серы в пересчете на где -содержание серы в исходном топливе на рабочую массу;%; -доля оксидов серы, связываемых в газовом тракте котла за счет реакций протекающих в минеральной части топлив, зависит от вида топлива, зольности, свободной щелочи в летучей золе.
При факельном сжигании значение ( различных топлив) представлены в табл.3 .
-доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе. Она является функцией приведенной сернистости топлива. Для сухих золоуловителей (циклонах и электрофильтрах) =0.
В мокрых золоуловителях зависит от расхода охлаждающей воды и ее щелочности. При нейтральной реакции воды ( ?7) =0,015.
При щелочности воды порядка 5?10 мг экв/кг =0,02?0,03
Количество окислов азота (в пересчете на ) выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котельных установок вычисляют по формуле:
где К- коэффициент характеризующий выход окислов азота. Для котлов паропризводительностью более 70 т/ч работающих на газе и мазуте ( при любых нагрузках), а также при высокотемпературном способе сжигания ( сжигание любого топлива с ЖШУ , а также угли ?23050 КДЖ/кг с нагрузкой более 75% от номинальной К находится:
и - фактическая и номинальная паропроизводительность котла соответственно, т/ч. Для котлов паропроизводительностью менее 70 т/ч
Для водогрейных котлов:
-фактическая и номинальная тепловая производительность котла, Гдж/ч.
При высокотемпературном сжигании твердого топлива с нагрузкой котла ниже 75% от номинальной. =0,75Д
При низкотемпературном сжигании топлива НТС (сжигание всех углей с = 2305 КДЖ/кг в топках с ТШУ при расчеты проводятся номинальным значениям паро и теплопроизводительности котлов Д и Q.
-коэффициент, характеризующий эффективность рециркуляции газов в зависимости от условий подачи их в топку.
При номинальной нагрузке и степени рециркуляции r ?30%, определяется по табл.4.
При нагрузках меньше номинальной умножается на безразмерный коэффициент определяемый на рис.1
Рис.1 Зависимость коэффициента f от соотношения .
-коэффициент, характеризующий снижение выбросов оксидов азота при ступенчатом сжигании (подача части воздуха помимо основных горелок). При этом должно сохранятся значение коэффициента общего избытка воздуха за котлом. -определяется из рис.2. r -степень рециркуляции дымовых газов,%; -коэффициент учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива (содержание ).
При сжигании твердого топлива:
Рис.2 Зависимость от доли воздуха подаваемого помимо основных горелок. 1-газ; 2-уголь
Пересчет рабочей массы на горючую производится с помощью соотношения:
При сжигании в котлах газа и мазута определяется по таблице 8.
-коэффициент, учитывающий конструкцию горелок. для вихревых горелок =1 для прямоточных горелок =0,85
-коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления при ЖШУ =1,4, в остальных случаях =1.
Количество окиси углерода при сжигании органических топлив определяется из выражений где и -параметры зависящие от вида топлива при , при
-поправочный безразмерный коэффициент, учитывающий влияние конструкции котельного агрегата, режимы горения и других факторов.
При нормативных значениях коэффициента избытка воздуха на выходе из топки =1. Если фактическое значение , то
При ,
где -выход оксида углерода кг/т, кг/тыс.м )
-потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %.
При сжигании газа и мазута с 1,01?1,03 =0,15% при =1,05 =0.
R-коэффициент, учитывающий долю потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, (обусловленной содержанием в продуктах неполного сгорания оксида углерода СО), Для твердого топлива R=1 для газа R=0.5, для мазута R=0.65.
Количество выбросов окислов ванадия в пересчете определяется:
-содержание оксидов ванадия в жидком топливе в пересчете , г/т. При отсутствии данных результатов анализа топлива на содержание оксидов ванадия при %
-коэффициент оседания оксидов ванадия на поверхностях нагрева котлов. Для котлов с промперегреваниями очистка поверхностей нагрева которых производится в период останова =0,07;
Для котлов без промперегревателей при тех же условиях очистки =0,05; для остальных случаев =0.
-доля твердых частиц продуктов сгорания жидкого топлива улавливаемых в устройствах для очистки газов мазутных котлов (электрофильтры =90, сухие инерционные аппараты =80% и различные тканевсые фильтры =98-99%; -оценивается для средних условий работы улавливающих устройств за год.
Высота дымовой трубы определяется:
где А- коэффициент зависящий от температурной стратификации атмосферы. Выбирается в зависимости от географического расположения источника выбросов ( . /2/. Значения А приведенные в таблице 5.
-средняя разность температур между газами и атмосферным воздухом.
-средняя температура в 13 часов наиболее жаркого месяца для места расположения источников выбросов /6/.
М- массовый выброс токсичного компонента по которому ведется расчет. Выбирается из сравнения соотношения для ингредиентов
Для окислов азота и серы проводится суммация вредного воздействия на окружающую среду.
F-безразмерный коэффициент учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе для частиц золы F=2, для газообразных компонентов F=1. Z-количество одинаковых дымовых труб. -фоновая концентрация ингредиента. Устанавливается органами санинспекции района. m и n коэффициенты.
Поскольку коэффициенты m и n зависят от высоты трубы определение H проводится методом последовательных приближений или графоаналитическим методом.
Графоаналитический метод
Необходимо задаться рядом значений высот трубы (например ) далее определяется коэффициент m где
Д- диаметр устья трубы (м). Принимается по номограмме рис.3.-44 /2/ (для каждого значения )
-скорость газов на выходе из трубы (м/с).
Для каждого необходимо определить , а затем собственно .
Для определения коэффициента n предварительно находят по формуле при n=3 при 0,3< n=3 - при n=1
Далее определяется .
Найденные значения высот трубы откладываются на графике H= f ( ) c одинаковым масштабом по осям координат. Точки соединяют плавной кривой, затем проводят биссектрису координатного угла. Точка пересечения кривой и биссектрисы дает искомую минимальную высоту дымовой трубы H.
Метод последовательных приближений
Определяем предварительную высоту дымовой трубы по формуле:
Далее по формулам определяются безразмерные коэффициенты , . После этого проводится первое уточнение высоты дымовой трубы и коэффициентов. Во втором уточнении расчет проводится по формуле:
Количество приближений обычно не превышает 3-4 раза.
Проверка правильности нахождения высоты трубы
Определяется из выражения
, где максимальная приземная концентрация выбросов.
При опасных метеорологических условиях достигается на оси факела (по среднему, за рассматриваемый период времени, направлению ветра) на расстоянии /8/:
где d-безразмерная величина определяемая по формулам: при при
Расчет высоты дымовой трубы, массовые выбросы основных ингредиентов, а так же их рассеивание в атмосфере можно произвести на ЭВМ с использованием программ «Экология» TRUBA PAS и др.