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

Т_и – число часов использования установленной мощности Т_и = 4000 ч/год

(МДж/год)

Годовой расход топлива:

3. ДИСПЕРСНЫЙ (ФРАКЦИОННЫЙ) АНАЛИЗ ПЫЛИ

Дисперсный состав уноса твёрдых продуктов сгорания:

,

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 :

W_опт=3.5 м/с – оптимальное значение скорости газов в циклоне с направляющим аппаратом типа «розетка» 25˚(табличное значение)

ξ₉₀=90 – опытное значение коэффициента сопротивления циклона(табличное значение)

d^т₅₀=3.85 мкм – медианный размер опытных частиц

lgσ_η=0.46 – среднеквадратичное отклонение частиц от медианного размера

Параметры эксперимента:

D_ц=0.25 м

W_цт=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 D_ц=0.25;

Принимаю n_ц= 64, выбираю батарейный циклон типа БЦ 1x8x8

Уточняю скорость:

м/с ≈ W_опт

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 η^max=0.955

Среднеэксплуатационная степень очистки η=η_з=0.85∙0.95635=0.8129

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ГАЗООБРАЗНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

5.1 Оксиды серы

Суммарное количество оксидов серы М_SO2 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 α_т – 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

М_NO2 = 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);

- доля твёрдых частиц, улавливаемых в золоуловителях;

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)

6.2Расчет 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,

t_n=221,78>150 ⁰C ; R=350

К_д = 1 – коэффициент, учитывающий концентрацию бензаперена при неполной нагрузке котля

К_зу - 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.

К_зу = 1-η_з*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 D^у_тр = 1,8

Предварительная минимальная высота дымовой трубы по приведенным газам м :

Масса приведенного газа:

А – коэффициент стратификации атмосферы для Мурманска 160

Фоновая концентрация приведенного газа:

максимально разовые предельные допустимые концентрации;

Определяются коэффициенты fи :

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 mв 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 mв 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 fи :

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 : D_тр = 1.8м H_тр = 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.

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

С_РР = 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 CaCl_2,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

k_уп=S_кв/S_пв=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%