Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Инженерная школа природных ресурсов
Направление: Химическая технология нефтегазохимии и полимерных материалов
Кафедра: ОХИ
Пояснительная записка к курсовой работе
По дисциплине: Процессы и аппараты защиты окружающей среды
На тему:
Проект установки очистки выбросов котельной, работающей на угле
Выполнил: Цэрэндорж Н.
студент гр. 2Д01
Руководитель: к.х.н.,
доцент Ротарь О.В.
Томск - 2023
Задание на выполнение курсового проекта
Студенту гр. 2Д01 Цэрэндорж Н.
Тема курсового проекта: Проект установки очистки выбросов котельной, работающей на угле
Срок сдачи студентом выполненного проекта: 2023 г.
Исходные данные к курсовому проекту:
Кузбасский бассейн ОС 360 тонн в год
Содержание пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов, в том числе индивидуальное задание):
1. Введение (обоснование выбора аппарата)
2. Технологический расчёт аппарата
3. Конструктивно-механический расчёт
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей):
1. Чертеж технологической схемы, лист 1, формат А1.
2. Сборочный чертеж аппарата, лист 2, формат А1.
3. Деталировка аппарата, лист 3, формат А1.
4. Спецификация аппарата, лист 4, формат А4.
Дата выдачи задания на выполнение курсового проекта по линейному графику.
Задание выдал: Руководитель: к.х.н., доцент ОХИ Мананкова А.А.
Задание принял: Студент гр. 2Д01 Цэрэндорж Н.
Содержание
Введение
При сжигании органического топлива в топках промышленных и коммунальных котлоагрегатах и теплогенераторах производится тепловая энергия (водяной пар или горячая вода на отопление или горячее водоснабжение). Котельные установки, предназначенные для снабжения паром предприятий, принято называть производственными котельными; в случае, когда котельная вырабатывает пар и нагревает воду для предприятия и нужд отопления, ее называют производственно-отопительной; и когда котельная установка сооружается лишь для потребностей отопления и горячего водоснабжения, ее называют отопительной.
Существенное влияние на состав образующихся вредных веществ при сжигании топлива оказывают:
1) его вид;
2) режим горения.
На тепловых электростанциях используется твердое, жидкое и газообразное топливо [1].
В качестве твердого топлива в теплоэнергетике используют угли (бурые, каменные, антрацитовый штыб), горючие сланцы и торф.
Горючая часть топлива включает органическую, состоящую из углерода, водорода, кислорода, органической серы, и неорганическую части (в состав горючей части топлива ряда месторождений входит пиритная сера FeS2).
Негорючая (минеральная) часть топлива состоит из влаги и золы. Основная часть минеральной составляющей топлива переходит в процессе сжигания в летучую золу, уносимую дымовыми газами. Другая часть в зависимости от конструкции топки и физических особенностей минеральной составляющей топлива может превращаться в шлак.
Зольность отечественных углей колеблется в широких пределах (10-55%). Соответственно изменяется и запыленность дымовых газов, достигая для высокозольных углей 60-70 г/м3.
Химический состав золы твердого топлива достаточно разнообразен. Обычно зола состоит из оксидов кремния, алюминия, титана, калия, натрия, железа, кальция, магния. Кальций в золе может присутствовать в виде свободного оксида, а также в составе силикатов, сульфатов и других соединений.
Более детальные анализы минеральной части твердых топлив показывают, что в золе в небольших количествах могут быть и другие элементы, например, германий, бор, мышьяк, ванадий, марганец, цинк, уран, серебро, ртуть, фтор, хлор. Микропримеси перечисленных элементов распределяются в различных по размерам частиц фракциях летучей золы неравномерно, и обычно их содержание увеличивается с уменьшением размеров этих частиц.
В составе золы твердых видов топлива могут присутствовать радиоактивные изотопы калия, урана и бария. Эти выбросы практически не влияют на радиационную обстановку в районе ТЭС, хотя их общее количество может превышать выбросы радиоактивных аэрозолей на АЭС той же мощности.
Твердое топливо может содержать серу в следующих формах: колчедана Fe2S и пирита FeS2, в составе молекул органической части топлива и в виде сульфатов в минеральной части. Соединения серы в результате 5 горения превращаются в оксиды серы, причем около 99% составляет сернистый ангидрид S02.
Сернистость углей в зависимости от месторождения составляет 0,3- 6,0%. Сернистость горючих сланцев достигает 1,4-1,7%, торфа-0,1%. [1].
При сжигании органического топлива различают 4 режима горения:
· нейтральное (стехиометрическое или полное сгорание топлива при коэффициенте избытка воздуха б = 1),
· окислительное (полное сгорание при небольшом избытке воздуха б>1),
· восстановительное (неполное сгорание при недостатке воздуха б>1).
Перечисленные факторы влияют на выброс всех вредных веществ, содержащихся в дымовых газах - золы, оксидов азота, углерода, серы, оксидов ванадия (в основном выделяется пентаоксид ванадия V2О5).
1. Расчет выброса загрязняющих веществ, при сжигании твердого топливо
Рассчитать выбросы вредных веществ в атмосферу, удаляемых с дымовыми газами от отопительной котельной, при сжигании 360 т/год каменного угля Кузбасского бассейна ОС со следующими характеристиками:
- низшая теплота сгорания Qн = 21,84 МДж/кг (5216 Ккал/кг),
- содержание серы S = 0,8%,
- зольность А = 27,9.
Расход топлива 360 т/год.
Продолжительность отопительного периода 234 дня (5616 часов). Расход угля в самый холодный месяц года (январь) 60 т. Паропроизводительность котлоагрегата 0,6 т/ч. Топка камерная.
В атмосферу от котельных при сжигании топливо с дымовыми газами выбрасываются: твердых частиц, оксиды углерода, серы и азота.
Расход топлива в январе (г/с):
m' = (60? 106) / (31 ? 24 ? 3600) = 22,4 г/с
Расчёт выбросов твёрдых частиц в дымовых газах:
где А - Зольность,%;
m- расход топлива;
ч- коэффициент для топки с неподвижной решёткой, ч = 0,0023;
зт- эффективность золоуловителя, %зт = 0;
Расчет выбросов оксидов углерода
Для начала найдем :
R - коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленный наличием в продуктах сгорания оксида углерода. R = 1 (твёрдое топливо);
Потери теплоты вследствие механической и химической неполноты сгорания топлива в данном случае равны:
Таблица 1
Характеристики топок котлов малой мощности [1]
|
Тип топки и котла |
топливо |
q3 |
q4 |
|
|
Камерная топка |
Уголь |
2 |
7 |
Или
Расчет выбросов оксидов азота
Коэффициент где K- параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1 ГДж тепла, K = 0,17; из таблицы 5 [1].
,; - коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применения технических решений.
Расчет выбросов оксидов серы
з'SO2 - доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлив, для прочих углей равна 0,1.
з"SO2 - доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе, в данном случае равна 0.
где S- содержание серы в топливе, %
Результаты расчета представлены в таблице 2.
Таблица 2
|
Количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу |
|||||
|
Ед. изм. |
SO2 |
CO |
NO2 |
Твердое вещество |
|
|
т/год |
5,184 |
14,6241 |
1,371 |
6,93036 |
|
|
г/с |
0,32258 |
0,91 |
0,08317 |
0,43125 |
Таким образом, при сжигании 360 т угля паропроизводительностью 0,6 т/ч в атмосферу в год выбрасывается 28,11 т загрязняющих веществ (в секунду 1,747 г).
Рассчитаем концентрацию загрязняющих веществ в отходящих газах как отношение массового расхода вещества (г/с) и расхода газов (м3/с), который принимаем равным 1,2 м3/с.
2. Выбор метода и аппарата для очистки отходящих газов
На современном этапе для большинства промышленных предприятий очистка вентиляционных выбросов от вредных веществ является одним из основных мероприятий по защите воздушного бассейна. Обезвреживание выбросов предполагает либо удаление вредных примесей из инертного газа-носителя, либо превращение их в безвредные вещества. Оба принципа могут быть реализованы через различные физические и химические процессы, для осуществления которых требуются определенные условия. Расчеты процессов и аппаратов газоочистки при их проектировании должны быть направлены на создание условий, обеспечивающих максимально полное обезвреживание выбросов.
В практике химических производств нередко приходится подвергать разделению неоднородные газовые системы (пыли и туманы). Газы можно очищать от взвешенных в них твердых или жидких частиц под действием сил тяжести, центробежных и электростатических сил, а также промывкой и фильтрацией газов. Промышленное осуществление каждого из этих способов связано с применением соответствующей аппаратуры: газовых отстойников, центробежных пылеосадителей, электрических фильтров, гидравлических пылеуловителей и газовых фильтров.
Выбор аппарата для очистки газов определяется рядом факторов, главными из которых являются размеры улавливаемых частиц и заданная степень очистки газов.
2.1 Подбор электрофильтра для очистки отходящих газов
Количество твердых частиц золы и недожога топлива (под недожогом топлива имеется в виду механический недожог, т.е. твердые частицы несгоревшего топлива), образующихся в топках котлов и уносимых из топки дымовыми газами, пропорционально количеству сжигаемого топлива, его зольности и степени шлакоулавливания. Последняя составляет 5-10% при твердом и 15-30% при жидком шлакоудалении. Для котлов с механизированными слоевыми топками этот показатель значительно выше 80%.
Количество летучей золы, выбрасываемой в атмосферу энергетическими установками, определяется эффективностью очистки газов в золоуловителях, устанавливаемых за котлами.
По принципам действия золоуловители разнообразны: электрофильтры, мокрые инерционные, сухие инерционные
Электрическая фильтрация основана на зарядке взвешенных частиц и осаждение заряженных частиц на осадительных электродах под действием электрических сил. Газ, содержащий взвешенные частицы, проходит через систему, состоящую из заземленных осадительных электродов и размещенных на некотором расстоянии коронирующих электродов, к которым подводится выпрямленный электрический ток высокого напряжения. При достаточно большом напряжении, приложенном к электродам, у поверхности коронирующего электрода возникает интенсивная ударная ионизация газа, сопровождающаяся возникновением коронного разряда (короны). Сила тока растет с повышением напряжения до тех пор, пока все ионы не вовлекутся в движение. После этого наступает насыщение, т.е. все ионы вовлечены в движение, и повышение напряжения не влияет на силу тока.
При некотором критическом напряжении (Uкр) ионы и электроны настолько ускоряются, что, сталкиваясь с молекулами газа, ионизируют их, превращая в положительные ионы и электроны. Образовавшиеся ионы и электроны ускоряются электрическим полем и участвуют в ионизации молекул. Этот процесс называется ударной ионизацией газа. После этого происходит пробой газа. Взвешенные частицы, поступающие в зону между электродами, адсорбируют на своей поверхности ионы, приобретая электрический заряд. Заряженные частицы под действием электрического поля движутся в сторону электрода с зарядом противоположного знака и оседают на коронирующем и осадительном электродах. Электрофильтр питается от источника высокого напряжения (20-90кВ).