Курсовая работа: Расчет вредных выбросов от котельной и оценка экологиского риска от источника выброса

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра теплоэнергетики и экологии

Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине: «Проектная деятельность 2»

Расчет вредных выбросов от котельной и оценка экологиского риска от источника выброса

Выполнили: студент гр. ЗТ-17

Ерофеев Р.А.

Проверил: к.т.н., проф. Коротков С.Г.

Новокузнецк

2019

Содержание

Введение

1 Исходные данные

1.1 Расчет вредных выбросов от котельной

2 Оценка экологического риска от источника выброса

2.1 Расчет золоуловителя циклонного типа

2.2 Оценка экологического риска после установки золоуловителя

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В настоящее время актуальна проблема загрязнения окружающей среды. Ощутимый вклад в это вносит теплоэнергетика, в частности выбросы от котельных. Цель данной работы - расчёт экологических рисков от источников выбросов и выбор дальнейших мероприятий по сокращению вредных выбросов в атмосферу. Их количество будет зависеть от вида используемого топлива.

Условия сгорания топлива в разных теплотехнических устройствах и подготовка их к сжиганию отличны друг от друга, как и само топливо. Для горения топлива, особенно твёрдого, нужно большое количество воздуха, которое в несколько раз превышает по весу количество топлива.

Процесс сгорания твердого топлива может быть условно разделен на стадии, которые накладываются одна на другую. Эти стадии протекают в разных температурных и тепловых условиях и требуют различного количества окислителя. Свежее топливо, поступающее в топку, подвергается более или менее быстрому нагреванию, из него испаряется влага и выделяются летучие вещества - продукты сухой перегонки топлива. Одновременно протекает процесс коксообразования. Кокс сгорает и частично газифицируется на колосниковой решетке, а газообразные продукты сгорают в топочном пространстве. Негорючая минеральная часть топлива при сгорании топлива превращается в шлак и золу.

Поскольку наша котельная работает на твёрдом топливе, а именно угле Кузнецкого бассейна, речь пойдёт о следующих вредных соединениях: зола, диоксид серы, диоксид азота, оксид углерода.

Известно, что в золошлаковых отходах содержание большинства химических элементов (за исключением легколетучих) в несколько раз выше их первичного содержания в исходном угле (таблица 1).

Таблица 1 - Среднее содержание микроэлементов в различных углях и их золах

Данные таблицы указывают на высокую концентрацию тяжелых микроэлементов в золах, что, в свою очередь, может вызывать серьёзные проблемы со здоровьем и наносить ощутимый вред окружающей среде.

Диоксид углерода поступает в атмосферу, включаются в природные циклы и поглощаются растительностью в процессе синтеза органических соединений и регенерации кислорода. В этом качестве отходы нельзя признать вредными. Однако масштабы использования органического топлива и выброса СО2 превышают регенерационные возможности растительного мира.

Диоксиды азота образуются при горении за счет окисления азота воздуха только при высоких температурах и за счет азота в топливе, находящегося в сложных органических соединениях, входящих в состав угля и в молекулярном состоянии. При движении дымового факела в атмосфере количество остаточного диоксида азота находится в пределах 60-70 %. Если выбросы от автотранспорта производятся на уровне земли, то выбросы энергетических предприятий осуществляются на высоте более 100-300м. Это способствует попаданию примесей в верхние слои атмосферы, в частности в озоновый слой, расположенный на высоте 18-26 км.

Комплекс рассмотрения проблемы защиты атмосферы, предусматривает применение одновременно трех мероприятий: снижение величины вредных выбросов путем усовершенствования технологических процессов, конструкций агрегатов и использования отходов; очистку технологических газов от вредных выбросов; рассеивание вредных выбросов в атмосфере.

Соответственно основной целью курсового проекта является разработка эффективных мероприятий по снижению вредных выбросов в атмосферу, направленной на оздоровление и улучшение экологической ситуации в регионе.

выброс котельная экологический

1 Исходные данные

Для оценки экологического риска был проведен расчет выбросов вредных веществ от котельной, потребляющей в год 360 т каменного угля Кузбасского бассейна марки ССР.

Теплотехнические характеристики:

Qрн = 29 МДж/кг, зольность: А = 13%, содержание серы: S = 0,5%, продолжительность отопительного периода: 234 дня (5616 ч), расход угля в самый холодный месяц года: 62 т, паропроизводительность котлоагрегата: 0,6 т/ч.

1.1 Расчет вредных выбросов от котельной

Определим расход топлива в январе

[ ]:

1) 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;

Gт=13*23,148*0,0023*(1+0)=0,692 (16*277,8*0,010*(1+)88,01)

Мт=13*360*0,0023*(1+0)=10,764(2828,4)

2) Расчёт выбросов оксидов углерода

Mco=Cco*m*(1- ) *10-3 ,

где Cco- выход оксида углерода при сжигании топлива ];

q4 - потеря теплоты вследствие механической неполноты сгорания, %;

q3 - потеря теплоты вследствие химической неполноты сгорания, %;

q4=7%, q3=2%.

Cco=q3*R*Qрн=2*1*29=58(42,6)

R - коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленной наличием в продуктах сгорания оксида углерода, R=1 (твёрдое топливо);

Gco=58*23,148*(1- )*10-3 = 1,249(1,175)

Mco=58*360*(1- )*10-3 = 19,418

3) Расчёт выбросов оксидов азота

M =m*Qрн*K *(1-в)*10-3,

где K- параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1 ГДж тепла , K =0,17 ;

в - коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применения технических решений, в=0;

G =23,148*29*0,17*(1-0)*10-3 =0,114

M =360*29*0,17*(1-0)*10-3 =1,775

4) Расчёт выбросов оксидов серы

M =0,02*m*S*(1-з/ )*(1-з// ),

где S- содержание серы в топливе, %;

з/ - доля оксидов серы, связанных летучей золой топлива,

з/ =0,1

з// - доля оксидов серы, уловленных в золоуловители, з// =0

G =0,02*23,148*0,5*(1-0,1)*(1-0) =0,208

M =0,02*360*0,5*(1-0,1)*(1-0) =3,240 .

Таблица 2 - Выбросы вредных веществ в атмосферу при сжигании угля в котельной

2 Оценка экологического риска от источника выброса

Таблица 3 - Расчет экологического риска от выбросов котельной

Как видно из рисунка 1, найденное значение риска превышает приемлемый уровень для котельной установки с заданными характеристиками. Превышение обусловлено высоким содержанием золы в дымовых газах. В связи с этим предлагается установить золоуловитель циклонного типа.

Рисунок 1 - Уровень экологического риска от источника выброса

2.1 Расчет золоуловителя циклонного типа

Исходные данные:

расход газа при нормальных условиях V0= 0,5 м3/с;

плотность газа =1,3 кг/м3;

температура газа T=125°С;

барометрическое давление = 101,3 кПа;

разрежение в циклоне P= 30 Па;

средний размер частиц пыли = 57 мкм;

плотность пыли = 2500 кг/м3. [3]

1) Плотность газа при рабочих условиях:

- плотность газа;

- барометрическое давление;

P - разрежение в циклоне.

2) Расход газа при рабочих условиях:

- расход газа при нормальных условиях;

- плотность газа;

- плотность газа при рабочих условиях.

3) Диаметр циклона при оптимальной скорости :

- расход газа при рабочих условиях.

Примем ближайший стандартный размер 500 мм и найдем действительную скорость газа в циклоне:

где D - ближайший стандартный размер.

Ввиду того, что действительная скорость отличается от оптимальной менее чем на 15%, остановимся на выбранном диаметре циклона и найдем его остальные размеры в соответствии с нормалью (рисунок 2):

Рисунок 2 - Схема золоуловителя циклонного типа

4) Коэффициент гидравлического сопротивления циклона

- коэффициент сопротивления циклона диаметром 500 мм,

;

- поправочный коэффициент на влияние диаметра циклона,

;

- поправочный коэффициент на влияние запыленности газа,

.

5) Найдем гидравлическое сопротивление циклона:

где - коэффициент гидравлического сопротивления циклона;

- действительная скорость газа в циклоне;

- плотность газа при рабочих условиях.

6) Определим размер частиц , улавливаемых выбранным циклоном при рабочих условиях с эффективностью 50 %:

, ,, - величины, соответствующие условиям, при которых получена величина , = 4,5;

= 600 мм; = 1930 кг/м3; = 22,2*10-6 Па*с; = 3,5 м/с;

D, ,, - параметры, соответствующие фактическим условиям работы циклона:

D = 500 мм; = 2500 кг/м3; = 24,8*10-6 Па*с; = 3,72 м/с.

7) Среднеквадратичное отклонение lg вычислим из выражения:

- абсцисса точки, ордината которой имеет значение 84,1 и определяется по заданному распределению пыли по размерам;

- медианный диаметр частиц.

8) Величину x найдем по формуле:

- медианный диаметр частиц;

- размер частиц, улавливаемых выбранным циклоном при рабочих условиях с эффективностью 50 %;

- параметр, характеризующий кривую парциальной эффективности циклона.

9) Для величины x = 2,86 найдем значение

10) Эффективность циклона определим из выражения:

- значение функции для величины x.

11) Конечная запыленность:

- начальная запыленность;

- эффективность циклона.

.

2.2 Оценка экологического риска после установки золоуловителя

Таблица 4 - Расчет экологического риска после установки пылеуловителя