Материал: Загрязнение и очистка воздуха от тепловых электростанций

Загрязнение и очистка воздуха от тепловых электростанций

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Гагарина Ю.А.

ЭНГЕЛЬССКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (филиал)

Кафедра «Экологии и охраны окружающей среды»

Расчетно-графическая работа

На тему: «Загрязнение и очистка воздуха от тепловых электростанций»

2014 г.

Данные для расчетно-графической работы

Производство - тепловая электростанция

Выбрасываемые вещества - диоксид серы

Высота трубы, Н, м - 150

Диаметр трубы, D, м - 5

Скорость выхода ГВС, W, м/с - 8

Температура выброса, Т, ˚С - 123

Масса выброса, М, т/ч - 10

Скорость ветра, Vветра, м/с - 8

Основные экологические проблемы на предприятиях теплоэнергетики

Промышленное производство электрической и тепловой энергии сопровождается крупномасштабным материальным и энергетическим обменом с окружающей средой, имеющим своим следствием отрицательное воздействие на нее и, следовательно, вызывающим необходимость ее защиты.

В настоящее время именно тепловой энергетике принадлежит определяющая роль в производстве электроэнергии во всем мире.

Для оценки экологичности теплоэнергетики важное значение имеет структура топливного баланса ТЭС. В топливном балансе ТЭС во всем мире в целом доминирующее положение занимает уголь.

С экологической точки зрения ТЭС представляют собой непрерывно действующие уже в течение десятков лет источники выбросов в атмосферу продуктов сгорания топлива и сбросов в водоемы большого количества низкопотенциального тепла.

Рассматривая воздействие ТЭС на атмосферу, растительный и животный мир, имеют в виду, прежде всего, выбросы тех веществ, на которые установлены ПДК в воздухе населенных мест. При сжигании природного газа это оксиды азота (NO, NO2), оксид углерода (СО) и бенз(а)пирен (С20Н12), причем токсичность уходящих газов связана практически только с оксидами азота, так как концентрация бенз(а)пирена ничтожно мала. Образование оксида углерода при сжигании природного газа и мазута минимизируется путем рациональной организации топочного режима. При сжигании твердого и жидкого топлива добавляются оксиды серы (SO2, SO3) и зола.

Сегодня структура топливного баланса следующая: природный газ - 63% потребляемого на ТЭС топлива, уголь - 28%, мазут и прочие виды топлива - 19%.

Сжигаемый на ТЭС России энергетический уголь имеет обычно низкое качество. Высокая зольность и влажность угля при практическом отсутствии обогащения вызывают значительные технические и экологические трудности при его сжигания в котлах. Это, в частности, явилось одной из причин снижения его использования.

Каждое топливо, в зависимости от его технологических характеристик (содержания серы, золы, теплоты сгорания) можно охарактеризовать условным (без учета радиационных характеристик минеральной части и токсичности содержащихся в топливе микроэлементов), относительным (по отношению к наиболее чистому топливу - природному газу) показателем экологичности:

,

где Сi - концентрация i-го вредного вещества в уходящих газах котла, мг/м3;

ПДКi - максимальная разовая предельно допустимая концентрация i-го вредного вещества в приземном слое воздуха, мг/м3;- теплота сгорания топлива, кДж/кг (индексы “пг” и “т” относятся к природному газу и топливу).

Для топливного баланса ТЭС России в 1998 г. ТЭ=0,65. На ТЭС США показатель экологичности ТЭ=0,2, т. е. он более чем в 3 раза уступает аналогичному показателю ТЭС России.

Основное направление в решении экологических проблем теплоэнергетики

Основное направление в решении экологических проблем на ТЭС состоит в создании экологически чистых ТЭС, отвечающих нормативным экологическим требованиям. В России требования Госстандарта 1995 г. к содержанию загрязняющих веществ в дымовых газах соответствуют в основном требованиям, установленным в промышленно развитых странах, где они отвечают достигнутому уровню техники и учитывают экономические соображения. Существенна при этом величина антропогенной нагрузки на окружающую среду, которая зависит от плотности потока потребляемой энергии, отнесенной к единице площади территории страны (таблица 1).

Промышленно развитые страны являются основными поставщиками выбросов вредных веществ. При этом страны с высокой антропогенной нагрузкой на окружающую среду - Япония, Германия, Нидерланды - имеют жесткие нормативы выбросов, ориентированные на все имеющиеся в их распоряжении методы очистки дымовых газов и использование на электростанциях малосернистого топлива.

Таблица 1. Потоки потребляемой энергии на единицу площади территории ряда стран в 1987 г., петаджоулей на 100000 га

В странах с существенно меньшей антропогенной нагрузкой - США, Канаде, Испании и др. - приняты менее жесткие нормативы удельных выбросов.

С учетом антропогенной нагрузки экологические требования к новым котельным установкам в России, с нашей точки зрения, не должны быть более жесткими, чем, например, в США. Кроме того, экологические нормативы должны устанавливаться исходя из достигнутого в стране уровня технического развития.

При рассмотрении вопроса о нормативах необходимо также учесть еще одно обстоятельство, важное именно для России. Особенности атмосферной циркуляции в северном полушарии Земли приводят к значительному трансграничному переносу газообразных выбросов из стран Западной и Восточной Европы на территорию России.

В нашу страну поступает в 8 раз больше серы и в 7,3 раза больше оксидов азота, чем выносится с ее территории в другие государства.

Особенно сильно подобный дисбаланс ощущается со стороны Германии, Польши, Чехии и Словакии в переносе серы на Европейскую часть России. Очевидно, что эту ситуацию необходимо учитывать при дальнейшем формировании программ Европейского сотрудничества.

Расчет

.Определение величины максимально приземной концентрации См,(мг/м3), для нагретых источников ( источник считается нагретым, если ∆Т > 0):

= 100˚С

где Т1 - температура выброса (см. табл.1)

Т2 - средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца года (для Саратовской области Т2=230С);

(1)

где =1

Безразмерный коэффициент m определяется по формуле:

 = 1,135 (2)

Безразмерный коэффициент n определяется в зависимости параметра , (м3/с)

 = 3,0615 (4)

Для расчета  необходимо знать объемную скорость выхода газовоздушной смеси из источника V, м3/с:

(5)

После вычисления  определяем коэффициент n:

1)      n =1, если ≥ 2;

2)      n = 0,532  - 2,13  + 3,13, если 0,5 ≤ < 2;

3)      n = 4,4   если  < 0,5.

. Определение расстояния  от источника горячего выброса до той точки, на которой достигается величина максимально приземной концентрации вредных веществ , м

 = 2373 (6)

) если 0,5 , то d = 2,48 (1 + 0,28 );

2) если 0,5 < ≤ 2, то d = 7   (1 + 0,28  );

) если  > 2 ; то d=4,95   (1 + 0,28 ).

. Рассчитываем максимальную приземную концентрацию для холодного источника . Холодным источником считается, если ∆Т ≤ 0, т.е. температура газовой смеси равна или меньше температуры окружающей среды, которая для Саратовской области равна 23 0С. Коэффициенты А, F, принимаются такие же, как и для нагретых источников.

1364,41 (7)

Характер зависимости и расчетные формулы для холодного источника такие же, как и для нагретых.рассчитывается:

 = 0,35 (8)

Безразмерный коэффициент n, рассчитывается в зависимости от величины :

1)      n =1, если  ≥ 2;

2)      n = 0,532 - 2,13  + 3,13, если 0,5 ≤ < 2;

3)      n = 4,4  , если  < 0,5.

. Определение расстояния  (м) от холодного источника до той точки, где достигается величина

 (9)

) если  ≤ 0,5, то d = 5,7;

) если 0,5 ≤  < 2, то d = 11,4   ;

) если > 2, d = 16.

. Определение опасной скорости ветра Vопасн :

) если ≤ 5, то Vопасн = 0,5 (м/с);

2) если 0,5 <  ≤ 2, то Vопасн = ;

3) если > 2, то Vопасн = V m  (1+0,12) для нагретых выбросов;

) > 2, то Vопасн = 2,2для холодных выбросов.

. Определение расстояния от источника выброса при определении скорости ветра

 = 3512,04 (10)

 = 4959 (11)

 - см. таблица 1

1)      если  ≤ 0,25, то Р = 3;

2)      0,25≤ ≤ 1, то Р = 8,43( 1-  )5 + 1;

)        >1, то Р = 0,32 + 0,68.

. Определение концентрации вредных веществ холодного и горячего источника при определенной скорости ветра

 = 0,239 (12)

 = 64,12 (13)

) если ≤ 1, то r = 0,67 + 1,6()2 - 1,34()3;

) если > 1, то r = .

способ снижения величины выброса. Сравним значение  с ПДКм.р.. Если > ПДКм.р., то попробуем снизить значение  за счет увеличения высоты трубы.

Расчет минимальной высоты трубы для горячего источника

Расчет минимальной высоты трубы в первом приближении, Н1: