Определение выбросов газообразных загрязняющих веществ расчетными методами

Оксиды азота

3.1.1 Расчет выбросов оксидов азота для котельныхустановок сфакельным методомсжигания топлива

В исключительных случаях при отсутствии возможности измерить концентрацию оксидов азота в дымовых газах действующих котлов допускается, по согласованию с местным органом Госкомэкологии РФ, определение выбросов оксидов азота расчетным методом. Для этого рекомендуется использовать РД 34.02.304-95 "Методические указания по расчету выбросов оксидов азота с дымовыми газами котлов тепловых электростанций". Эти методические указания распространяются на паровые котлы паропроизводительностью от 75 т/ч и водогрейные котлы тепловой производительностью от 58 МВт (50 Гкал/ч), сжигающие твердое, жидкое и газообразное топливо в топочных устройствах с факельным методом сжигания.

Для паровых котлов паропроизводительностью 30-75 т/ч и водогрейных котлов тепловой мощностью 35-58 МВт (30-50 Гкал/ч) используется следующий расчетный метод.

Суммарное количество оксидов азота NO_x в пересчете на NO ₂ в г/с (т), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котла при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива, рассчитывается по соотношению

, (3.1)

где В - расход топлива, т усл. топл./ч (т усл. топл.);

- коэффициент, характеризующий выход оксидов азота, определяется по п. 3.1.1.1, кг/т усл. топл.;

q ₄ - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %;

b ₁ - коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азота качества сжигаемого топлива, определяется по п. 3.1.1.2;

b ₂ - коэффициент, учитывающий конструкцию горелок и равный:

для вихревых горелок.......... 1,0,

для прямоточных горелок....... 0,85;

b ₃ - коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления и равный:

при твердом шлакоудалении.... 1,0,

при жидком шлакоудалении.... 1,6;

e ₁ - коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов на выход оксидов азота в зависимости от условий подачи их в топку, определяется по п. 3.1.1.3;

e ₂ - коэффициент, характеризующий уменьшение выбросов оксидов азота (при двухступенчатом сжигании) при подаче части воздуха d_в помимо основных горелок при условии сохранения общего избытка воздуха за котлом; определяется по рисунку Приложения 5;

r - степень рециркуляции дымовых газов, %;

h_аз - доля оксидов азота, улавливаемых в азотоочистной установке;

n_o и n_к - длительность работы азотоочистной установки и котла, ч/год;

k_n - коэффициент пересчета; при расчете валовых выбросов в граммах в секунду k_n = 0,278; при расчете выбросов в тоннах k_n = 10^-3.

3.1.1.1 Коэффициент вычисляется по эмпирическим формулам:

- для паровых котлов паропроизводительностью от 30 до 75 т/ч

, (3.2)

где D_н и D_ф - номинальная и фактическая паропроизводительность котла соответственно, т/ч;

- для водогрейных котлов производительностью от 125-210 ГДж/ч (30-50 Гкал/ч)

, (3.3)

где Q_н и Q_ф - номинальная и фактическая тепловая производительность котла соответственно, ГДж/ч;

 

Примечание – В случае сжигания твердого топлива в формулы (3.2) - (3.3) вместо D_ф и Q_ф подставляются D_н и Q_н

 

3.1.1.2 Значения b ₁ при сжигании твердого топлива вычисляют по формулам:

при a_т £ 1,25 b ₁ =0,178 + 0,47 N^г, (3.4)

при a_т >1,25 b ₁ = (0,178+0,47 N^г) a_т /1,25, (5)

 

где N ^г — содержание азота в топливе, % на горючую массу.

При сжигании жидкого и газообразного топлива значения коэффициента b ₁ принимаются по таблице 1.

Таблица 2

Коэффициент избытка воздуха в топочной камере aт	b 1
> 1,05	1,0
1,05 - 1,03	0,9
< 1,03	0,75

При одновременном сжигании топлива двух видов и расходе одного из них более 90 % значение коэффициента b ₁ следует принимать по основному виду топлива. В остальных случаях коэффициент b ₁ определяют как средневзвешенное значение по топливу. Для топлива двух видов

, (3.6)

где , и В', В" - соответственно коэффициенты и расходы топлива каждого вида на котел.

3.1.1.3 Значения коэффициента e ₁ при номинальной нагрузке и степени рециркуляции дымовых газов r менее 20 % принимают равными:

при сжигании газа и мазута и вводе газов рециркуляции в под топки (при расположении горелок на вертикальных экранах)................................................................................................................ 0,0025,

через шлицы под горелками................................................................0,015,

по наружному каналу горелок........................................................... 0,025,

в воздушное дутье и рассечку двух воздушных потоков ……….... 0,035;

при высокотемпературном сжигании¹⁾ твердого топлива и вводе газов рециркуляции в первичную аэросмесь................................................. 0,010,

во вторичный воздух........................................................................... 0,005;

при низкотемпературном сжигании²⁾ твердого топлива e ₁ = 0.

При нагрузке меньше номинальной коэффициент e ₁ умножают на коэффициент f, определяемый по соотношению

. (3.7)

Формула (3.7) справедлива при 0,5 D_ф / D_н 1.

¹⁾Под высокотемпературным сжиганием понимают сжигание всех углей в топках с жидким шлакоудалением, а также с низшей теплотой сгорания, равной или более 23,05 МДж/кг, в топках с твердым шлакоудалением при температуре факела, равной или более 1500 °С.

²⁾Под низкотемпературным сжиганием понимают сжигание твердого топлива с низшей теплотой сгорания менее 23,05 МДж/кг в топках с твердым шлакоудалением при температуре факела менее 1500 °С.

Оксиды серы

Суммарное количество оксидов серы , выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т), вычисляют по формуле

, (3.8)

где В - расход натурального топлива за рассматриваемый период, г/с (т);

S^г - содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

- доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле;

- доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц;

- доля оксидов серы, улавливаемых в сероулавливающей установке;

n_о и n_к - длительность работы сероулавливающей установки и котла соответственно, ч/год.

Ориентировочные значения при факельном сжигании различных видов топлива приведены ниже.

 

Топливо

торф…………………………………………………………..…….0,15

сланцы эстонские и ленинградские………………………………0,8

сланцы других месторождений…………………………………..0,5

экибастузский уголь…………………….………...…………….…0,02

березовские угли Канско-Ачинского бассейна

для топок с твердым шлакоудалением……………………...….0,5

для топок с жидким шлакоудалением…………...…………….…0,2

другие угли Канско-Ачинского бассейна

для топок с твердым шлакоудалением……………………...…..0,2

для топок с жидким шлакоудалением………….……...…...……..0,05

угли других месторождений……………………………..………..0,1

мазут…………………………………………………………………0,02

газ…………………………………………………………………….0

 

Доля оксидов серы , улавливаемых в сухих золоуловителях (электрофильтрах, батарейных циклонах), принимается равной нулю. В мокрых золоуловителях МС и MB эта доля зависит от общей щелочности орошающей воды и от приведенной сернистости топлива S^пр.

. (3.9)

 

Где Q_i^г - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

При принятых на тепловых электростанциях удельных расходах воды на орошение золоуловителей 0,1-0,15 дм³/нм³ определяется по графику рисунка Приложения 6.

При совместном сжигании топлива различных видов выбросы оксидов серы рассчитываются отдельно для топлива каждого вида и результаты суммируются.

 

Примечание - При разработке нормативов предельно допустимых и временно согласованных выбросов (ПДВ и ВСВ) следует применять балансово-расчетный метод, позволяющий более точно учесть выбросы диоксида серы. Это связано с тем, что сера распределена в топливе неравномерно. При определении максимальных выбросов в г/с используются максимальные значения содержания серы в топливе S^г за прошедший год. При определении валовых выбросов в т/год используются среднегодовые значения S^г.

 

Пример

Найти годовой выброс сернистого ангидрида и оксидов азота (в пересчете на NO₂) от котельной установки с одним паровым котлом номинальной тепловой производительностью 60 т. пара в час. Котел оборудован прямоточными горелками, твердым шлакоудалением. Фактическая производительность котла 56 т пара в час.

Расход топлива 2000 тыс. т. экибастузского каменного угля в год. Коэффициент избытка воздуха α_m равен 1,3; коэффициент потери тепла от механической неполноты сгорания топлива q ₄ - 4,5. Котел оборудован системой двухступенчатого сжигания топлива для сокращения образования оксидов азота, часть воздуха d_в = 7,5 % поступает помимо основных горелок. Содержание серы в топливе на рабочую массу, S^г = 3,5 %;содержание азота в топливе на горючую массу N^г=3%. Щелочность орошающей мокрый золоуловитель воды воды, равна 6 мг-экв./дм³:

 

Решение

1. Расчет выбросов оксидов азота ведем по формуле 3.1

 

Для парового котла данной паропроизводительности (60т/час) применяем формулу

 

 

При этом в связи со сжиганием твердого топлива значение D_ф заменяем на D_н.

 

К_NO2 = 7,5 • 60/50+60 = 4,09

 

Величину β₁ для α_m=1,3 вычисляем по формуле (5)

 

b ₁ = (0,178+0,47 N^г) a_т /1,25 = (0,178 + 0,47•3)•1,3/1,25 = 1,65

 

В связи с отсутствием рециркуляции топочных газов и установки очистки газов от оксидов азота принимаем величины r и ŋ_аз равными нулю.

Величина β₂ для прямоточных горелок равна 0,85; величина β₃ для твердого шлакоудаления равна 1.

По графику приложения 5 находим величину έ₂ как функцию от d_в = 7,5 %. По графику №2, соответствующему твердому топливу, находим значение έ₂ равным 0,8.

Подставляя исходные данные и найденные значения параметров в расчетную формулу находим выброс оксидов азота.

 

М_NO2 = 2000•4,09•(1- 4,5/100)•1,65•(1-0)•0,85•1,0•0,8•(1-0)•10^-3=8,765 т/год.

 

2. Расчет выбросов сернистого ангидрида ведем по формуле

 

Величина ŋ^' _SO2 для экибастузского угля равна 0,02. Величину ŋ^'' находим из графика 6. Приведенная сернистость экибастузского угля рассчитывается делением сернистости (3,5% по условию задачи) на теплоту сгорания, равную для экибастузского угля 18,94 МДж/кг. Получаем 3,5:18,94= 0,185

В связи с отсутствием сероочистки последний сомножитель принимает единичное значение.

При щелочности орошающей воды 6 мг-экв./дм³ и содержании серы на приведенную массу 0,185 по графику рис А2 приложения А находим ŋ^'' = 3%=0,03

 

Подставляя исходные данные и найденные значения параметров в расчетную формулу находим выброс оксидов азота.

 

М_SO2 = 0,02•2000•(1-0,02)•(1-0,03)=38,02 т/год

 

Задание 3А

 

Найти выброс оксидов азота и сернистого ангидрида расчетным методом. Исходные данные по приложению 7.