МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РБ
БЕЛОРУСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
По дисциплине: Инженерная экология
Эколого-экономическое обоснование промышленного объекта
Выполнил:
Бурблис В.С. гр.110411
МИНСК-2004
СОДЕРЖАНИЕ
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1.1 Краткое описание технологического процесса
2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ
2.1 Расчет выбросов твердых частиц
2.2 Расчет выбросов оксида серы
2.3 Расчет содержания оксида углерода в дымовых газах
2.4 Расчет выброса двуокиси азота
3. АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ
3.1 Выявление веществ обладающих суммацией вредного действия и определение для них приведенных концентраций и массового выброса
3.2 Нахождение доминирующих веществ
4. Расчёт рассеивания вредных веществ газовых выбросов
5. Расчет ПДВ
6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОП
7. ВЫБОР И РАСЧЕТ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ
8. РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ
9. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ИХ АНАЛИЗ
ЛИТЕРАТУРА
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Номер варианта : 5
Город : Витебск
Высота трубы : Hм
=50м.
Средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника:
ωо
=5м/с.
Степень очистки газов от вредных примесей : η=0,9.
Выброс B=750+30(N+5),
где N номер варианта;
B=750+30(5+5)=1050 т/год
B(г/с)=(Вт 106
)/(3600 τ)=182,29 (г/с)
Температура t=100+2.5N=100+2,5*5=112,5 0
C
Время τ =1000+30(N+15)=1600 (час/год).
Координаты точки:
X=300+42(N+2)=594 (м)
Y=10+15N=85 (м)
Топливом для работы котельной является каменный уголь Донецкого Бассейна ТР
Его основные параметры следующие:
Влажность WP
=6 %
Зольность Ap= 25 %
Содержание серы Sp=2,7 %
Низшая теплота сгорания Qн= 24,03 МДж/кг
Количество воздуха необходимого для сжигания топлива L0
г
=7,48 м3
/кг
Город расположен на 52 градусах северной широты, температура t=36
1.1 Краткое описание технологического процесса
В городе Витебск находится отопительная котельная на твердом топливе, в которой сжигается уголь в количестве В=1050т/год. Котельная имеет трубу высотой H=50м. В атмосферу при этом выделяются следующие вредности: зола, оксид углерода, двуокись азота, оксид серы.
Задачей курсовой работы является эколого-экономическое обоснование данных котельной, т.е. выявление количества выделяемых вредностей и предотвращение нанесения ущерба окружающей среде.
2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ
2.1 Расчет выбросов твердых частиц
Количество золы и несгоревшего топлива(т/год,г/с),выбрасываемого в атмосферу с дымовыми газами от котлоагрегатов при сжигании твердого топлива, находят по следующей формуле:
Mт
=BAp
ƒ(1-η)
Где Ap -зольность топлива в %
η з
-степень очистки газов в золоуловителях
ƒ=0,0026
(г/с)
(г/с)
(т/год)
2.2 Расчет выбросов оксида серы
Расчет выбросов в атмосферу окислов серы в пересчёте на SO2
(т/год, г/с) при сжигании твердого и жидкого топлива производится по следующей формуле:
Mso2
=0,02 B Sp
(1- η’
so2
) (1- η’’
so2
),
Где Sp
– содержание серы в топливе на рабочую массу, %;
η’
so2-
доля окислов серы, связываемых летучей золой топлива (принимается при сжигании углей равной 0,1, мазута 0,02);
η’’
so2
- доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителях, принимается равной нулю для сухих золоуловителей, для мокрых зависит от щёлочности орошаемой воды и приведенной сернистости топлива.
2.3 Расчет содержания оксида углерода в дымовых газах
Расчет образования оксида углерода в еденицу времени(г/с, т/год) ведется по следующей формуле:
Mco=0,001 Cco B (1-q4
/100),
Где Ссо- выход оксида углерода при сжигании топлива;
Cco=q3
R Qн
,
Где q3
- потери теплоты вследствие химческой неполноты сгорания топлива.%;
R-Коэффициент, учитывающий долю потерь теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленной наличием в продуктах сгорания оксида углерода(для твёрдого топлива R=1, для газа – 0,5. для мазута – 0,65);
q4-
потери теплоты вследствие неполноты сжигания топлива.
МДж/кг
(г/с)
(т/год)
2.4 Расчет выброса двуокиси азота
Количество оксида азота, в пересчёте на NO2
, выбрасываемых в единицу времени (г/с, т/год), рассчитывается по формуле:
MNO
2
=0,001 B Q K NO
2
(1-β),
где B- расход натуральног топлива за рассматриваемый период времени(г/с,тыс.м3
/год,л/с т/год);
Qн- низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг, МДж/м3
;
K NO
2
-параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1ГДж теплоты, кг/ГДж;
β – коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применения технических решений.
Значения K NO
2
определяются по графикам (рис 3.2 в методическом пособии) для различных видов топлива в завмсимости от еоминальной нагрузки теплогенератора. При нагрузке котла, отличающейся от номинальной, K NO
2
, следует умножить на (Qф/Qр)0,25
, где Qф,Qр- соответственно фактическая и номинальная мощности топливосжигающей установки, кВт.
Теплопроизводительность топливоиспользующего оборудования (кВт) определяется по формуле:
K NO
2
=0,24
(кВт)
где B- расход топлива, кг/ч, м3
/ч;
Qн- теплота сгорания топлива, кДж/кг, кДж/м3
.
(г/с)
(т/г)
3. АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ
3.1 Выявление веществ, обладающих суммацией вредного действия и определение для них приведенных концентраций и массового выброса
Основными критериями качественной воздушной среды является предельно допустимая концентрация (ПДК). При этом требуется выполнение соотношения:
ПДК³С
С-концентрация вещества в воздухе, мг/м3
.
К вредным веществам однонаправленного действия, следует относить вещества, близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека.
Суммацией вредного воздействия обладают двуокись азота (NO2
) и сернистый ангидрид (SO2
).
Приведенная концентрация (Сп
) к веществу с концентрацией С1
и ПДК1
рассчитывается по формуле:
При одновременном выбросе в атмосферу из одного источника нескольких вредных веществ, обладающих суммацией действия, расчеты выполняют после приведения всех вредных к валовому выбросу Мп одного из них М1
, по последующей зависимости:
Объём удаляемых дымовых газов:
,
где α- коэффициент, зависящий от класса опасности (α=1,3)
- температура дымовых газов, К
К
кг/ч
м3
/с
Концентрации веществ в дымовых газах определяем следующим образом:
(г/м3
)
(г/м3
)
(г/м3
)
(г/м3
)
3.2 Нахождение доминирующих веществ
Для проектируемой котельной согласно данным по выбросу вредных веществ в атмосферу, приведенных в графах 1-8 таблицы 1, рассчитаем максимальное значение параметра П (характеризующего степень воздействия проектируемого объекта на загрязнение атмосферного воздуха).
Решение приведено в графах 9-13 таблицы 1.
Табл.1 определение доминирующего вещества
| № источ-ника |
H, м |
Д,м |
Д
|
L, м3
|
Вещество |
ПДКм.р. мг/м3
|
М, мг/с |
гр.8
гр.7 м3
|
гр.8
гр.5 м3
|
гр.10
гр.7 Св/ПДКм.р. |
гр.11хгр.4, R |
гр.12хгр.9, П,м3
|
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
| 1 |
50 |
1 |
0,016 |
2,5 |
зола |
0,5 |
1180 |
2360 |
470 |
939,64 |
14,80 |
34922,1 |
| SO2
|
0,5 |
8859 |
17718 |
3527 |
7054,47 |
111,09 |
1968363,0 |
|||||
| CO |
3 |
3100 |
1033 |
1234 |
411,42 |
6,48 |
6695,1 |
|||||
| NO2
|
0,09 |
1050 |
12353 |
418 |
4918,36 |
77,45 |
956789,8 |
На основании анализа полученных результатов (табл.1) делаем вывод: степень воздействия проектируемой котельной на загрязнение атмосферного воздуха характеризуется максимальным значением параметра П=1968363 м3
/с, по действию SO2
.
4. РАСЧЁТ РАССЕИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ
Расчет рассеивания вредных веществ в атмосфере выполняется согласно нормативному документу ОНД-86. Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующей неблагоприятным метеорологическим условиям. В том числе и опасной скорости ветра.
При расчётах определяют приземную концентрацию в двухметровом слое над поверхностью земли, а в случае необходимости – в заданной точке в вертикальном направлении.
В зависимости от высоты H устья источника выброса вредного вещества над земной поверхностью они относятся к одному из четырёх классов: высокие H>50 м; средней высоты H=10…50; низкие - H=2…10; наземные H<2.
Опасная скорость ветра - это скорость определяемая на уровне 10 м. от земной поверхности, при которой для заданного состояния атмосферы концентрация вредных примесей на уровне дыхания людей(высота – 2 м.) достигает максимальной величины.
Максимальное значение приземных концентраций и входящие в них коэффициенты определяют в зависимости от параметров f, υм,
υ’
м,
fе
.
Из формулы для скорости выхода газовых выбросов из устья трубы :
выражаем диаметр устья трубы(м):
(м)
Вычисляем вспомогательный параметр – f:
где ω0
- средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника, м/с;
Δt – разность между температурой выброса и окружающим воздухом;
Так как f<100 и Δt=82>0, то расчет ведём по формулам для нагретых газов. Находим параметр υм
(м/с) и опасную скорость ветра ω (м/с).
где L- количество выброса в атмосферу, м3
/с
(м/с)
Так как 0,5< υм
≤2,то
ω= υм
=1,018 (м/с)
Определяем коэффициенты F,n,m и вычисляем максимальную приземную концентрацию вредности.
F-безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газов F=1)
m и n – коэффициенты , учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника;
Коэффициент m определяют в зависимости от f
При f<100
Коэффициент n при f<100 определяют в зависимости от υм
при 0,5≤υм
<2 его определяют по формуле:
так как υм
=1,1 (м/с) ,то условие выполняется. Следовательно, считаем по вышеприведенной формуле:
Определяем максимальную концентрацию (мг/м3
):
;
где А- коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы для неб
с.ш.-160,ниже 500
с.ш.-200)
ηр
- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности(при условии перепада высот не превышающей 50 м. на 1 км. ηр
=1)
(мг/м3
)
Находим безразмерный параметр d и вычисляем расстояние по оси X, на котором наблюдается максимальная приземная концентрация .
При f<100 и 0,5< υм
≤2 коэффициент d находим по формуле:
Xм=dH
(м.)
Определяем S1
-безразмерный коэффициент, зависящий от Xср=X/Xм
При 1<X/Xм≤8
так как и 1<2,12≤8 , то
При опасной скорости ветра приземная концентрация по оси факела СX
на расстоянии XМ
, м, определяется по формуле:
Сx= S1
Cм
Определяем коэффициент ty
в зависимости от скорости ветра ω и коэффициент S2
, зависящий от ω и ty
при ω≤5
Значение приземной концентрации в атмосфере Сy на расстоянии Y, м, по перпендикуляру к оси факела выброса определяют по формуле:
Определяем действительную концентрацию в заданной точке и сравниваем с допустимой
С= Сy+Сф
С<ПДКм.р.
0,15<0,5
Следовательно, нет необходимости ставить дополнительные очистные устройства.
5. РАСЧЕТ ПДВ (предельно допустимого выброса)
Расчет ПДВ ведется в зависимости от класса вещества:
1и2 классы (NO2
)-наибольшая опасность, для них ПДВ рассчитывается по полной программе;
3 класс (тв.вещ.,SO2
)-ПДВ рассчитывается по сокращенной программе;
4 класс (СО)-ПДВ можно не рассчитывать.
Рассмотрим пример расчета ПДВ вещества 3 класса (SO2
).
Значение ПДВ для одиночного источника в случае, когда f<100 определяют по формуле:
hр
=1 – коэффициент учитывающий влияние рельефа местности.
Dt=112.5-36=76,5 °С
Подставив значения в формулу, получим значения (для каждого вещества) :
6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОП
Расчет коэффициента опасности предприятия определяется по формуле:
n - количество вредностей
Мi
-количество i-го загрязняющего вещества
ПДКi
-допустимая норма i-го вещества
ai
-безразмерный коэффициент, позволяющий привести степень вредности i-го вещества к вредности SO2
.
Для веществ 1 класса-ai
=1.7
2 класса-ai
=1.3
3 класса-ai
=1.0
4 класса-ai
=0.9
Условие:
1) Мi
/ПДКi
>1, КОП рассчитывается.
2) Мi
/ПДКi
<1, КОП не рассчитывается, т.е. » равен нулю.
Тогда для нашего случая
376,88
Таким образом, т.к.КОП <103
размер санитарно-защитной зоны 100м
7.ВЫБОР И РАСЧЕТ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ
В каждом конкретном случае размеры санитарно-защитной зоны и возможности отклонения должны подтверждаться расчетом. Полученный при расчете размер зоны уточняется в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от розы ветров и относительно расположения котельной и зоны застройки. Корректировка производится по формуле
Расчет ведется по следующей формуле:
где -определяемая величина санитарной зоны, м;
-величина зоны в соответствии с классификацией;
-повторяемость ветра в заданном направлении согласно розе ветров, %;
-средняя повторяемость ветра при круговой розе ветров=12,5%.
Роза ветров и санитарно–защитная зона изображены на формате под номером 2.
Исходные данные для расчета розы ветров: средняя повторяемость ветра за июль месяц
С=10;СВ=11;В=8;ЮВ=9;Ю=13;ЮЗ=14;З=18;СЗ=17;ШТИЛЬ=6;
С
CВ
В
ЮВ
Ю
ЮЗ
З
СЗ
8. РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ
Под экономическим ущербом подразумеваются фактические и возможные потери, урон или отрицательные изменения природы, которые вызваны загрязнением окружающей среды, выраженные в денежной форме.
Экономический ущерб может быть фактическим(Yф), возможным(Yв) или предотвращённым(Yп).
Возможный экономический ущерб(Yв) рассчитывается для случаев отсутствия природоохранных предприятий.
Предотвращенный экономический ущерб(Yп) равен разности между ущербом возможным и ущербом фактическим.
Yп=Yв-Yф
Расчет экономического ущерба ведётся по формуле:
Y=γ f M,
где γ- костанта(γ=2,4)
f- поправка, учитывающая характер рассеивания вредных веществ в атмосферу.
-константа, учитывающая характер местности (для леса =0,2, пасбища-0,05, пашни-0,25).
М=∑Ai mi
где Ai-коэффициент опасности вещества;
mi- выброс вещества предприятием(т/г);
Все данные сводим в таблицу
табл. 2 Расчет экономического ущерба без учёта природоохранных мероприятий.
| № |
Наименование выброса |
Рас. привед. массы год. выбр. |
Рас. ущерба от выбр. вредностей |
|||||
| mi
|
Аi |
гр.3хгр4 |
Значение |
значение ущерба |
||||
| γ |
δ |
f |
||||||
| т/год |
т/год |
|||||||
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
| 1 |
зола |
2,7616 |
2,5 |
69,04 |
2,4 |
0,4 |
10 |
662,784 |
| 2 |
SO2
|
7,587 |
16,5 |
125,185 |
2,4 |
0,4 |
3,78 |
454,2713 |
| 3 |
CO |
17,9 |
1 |
17,9 |
2,4 |
0,4 |
3,78 |
64,9555 |
| 4 |
NO2
|
6062 |
41,1 |
249,148 |
2,4 |
0,4 |
3,78 |
904,1083 |
| ∑Yв |
2086,1191 |
|||||||
Ущерб от налогов и штрафов равен ( считается для каждого вещества) :
где mi- предельно допустимый выброс(ПДВ)
mш
- количество выброшенного вещества, кот облагается штрафом
nш
- ставка, по которой облагают штрафом (nш
=15n)
n- по которой облагают налогом.
Δmi=mф-ПДВ
где mф - количество вредного вещества, которое выбрасывает предприятие.
Рассчитаем ущерб от налогов и штрафов для таблицы 2.
(у.е.)
(у.е.)
(у.е.)
(у.е.)
(у.е.)
табл. 3 Расчет экономического ущерба с учётом природоохранных мероприятий.
| № |
Наименование выброса |
Рас. привед. массы год. выбр. |
Рас. ущерба от выбр. вредностей |
|||||
| mi
|
Аi |
гр.3хгр4 |
Значение |
значение ущерба |
||||
| γ |
δ |
f |
||||||
| т/год |
т/год |
|||||||
| 1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
| 1 |
зола |
2,7616 |
2,5 |
6,904 |
2,4 |
0,4 |
10 |
66,2784 |
| 2 |
SO2
|
7,587 |
16,5 |
125,185 |
2,4 |
0,4 |
3,78 |
454,2713 |
| 3 |
CO |
17,9 |
1 |
17,9 |
2,4 |
0,4 |
3,78 |
64,9555 |
| 4 |
NO2
|
6062 |
41,1 |
249,148 |
2,4 |
0,4 |
3,78 |
904,1082 |
| ∑Yв |
1489,6135 |
|||||||
Вычислим ущерб от налогов и штрафов для таблицы 3.
(у.е.)
(у.е.)
(у.е.)
(у.е.)
(у.е.)
Рассчитаем возможный и фактический экономический ущерб:
Yв=Y1
+Yн.ш.1
Yф=Y2
+Yн.ш.2
Yв=9391,286+2086,1191=11474,4051 (у.е.)
Yф=1592,5392+1489,6135=3082,1527 (у.е.)
Путём нахождения разности возможного и фактического экономического ущерба получим первую стадию экономической эффективности.
Yп=Yв-Yф=11474,4051-3082,1547=8392,2524 (у.е.)
Текущие затраты на эксплуатацию систем очистки от вредных выбросов считаются по формуле:
Зт=Зэ+Зам+Зр
где Зт - затраты текущие;
Зэ - затраты энергетические;
Зам - затраты на амортизацию;
Зр - затраты на ремонт.
Зэ= Nг
ηз
Сэ;
Зам=0,0273 Кз;
Зр=0,0333 Кз;
NГ
=Nτ=0,263*2090=549,67 кВт/год
P-давление (P=200Па)
Сэ- стоимость электроэнергии (Сэ=0,076 у.е./кВт)
Кз- капитальные затраты:
Кз=(3N+300) ,
Где N-номер студента по списку
Кз=354 (у.е.)
Зэ=0,076*549,67=41,77 (у.е.)
Зам=0,0273*354 (у.е.)
Зр=0,33*354=11,68 (у.е.)
Зт=63,1142у.е.
Посчитаем вторую стадию экономического эффекта:
Эо=Yп- Зт,
Эо=8392,2524-63,1142=8329,1382 (у.е)
Суммарный экономический эффект от очистки выбросов вредных веществ будет равен:
Эк=Эо-Зт Кн,
где Кн- коэффициент, равный Кн=0,12
Эк=8329,1382-63,1142*0,12=8321,5644 (у.е)
9. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ИХ АНАЛИЗ
Очистка газовых выбросов это отделение от них или превращение в безвредное состояние загрязняющих атмосферу веществ. Промышленная очистка имеет последующую утилизацию или возврат в производство отделенного от газа или превращенного в безопасное состояние вещество.
Санитарная очистка имеет место, когда остаточное содержание в газе загрязняющих веществ позволяет обеспечить установленные предельно допустимые концентрации в воздухе населенных мест или промышленных помещений.
Выбор системы очистки зависит от исходного состава удаляемых газов, вредных примесей, воздухоохранных требований.
В нашей работе мы очищаем удаляемый воздух от пыли,CO,NO2
,SO2
.
В учебных целях устанавливаем сухой циклон со степенью очистки h=0.75…0.9.
ЛИТЕРАТУРА
1.ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ: ХРУСТАЛЬВ Б.М.,СЕНЬКЕВИЧ Э.В., МИНСК «ДИЗАЙН ПРО»1997.
2.МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОНЦЕНТРАЦИЙ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ВЫБРОСАХ ПРЕДПРИЯТИЙ. ОНД -86 . Л :ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ ,1987.-93С.