МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Институт транспортной техники и организации производства
Кафедра: «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта»
Курсовая работа по дисциплине
«Источники загрязнения и технические средства защиты окружающей среды»
Экология объекта
Москва 2009 г.
Котельная с
n
=5 котлами КЕ-25-14МТ
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЁМОВ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
Теоретический объём воздуха, необходимый для полного сжигания топлива:
Объём трёхатомных газов:
Объём сухих дымовых газов при полном сгорании топлива:
(м3
/кг)
(м3
/кг)
(м3
/кг)
Объём водяных паров вычисляется по формуле:
- коэффициент избытка воздуха в топке
(м3
/кг)
Действительно необходимое количество воздуха при =1,25:
(м3
/кг)
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ С ДЫМОВЫМИ ГАЗАМИ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
1.Фактический расход на котёл, кг/с.
где D-фактическая паропроизводительность котла, т/ч ;
-низшая теплота сгорания топлива в МДж/кг ;
-К.П.Д. котла при ном. нагрузке ;
(кг/с)
2.Расчётный расход топлива, кг/с
,
где -потери от механической неполноты сгорания ;
(кг/с)
3. Годовая выработка тепла
Ти
– число часов использования установленной мощности Ти
= 4000 ч/год
(МДж/год)
Годовой расход топлива:
3. ДИСПЕРСНЫЙ (ФРАКЦИОННЫЙ) АНАЛИЗ ПЫЛИ
Дисперсный состав уноса твёрдых продуктов сгорания:
| dч
,мкм |
<10 | 10-20 | 20-30 | 30-40 | 40-50 | 50-60 | 60-86 | 86-100 | >100 |
| mi,
% |
6 | 10 | 10 | 10 | 8 | 8 | 10 | 3 | 35 |
| 0,06 | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,08 | 0,08 | 0,1 | 0,03 | 0,35 | |
| Д | 0,06 | 0,16 | 0,26 | 0,36 | 0,44 | 0,52 | 0,62 | 0,65 | |
| X | -1.55 | -0.99 | -0.64 | -0.355 | -0.15 | 0.05 | 0.31 | 0.39 | |
| dгр
|
10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 86 | 100 | |
| Lg dч
|
1 | 1,301 | 1,477 | 1,602 | 1,699 | 1,778 | 1,934 | 2 |
,
где -масса взвеси (в нашем случае равна 100),
Рассчитаем суммы:
Из уравнения: путём интегрирования получим систему уравнений с двумя неизвестными
;
;
.
4. ВЫБОР ЗОЛОУЛОВИТЕЛЯ
Полный объём продуктов сгорания:
(м3
/кг)
Объёмный расход продуктов сгорания:
м3
/с
где - расчётный расход топлива;
- объём газа;
Объём продуктов сгорания, выходящий из трубы:
м3
/с
Выбираю батарейный циклон БЦ
:
Wопт
=3.5 м/с – оптимальное значение скорости газов в циклоне с направляющим аппаратом типа «розетка» 25˚(табличное значение)
ξ90
=90 – опытное значение коэффициента сопротивления циклона(табличное значение)
dт
50
=3.85 мкм – медианный размер опытных частиц
lgση
=0.46 – среднеквадратичное отклонение частиц от медианного размера
Параметры эксперимента:
Dц
=0.25 м
Wцт
=4.5 м/с – опытное значение скорости газа в циклоне
(Па - динамическая вязкость газов
(кг/м3
) – плотность опытных частиц
Суммарное количество твёрдых продуктов сгорания (летучей золы и несгоревшего топлива) в дымовых газах перед золоуловителем:
,
Концентрация твёрдых веществ в продуктах сгорания:
г/м3
Объёмный расход продуктов сгорания при температуре уходящих газов:
м3
/с
Принимаем Dц
=0.25;
Принимаю nц
= 64, выбираю батарейный циклон типа БЦ 1
x
8
x
8
Уточняю скорость:
м/с ≈ Wопт
Коэффициент гидравлического сопротивления циклона:
К1
= 1 для D ≥ 250 мм
К2
– поправка на запыленность газов
К3
= 35 – поправка на компоновку циклонов в группу
Па – гидравлическое сопротивление циклона
Параметры уходящих газов:
- плотность золы
;
Медианный размер частиц, улавливаемый циклоном:
мкм
по таблице нормальной функции распределения Ф (x)=0.95635
Максимальная степень очистки ηmax
=0.955
Среднеэксплуатационная степень очистки η=ηз
=0.85∙0.95635=0.8129
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ГАЗООБРАЗНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
5.1 Оксиды серы
Суммарное количество оксидов серы МSO
2
в г/с, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегатов, вычисляют по формуле:
,
где - содержание серы в топливе на рабочую массу, % ;
- доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле ( по табл 2 (2)составляет 0,1);
- доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием твёрдых частиц (для сухих золоуловителей принимаем равным нулю);
(г/с)
(г/с)
5.2 Оксиды углерода
Количество выбросов оксида углерода в г/с определяется по соотношению:
,
где - выход оксида углерода на единицу топлива, г/кг;
Здесь q3
-потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, %;
R-доля потери теплоты q3
, обусловленная наличием в продуктах неполного сгорания оксида углерода (принимают для твёрдого топлива 1,0 );
(г/кг)
(г/с)
(г/с)
5.3 Расчёт выбросов оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива
Топка ТЧЗМ - топка с пневмомеханическим забрасывателем и цепной чешуйчатой решеткой обратного хода. Удельный выброс оксидов азота при сжигании твердого топлива, г/с:
,
где - удельный выброс оксидов азота, г /МДж;
где αт
– коэффициент избытка воздуха в топке
R6
– остаток на сите с размером ячеек 6 мм%, принимаю R6
= 0
- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов при подаче их в смеси с дутьевым воздухом под колосниковую решетку ,на образование оксидов азота; принимаю r=0 6.801*10-3
г /МДж
=
1.415МВт/ м2
МNO
2
= 0.126*5=0.63 г/с
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ТВЁРДЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
6.1 Расчёт выбросов твёрдых продуктов сгорания
Суммарное количество твёрдых продуктов сгорания (летучей золы и несгоревшего топлива) , поступающих в атмосферу с дымовыми газами котлов в г/с, вычисляются по формуле:
,
где - зольность топлива на рабочую массу, % ;
- доля золы, уносимой газами из котла (доля золы топлива в уносе);
- доля твёрдых частиц, улавливаемых в золоуловителях;
32,68- теплота сгорания углерода, МДж/кг;
,
Количество летучей золы в г/с, уносимой в атмосферу в составе твёрдых продуктов сгорания, вычисляют по формуле:
,
(г/с)
Количество коксовых остатков при сжигании твёрдого топлива в г/с, образующихся в топке в результате механического недожога топлива и выбрасываемых в атмосферу, определяют по формуле:
,
(г/с)
6.2
Расчет выбросов бензапирена
Выброс бензапирена поступающего в атмосферу с дымовыми газами в г/с рассчитывают по уравнению :
массовая концентрация бензапирена в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха ;
объем сухих дымовых газов ,образующихся при полном сгорании 1 кг (1 н)
топлива при
При сжигании твердого топлива
А – коэффициент, характеризующий тип колосниковой решетки, для угля – 2,5
R - коэффициент, характеризующий температурный уровень экранов (при р=24 ата,
tn
=221,78>150 0
C ; R=350
Кд
= 1 – коэффициент, учитыва
Кзу
- коэффициент, учитывающий степень улавливания бензапирена золоуловителем.
Z – понижающий коэффициент (бензаперен улавливается в меньшей степени, чем зола. При температуре газов перед золоуловителем tзу = tух = 180 oC < 185 oC и сухих золоуловителях.
Кзу
= 1-ηз
*Z =1- 0.81290.8= 0.35
= 1.463*10-3
мг/нм3
г/с
7. РАСЧЕТ МИНИМАЛЬНО НЕОБХОДИМОЙ ВЫСОТЫ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ
Диаметр устья дымовой трубы ,м :
температура уходящих газов;
скорость продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы, принимаю 25 м/с
Принимаю
D
у
тр
= 1,8
Предварительная минимальная высота дымовой трубы по приведенным газам м :
Масса приведенного газа:
А – коэффициент стратификации атмосферы для Мурманска 160
| F=1 |
| - коэффициент, зависящий от степени очистки циклона |
| - значение коэффициентов в первом приближении |
| - коэффициент рельефа местности |
Фоновая концентрация приведенного газа:
максимально разовые предельные допустимые концентрации;
| - фоновая концентрация SO2 |
| - фоновая концентрация NO2 |
| - фоновая концентрация NO |
| - фоновая концентрация золы |
| - ПДК максимально разовая для SO2 |
| - ПДК максимально разовая для NO2 |
| - ПДК максимально разовая для NO |
| - ПДК максимально разовая для CO |
| - ПДК максимально разовая для NO |
| - ПДК максимально разовая для золы |
Определяются коэффициенты fи :
Опасная скорость ветра на высоте устья трубы
Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f :
Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра :
Определяется минимальная высота дымовой трубы во втором приближении :
Выполняем второй уточняющий расчет .
Определяются коэффициенты f и v :
Определяется коэффициент mв зависимости от параметра f:
Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра :
Определяется минимальная высота дымовой трубы в третьем приближении :
Выполняем третий уточняющий расчет .
Определяются коэффициенты f и v :
Определяется коэффициент mв зависимости от параметра f:
Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра :n3
=2,4
Определяется минимальная высота дымовой трубы в четвертом приближении:
Т.к. разница между меньше 0.5 м ,то расчет выполнен верно .
Выбираем дымовую трубу из кирпича со следующими
стандартными размерами :
Предварительная минимальная высота дымовой трубы для твердых веществ м :
(г/с)
Определяются коэффициенты fи :
Опасная скорость ветра на высоте устья трубы:
Определяется коэффициент m в зависимости от параметра f :
Определяется безразмерный коэффициент n в зависимости от параметра :n=2,5 Определяется минимальная высота дымовой трубы во втором приближении :
Окончательно выбираем дымовую трубу из кирпича со следующими стандартными размерами : Dтр
= 1.8м Hтр
= 75м
8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТАВА И КОЛИЧЕСТВА СТОЧНЫХ ВОД КОТЕЛЬНОЙ
При регенерации Na
– катионитных фильтров кроме солей, содержащихся в исходной воде, сбрасываются продукты регенерации фильтров – Са
Cl
2
и MgCl
2
, а также избыток поваренной соли, который берется для более глубокой регенерации фильтрующего материала. При проведении операции взрыхления возможно попадание в сток измельченного фильтрующего материала; используемая для регенерации техническая поваренная соль содержит до 7% различных примесей, которые также попадают в сток.
Котловая вода в котлах низкого среднего давления после необходимых стадий обработки воды в основном содержит легкорастворимый катион натрия и анионы: .
Все катионы и анионы, поступающие в котел с химически очищенной водой, не претерпевают изменений с повышением давления, температуры и концентрации солей при испарении, кроме бикарбоната натрия, который частично (около 60%) разлагается в барботажном деаэраторе и окончательно в котле по уравнению:
Показатели воды, приходящей на ВПУ.
| мг/л | мг/л | мг/л | мг/л | мг/л | мг/л | мг/л | мг/л |
| 2 | 6 | 20,9 | 42,7 | 9,5 | 150 | 35,5 | 21 |
1) Пересчитываем данные анализа в мг-экв/л
:
- верно
2) Общая жесткость:
3) Карбонатная жесткость:
4) Некарбонатная жесткость:
мг-экв/л
Количество сточной воды:
Расход воды на продувку
Расчёт расхода воды на собственные нужды:
Расход соли на приготовление регенерирующего раствора:
(кг/сут)
где = 100 (г/г-экв)-удельный расход соли на регенерацию при общей жесткости воды до 5 г-экв/м3
Расход воды на регенерацию:
(м3
/сут)
- доля химически чистой соли
СРР
= 6 % - концентрация регенерационного раствора.
= 1041.3 (кг/м3
) – плотность регенерационного раствора.
Расход воды на отмывку катионита от продуктов регенерации:
(м3
/сут)
- удельный расход воды на отмывку
(м3
/сут)
Количество сточной воды:
В стоках ВПУ будут CaCl2,
MgCl2
и избыточный NaCl.
Доля кальция, удаляемого из фильтра в продуктах регенерации:
Количество CaCl2
и MgCl2
, сбрасываемое в течение суток:
(кг/сут.)
(кг/сут.)
где 55,5 и 47,6 – эквивалентная масса CaCl2
и MgCl2
.
(кг/сут)
где 58,5 (г/г-экв) – теоретический удельный расход соли на регенерацию.
Общее количество солей, сбрасываемых в сутки:
(кг/сут.)
2HCO3
-
=CO2+
3
+CO2
+H2
O
Na2
CO3
+H2
O=2NaOH+CO2
kуп
=Sкв
/Sпв
=25
(г/л) < 10г/л –сточные воды котельной можно отправить без очистки в дренаж.
9. РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ГАЗАХ ЗА КОТЛОМ
1) массовая концентрация:
;
мг/
;
;
2) Объемная концентрация в частях на миллион :
где:-плотность газа при НФУ, кг/н
;
;
Определение удельных выбросов:
(МВт)
МВт
г/МДж.
г/МДж
г/МДж
г/МДж – до золоуловителя
г/МДж – после золоуловителя
3)Токсичность выбросов за котлом и в устье трубы
Токсичность за котлом:
Токсичность после золоуловителя (в устье трубы):
Эффективность установки золоуловителя:
С помощью золоуловителя снизилась токсичность на 37.77%