Природоохранные технологии на ТЭС МОЯ дубль. Допускаю к защите Руководитель Бочкарев В. А. Природоохранные технологии на тэс в городе Челябинск пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Природоохранные технологии на тэс 031. 00. 00. Пз

• Название: Допускаю к защите Руководитель Бочкарев В. А. Природоохранные технологии на тэс в городе Челябинск пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Природоохранные технологии на тэс 031. 00. 00. Пз
• Дата: 14.04.2023
• Размер: 141.2 Kb.
• Имя файла: Природоохранные технологии на ТЭС МОЯ дубль.docx
• Тип: Курсовая; #1062452

Министерство образования и науки Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра теплоэнергетики


Допускаю к защите

Руководитель______Бочкарев В.А.
Природоохранные технологии на ТЭС в городе Челябинск

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе по дисциплине

Природоохранные технологии на ТЭС

1.031.00.00.ПЗ

Выполнил студент группы ТЭбз- 12 ______ К.О-М. Швед

подпись
Нормоконтроль ______ В.А. Бочкарев

подпись
Курсовая работа защищена с оценкой __________
Иркутск 2016 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВУЮ РАБОТУ
По курсу Природоохранные технологии на ТЭС
Студенту Швед К.О-М.
Тема работы «Природоохранные технологии на ТЭС в городе Челябинск»
Исходные данные:город – Челябинск; сжигаемое топливо – Челябинский уголь; марка котлов – Е-210-140; число котлов – 6шт; вид горелок – прямоточные; часовой расход топлива при номинальной нагрузке – 66,36кг/с; годовой расход топлива - 1720·10³т/год; температура уходящих газов – 414К; тип золоуловителей – скруббера; КПД золоуловителей – 96,9%; средняя температура воздуха самого жаркого месяца –295,8К; характеристики топлива: W^p=18%; A^p=29,5%; S^p=1%; H^p=2,8%; C^p=37,3%; N^p=0,9%; O^p=10,5%; N^r=1,71%; Q^н_р=13,95МДж/кг.
Рекомендуемая литература: Природоохранные технологии на ТЭС. Метод. Указания. Составители: Бочкарев В.А., Самаркина Е.В., – Иркутск: Издат. ИрГТУ 2007 - 33с.

Графическая часть на - листах.
Дата выдачи задания «___» __________ 2015 г.
Дата предоставления работы руководителю «___» _________ 2016 г.
Руководитель курсовой работы __________ В.А. Бочкарев
СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	4
1. Расчет валового выброса вредных веществ в атмосферу	5
1.1.Расчет выбросов в атмосферу частиц золы и недожога	5
1.2. Расчет выбросов в атмосферу окислов серы	5
1.3. Расчет выбросов в атмосферу окиси углерода	6
1.4. Расчет выбросов в атмосферу оксидов азота	6
2. Расчет дымовой трубы	8
3. Определение платы и ее предельных размеров за загрязнение	10
окружающей природной среды
4. Расчеты продуктов сгорания топлива	11
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	13
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ	14

ВВЕДЕНИЕ

Электрическая энергия – важнейший, универсальный, самый эффективный технически и экономически вид энергии. Другое его преимущество – экологическая безопасность использования и передачи электроэнергии по линиям электропередач по сравнению с перевозкой топлив, перекачкой их по системам трубопроводов. Электричество способствует развитию природосберегающих технологий во всех отраслях производства. Однако выработка электроэнергии на многочисленных ТЭС, ГЭС, АЭС сопряжена со значительными отрицательными воздействиями на окружающую среду. Энергетические объекты вообще по степени влияния принадлежат к числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу промышленных объектов.

На современном этапе проблема взаимодействия энергетики и окружающей среды приобрела новые черты, распространяя влияние на огромные территории, большинство рек и озёр, громадные объёмы атмосферы и гидросферы Земли. Ещё более значительные масштабы энергопотребления в обозримом будущем предопределяют дальнейшее интенсивное увеличение разнообразных воздействий на все компоненты окружающей среды в глобальных масштабах.

С ростом единичных мощностей блоков, электрических станций и энергетических систем, удельных и суммарных уровней энергопотребления возникла задача ограничения загрязняющих выбросов в воздушный и водный бассейны, а также более полного использования их естественной рассеивающей способности.

Ранее при выборе способов получения электрической и тепловой энергии, путей комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства, транспорта, назначении основных параметров объектов (тип и мощность станции, объем водохранилища и др.) руководствовались в первую очередь минимизацией экономических затрат. В настоящее же время на первый план все более выдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатации объектов энергетики.

1. Расчет валового выброса вредных веществ в атмосферу

1.1. Расчет выбросов в атмосферу частиц золы и недожога

Количество золовых частиц и недожога, уносимое из топки парогенераторов за любой промежуток времени (кг/с, т/год), определяется по формуле:

М_ТВ=0,01^.В^.(α_ун^.А^р+q₄^ун. )^.(1-η₃),

где В=66,36кг/с; 1720·10³т/год - расход натурального топлива на парогенератор за любой промежуток времени; А^р=29,5% - зольность топлива на рабочую массу (табл. 2 [1]); α_ун=0,95- доля золовых частиц и недожога, уносимых из котла (табл. 1.1 [1] при камерном сжигании); q₄^ун=q₄=0,5% - потери теплоты с уносом от механической неполноты сгорания топлива (при отсутствии эксплутационных данных по q^ун₄ при камерном сжигании твердого топлива для приблизительного расчета в формулу подставляют нормативное значение q₄ , а при слоевом сжигании (табл. 1.1[1]); Q^p_н=13,95·10³кДж/кг - теплота сгорания топлива на рабочую массу(табл. 2 [1]); ₃=0,969 -доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях.

М_ТВ=0,01^.66,36^.(0,95^.29,5+0,5^. )^.(1-0,969)=0,581кг/с;

М_ТВ=0,01^.1720·10^3.(0,95^.29,5+0,5^. )^.(1-0,969)=15057т/год.
1.2. Расчет выбросов в атмосферу окислов серы
Количество окислов серы, поступающих в атмосферу с дымовыми газами, в пересчете на SO₂ за любой промежуток времени (кг/с, т/год) вычисляется по формуле:

М_SO2=0,02·В^.S^p.(1-ή_SO2)^.(1-η''_SO2)^.(1-η^с ),

где S^p=1% - содержание серы в топливе на рабочую массу (табл. 2 [1]); ή_SO2 - доля окислов серы, связываемые летучей золой в газоходах парогенераторов, зависит от зольности топлива и содержание окиси кальция в летучей золе (табл. 1.3 [1]); ηⁿ_SO2=0,05– доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц (рис. 1.1 [1]) при щелочности орошающей воды равной 5-10 мг-экв/дм³ и Sⁿ =S^p /Q^p_н=1/13,95=0,07); η^с =0 - т.к. сероочистная установка отсутствует.
М_SO2=0,02·66,36^.1^.(1-0,1)^.(1-0,05)=1,135кг/с;
М_SO2=0,02·1720·10^3.1^.(1-0,1)^.(1-0,05)=29412т/год.

1.3. Расчет выбросов в атмосферу окиси углерода
Количество окиси углерода (кг/с, т/год), выбрасываемой в атмосферу с дымовыми газами в единицу времени, вычисляется по формуле:
M_CO=0,001^.C_co^.В^.(1-0,01^.q₄),
где С_СО - выход окиси углерода при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива (кг/т), определяется по формуле:

,

где q₃=0% - потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива (табл. 1.1 [1]); R=1 - коэффициент, учитывающий долю потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную содержанием в продукта неполного сгорания окиси углерода (для твердого топлива).

Так как q₃=0%, С_СО=0кг/т, следовательно, М_СО=0.
1.4. Расчет выбросов в атмосферу оксидов азота
Количество оксидов азота в пересчете на двуокись азота (кг/с, т/год), выбрасываемые в атмосферу с дымовыми газами в единицу времени для энергетических парогенераторов паропроизводительностью более 8,3 кг/с (30 т/ч вычисляется по формуле:

M =10^-3.K^.B_y·(1-0,01^.q₄)^.β₁^.(1-ε₁^.τ)^.β₂^.β₃^.ε₂^.(1- _аз^. ),

где К - коэффициент, характеризующий выход окислов азота, кг/тут; В_у - расход условного топлива за любой промежуток времени (кгут/с, тут/год); β₁ -коэффициент, учитывающий влияние на выходокислов азота качества сжигаемого топлива (содержание N^г); ε₁=0 - коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов в зависимости от условий подачи их в топку парогенератора (при низкотемпературном сжигании топлива); τ - степень рециркуляции дымовых газов в топку, %; β₂ =0,85 - коэффициент, учитывающий конструкцию горелок. Для вихревыхгорелок (для прямоточных горелок); β₃=1- коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления (при ТШУ); ε₂=1- коэффициент,характеризующий снижение выброса оксидов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок; _аз^. =0 – т.к. отсутствует азотоочистная установка.

Коэффициент К вычисляется по эмпирическим формулам: для котлов паропроизводительностью D, равной 200 т/ч и более, во всем диапазоне нагрузок;

К = = =6,146кг/тут,

где Dн, Dф – номинальная и фактическая паропроизводительность котла (корпуса), т/ч.

Расход условного топлива определяется:

=31,57кгут/с;

=818349тут/год.

Значение β₁ при сжигании твердого топлива вычисляют по формуле при α_т ≤ 1,25:

β₁= 0,178 + 0,47^.N^г=0,178+0,47·1,71=0,982,

где N^г=1,71%– содержание азота втопливе на горючую массу.

M =10^-3.6,146^.31,57·(1-0,01^.0,5)^.0,982^.0,85=0,161кг/с;

M =10^-3.6,146^.818349·(1-0,01^.0,5)^.0,982^.0,85=4177т/год.

Количество бенз(а)пирена (БП) (кг/с, т/год), поступающее в атмосферу с дымовыми газами паровых котлов тепловых электростанций при факельном сжигании органических топлив, рассчитывается по формуле:

М_БП =10^-9.В^.V_cг^.C_БП,

где C_БП - концентрация БП в сухом дымовом газе приведенная к α=1,4, мкг/м³; (определяется в зависимости от вида сжигаемого топлива);V_сг - объем сухих дымовых газов при α=1,4, м³/кг.

V_сг=V⁰_г+0,984·(α-1)^.V₀-V⁰ ,

где V⁰_г, V₀, V⁰ – соответсвенно объем дымовых газов, воздуха и водяных паров при стехиометрическом сжигании 1 кгтоплива в м³/кг.

Объем дымовых газов при >1 определяется по формуле:

V =V_RO2+V⁰_N2+V⁰_H2O,

где V_RO2 - объем трехатомных газов, м³/кг;V⁰_N2 - теоретический объем азота, м³/кг; V⁰_H2O - теоретический объем водяных паров, м³/кг.

Определяем объем трехатомных газов по формуле:

V_RO2=0,01866^.(C^p+0,375^.S^p) =0,01866^.(37,3+0,375^.1) =0,73м³/кг,

где С^p, S^p– содержание углерода, серы в топливе, %.

Теоретический объем азота определяем по формуле:

V⁰_N2= 0,79^.V⁰+0,8^. ,

где, N^p– содержание азота в топливе, %. V⁰ - теоретически необходимый воздух для полного сгорания топлива (при коэффициенте избытка воздуха = 1).

V⁰=0,0889·(С^p+0,375^.S^p)+0,265^.H^p-0,0333^.O^p=

=0,0889·(37,3 +0,375^.1)+0,265^.2,8-0,0333^.10,5=3,742м³/кг,

где Н^р, O^p– содержание водорода, кислорода в топливе, %.

Определяем теоретический объем азота:

V⁰_N2=0,79^.3,742+0,8^. =2,963м³/кг.

Теоретический объем водяных паров определяем по формуле:

V⁰_H2O=0,111^.Н^р+0,0124^.W^p+0,0161^.V⁰ =

= 0,111^.2,8 +0,0124^.18+0,0161^. 3,742=0,594м³/кг,

где W^p– содержание влаги в топливе, %.

Определяем объем дымовых газов при >1:

V =V_RO2+V⁰_N2+V⁰_H2O = 0,73+2,963+0,594=4,287м³/кг.

Определяем объем сухих дымовых газов при α =1,4:

V_сг= 4,287+0,984·(1,4-1)^.3,742–0,594=5,166м³/кг.

Концентрация БП в сухих дымовых газах котлов за золоуловителями при факельном сжигании углей С_т (мкг/м³), приведенная к избытку воздуха в газах =1,4, рассчитывается по формуле:

,

где А=0,521 - коэффициент, характеризующий конструкцию нижней части топки (при ТШУ); =1,4 - коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки; =1 - коэффициент, учитывающий нагрузку котла;К_зу - коэффициент, учитывающий степень улавливания БП золоуловителями.

К_зу = 1- η_зу^. ,

где η_зу=96,9% - КПД золоуловителя (по золе); Z=0,8 - коэффициент, учитывающий снижение улавливающей способности БП золоуловителями (для мокрых золоуловителей).

мкг/м³;

М_БП =10^-9.66,36^.5,166^.0,202=0,692·10^-6кг/с;

М_БП =10^-9.1720·10^3.5,166^.0,202=0,0179т/год.
2. Расчет дымовой трубы
В настоящее время минимально допустимая высота дымовой трубы, при которой обеспечивается значение максимальной призем­ной концентрации вредного вещества См, равное предельно до­пустимой концентрации (ПДК), для нескольких труб одинаковой вы­соты при наличии фоновой загрязненности Сф от других источни­ков, рассчитывается по формуле:

,

где А=180С^2/3.мг^.К^1/3/г - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы для неблагоприятных метеорологических условий, опре­деляющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе (для Европейской территории страны и Урала севернее 52^ос.ш. за исключением попадающих в эту зону перечисленных выше районов и Украины);F=1 - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыли, золы и т.п.), скорость упорядоченного оседания которых практически равна нулю); М , М – массовый выброс серного ангидрида и двуокиси азота, выбрасываемых в атмосферу в единицу времени, г/с;m и n - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода дымовых газов из устья дымовой трубы;η - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа, мес­тности(в случае ровной или слабопересеченной местности с пере­падом высот, не превышающим 50 м на 1 км, η=1,0);N - число одинаковых дымовых труб; V₁ - объем дымовых газов, приходящийся на дымовые трубы, м³/с; ΔТ=Т_г-Т_в=414-295,8-60=58,2К - разность температур выбрасываемых дымовых газов Т_г и окружающего атмосферного воздуха Т_в;ПДК - предельно допустимая концентрация вещества, лимитирующего чистоту воздушного бассейна, мг/м³ (ПДК_SO2 = 0,5 мг/м³, ПДК_NO2=0,085 мг/м³).

Определим объем дымовых газов, приходящийся на дымовые трубы:

В_р=В·(1-0,01·q₄)=66,36·(1-0,01∙0,5)=66,03кг/с;

V₁= В_р·Vг^. = 66,03·5,808 =497,3м³/с.

Задаемся высотой дымовой трубы равной 150 м и диаметром Д=5,4м тогда средняя скорость дымовых газов в устье дымовой трубы:

= =25,41м/с.

Определим параметры f и U_м:

f= =1000 =2,66;

U_м = =3,69.

Коэффициент m определяется в зависимости от f по формуле:

=0,768.

Коэффициент n определяется в зависимости от U_м:

n = 1 при U_м ≥ 2.
=

=

Первое приближение:

= =20,58м/с;

f=1000 =2,25;

U_м = =3,78;

=0,791.


Второе приближение:

f=1000 =2,19;

U_м = =3,76;

=0,795.

Рассчитанное значение высоты дымовой трубы сравниваем с выбранной высотой округляя в большую сторону, т.е. высота дымовой трубы Н=150м и диаметром d =6м.
3.Определение платы и ее предельных размеров за загрязнение окружающей природной среды
Плата П (руб/год), за загрязнение окружающей природной среды, определяется по формуле:

П=К₁^. К₂^. К₃^. Σ^.М_i^.Ц_i,

где К₁ - коэффициент индексации к базовым нормативам платы за выбросы в окружающую среду; К₁ =1,4; К₂ - коэффициент, учитывающий экологические факторы состоянии атмосферного воздуха, почвы, водных объектов; К₂=2; К₃ - коэффициент, учитывающий вид загрязняемой территории (значение К₃=1,2 для города); М_i– массовые выбросы вредных веществ в атмосферный воздух, т/год;Ц_i- базовые нормативы платы за выброс в атмосферу загрязняющих веществ, руб/т.

Сбросы загрязняющих веществ находятся в пределах установленных допустимых нормативов.

Таблица 1 - Базовые нормативы платы за выброс в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных и передвижных источников

№ п/п	Наименование загрязняющих вредных веществ	Норматив платы за выброс 1 т. загрязняющих вредных веществ (руб)
		В пределах допустимых нормативов выбросов	В пределах установленных лимитов (временно согласованных нормативов выбросов)
1	Азота двуокись (NO2)	52	260
2	Ангидрид сернистый (SO2)	40	200
3	Бенз(а)пирен (C10H22)	2049801	10249005
4	Золы углей	103	515

П=К₁^. К₂^. К₃^. Σ^.М_i^.Ц_i= К₁^. К₂^. К₃ ( =

=1,4∙2∙1,2∙(15057^.103+29412^. 40+4177^. 52+ 0,0179^. 2049801)=

= 10016988руб/год.

Для снижения выбросов азота в атмосферу можно применить селективное некаталитическое восстановление совместно с двухступенчатым сжиганием топлива, что позволит сократить выбросы оксида азота в атмосферу на 75%.

Для снижения выбросов серы предлагаю малозатратный способ очистки с приминением сухого известняка, что позволит снизить выбросы на 70%.

Для уменьшения выбросов золы предлагаю использовать вместо скрубберов, эмульгаторы, что повысит эффективность золоулавливающей установки с 96,9% до 99%.

Приняв во внимание мероприятия по снижению выбросов, плата за загрязнение будет равна:

П^*= К₁^. К₂^. К₃ ( =

=1,4∙2∙1,2∙(14741^.103+8824^. 40+1044^. 52+ 0,0179^. 2049801)=

= 6593202руб/год.
4. Расчет продуктов сгорания топлива
Расчет теоретически необходимого воздуха (V⁰) для полного сгорания топлива (коэффициент избытка воздуха = 1), теоретического объема азота (V⁰_N2), объема трехатомных газов (V_RO2), теоретического объема водяных паров (V⁰_H2O) при сжигании твердых и жидких топлив производится по формулам, м³/кг:

V⁰=0,0889·(С ^p+0,375^.S^p)+0,265^.H^p-0,0333^.O^p=

=0,0889·(37,3+0,375^.1)+0,265^.2,8-0,0333^.10,5=3,742м³/кг;

V⁰_N2= 0,79^.V⁰+0,8^. = 0,79^.3,742+0,8^. =2,936м³/кг;

V⁰_H2O= 0,111^.Н^р+0,0124^.W^p+0,0161^.V⁰=

=0,111^.2,8+0,0124^.18+0,0161^. 3,742=0,594м³/кг;

V_RO2=0,01866^.(C^p+0,375^.S^p)=0,01866^.(37,3+0,375^.1) =0,73м³/кг,

где, С^p, S^p, Н^р, O^p, N^p, W^p – содержание углерода, серы, водорода, кислорода, азота, влаги в топливе, %.

Объем дымовых газов при >1 определяется по формуле:

V_г= V +( -1)^.V⁰+0,0161^.( -1)^.V⁰=

=4,287+(1,4-1)^.3,742+0,0161(1,4-1)^.3,742=5,808м³/кг.

Коэффициент избытка воздуха в уходящих газах ( _ух) рассчитывается по формуле:

_ух= ^”_т + = =1,25+0,02+0,03+0,05=1,3;

где ^”_т - значение коэффициента избытка воздуха на выходе из топки, может быть принято: ⁿ_т=1,2-1,25 при пылеугольном сжигании; α_i - присосы воздуха по газоходам котлоагрегата, (определяются по табл. 15 [1]); i – количество элементов газохода, где происходят присосы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе был произведен расчет выбросов в окружающую среду частиц золы и недожега, оксидов серы и азота, бенз(а)пирена которые равны 15057, 29412, 4177 и 0,0179 т/год соответственно.

Выбрана одна дымовая труба длиной 150м и диаметром устья 6м.

Так же были предложены методы очистки дымовых газов после внедрения которых, плата за выбросы снизилась с 10016988 до 6593202 руб/год.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Природоохранные технологии на ТЭС. Метод. Указания. Составители: Бочкарев В.А., Самаркина Е.В., – Иркутск: Издат. ИрГТУ 2007 - 33с.