Веществ при сжигании топлива

(выбор топлива с учетом платежей)

 

В РФ нормативными актами предусматривается определение количества выбросов загрязняющих веществ либо по результатам проводимых в соответствии с существующим регламентом непосред­ственных замеров, либо расчетным путем по утвержденным методи­кам расчета для каждого вида производства и применяемого техно­логического оборудования.

В данной задаче используются рекомендуемые методы расчета выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлах ма­лой производительности (формулы даны для случая отсутствия ус­тановок по улавливанию или обезвреживанию отходящих газов). Рассматривается использование только твердого топлива - угля. В этом случае рассчитываются выбросы твердых частиц (летучая зола и несгоревшее топливо), оксиды серы (в пересчете на SO₂), оксид уг­лерода СО и оксиды азота (в пересчете на NO₂). В задаче рассчиты­ваются годовые выбросы.

Выброс твердых частиц П_тв рассчитывается по формуле:

 

, т/год (8)

где

· В - расход топлива, т/год;

· А^г - зольность топлива, %;

· х - коэффициент, характеризующий условия сгорания (зави­сит от типа топки).

 

 

Количество оксидов серы П_so (в пересчете на SO₂) определяется по уравнению:

, т/год (9)

где

• S^r - содержание серы в топливе, %;
• N_so1 - доля оксидов серы, связываемая золой.

 

Выброс оксида углерода П_сорассчитывается следующим образом:

 

т/год (10)

где

• Q_i - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;
• К_со - количество оксида углерода на единицу теплоты, выде­ляющейся при горении топлива, кг/ГДж - зависит от типа топки;
• q₄ - потери теплоты вследствие механической неполноты сгорания топлива, % -зависит от типа топки.

 

Оксиды азота П_т рассчитываются по формуле:

 

т/год (11)

где

• V₀ - объем продуктов сгорания топлива при коэффициенте избытка воздуха (а) равном 1,0, м^э/кг;
• а - коэффициент избытка воздуха (зависит от типа топки).

 

Коэффициент 0,0002 учитывает экспериментальные данные по содержанию оксидов азота в дымовых газах и приведение к одной размерности.

 

Определение количества выбросов необходимо для их норми­рования и расчета платежей. Последние построены таким образом, что должны способствовать принятию предприятием мер по сокра­щению выброса загрязняющих веществ в атмосферу. Наиболее от­работан этот механизм именно для процессов сжигания топлив в энергетике. Однако он реально ощутим и для котельных с котлами малой производительности. Решаемая задача и представляет собою; пример экономической оптимизации деятельности предприятия ис­ходя из экологических требований.

Условие к задаче № 4

На товарно-сырьевой бирже предлагается 5 сортов углей по одной цене-1,0 руб./ГДж. требуется определить (с учетом экологи­ческих свойств различных видов и сортов углей) наиболее выгодный вариант обеспечения предприятия топливом.

В предыдущем периоде предприятие использовало топливо (см. таблицу характеристик углей - табл.8), соответствующее но­меру решаемого варианта. Соответственно лимиты выбросов в ат­мосферу на текущий период виданы были из расчета использова­ния этого сорта топлива.

Потребность предприятия в топливе, тип топки котельной и предлагаемые виды углей приведены в таблице исходный данных (табл.9).

Характеристики различных видов топок приведены в справоч­ной таблице (табл.10).

Котельная предприятия не оборудована золоуловителем и другими какими-либо устройствами, снижающими выбросы вредных веществ в атмосферу. Доля серы, связываемой золой, принимается для кузнецких и печорских углей - 0.1, для канско-ачинских и подмос­ковных - 0,2.

Нормативы платы за выбросы загрязняющих веществ в атмо­сферный воздух составляют:

 

твердые частицы (пыль нетоксичная)

• при выбросах в пределах лимита 0,05 руб./т;

• при выбросах сверх лимита 0.12 руб/т;

оксиды серы

• при выбросах в пределах лимита 30 руб./т;

• при выбросах сверх лимита 140 руб./т;

оксид углерода

• при выбросах в пределах лимита 0,3 руб./т;

• при выбросах сверх лимита 1,5 руб./т;

оксид азота

• при выбросах в пределах лимита 25 руб./т;

• при выбросах сверх лимита 120 руб./т.

 

Итогом решения является определение следующих данных:

Ø сорта наиболее выгодного для предприятия угля (N по табл. характеристик углей);

Ø уменьшения расходов предприятия при переходе на наибо­лее выгодный вариант;

Ø сорта наиболее невыгодного (наиболее дорогого) варианта (N по табл. характеристик углей);

Ø раэница в расходах предприятия по наиболее выгодному и наиболее дорогому вариантам.

 

Решение задачи представить в форме таблицы (см. форму 4).

При расчетах расход топлива В (т/год) и количество выбросов всех видов загрязняющих веществ допускается округлять до 0,01т.

 

Таблица 8

ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПЛИВ

№п/n	Угольный бассейн, объединение, шахта	Зольность Аг.%	Содержание серы Sr, %	Объем продуктов сгорания при а=1, V0	Низшая теплота сгорания Q1, МДж/кг
	Подмосковный, Тулуголь, ш. Щекинская	37,6	3,7	2,71	10,38
	Подмосковный, Новомосковскуголь, ш.Северная	28,5		3,21	11,24
	Кузнецкий (откр добыча),разрез Моховский	11,1	0,4	6,62	23,56
	Кузнецкий (откр добыча), разрез Колмогорский		0,5	7,12	25,53
	Канско-Ачинский, разрез Ирша-Борогдинский	6,7	0,2	4,53	15,54
	Подмосковный ш.Россошинская	35,7	2,5	2,82	10,3
	Подмосковный, Тулуголь,ш. Западная		3,5	2,93	10,47
	Кузнецкий (откр добыча),разрез Байдаевский	9,2	0,4	7,39	26,67
	Кузнецкий (откр добыча), разрез Грамотеинский	13,5	0,3	6,81	24,36
	Канско- Ачинский, разрез Назаровский	7,3	0,4	3,92	13,06
	Подмосковный, Тулуголь, ш. Московская	36,4	3,6	2,68	10,09
	Подмосковный, Новомо­сковскуголь, ш.Горняк	28,8	4,1	3,22	11,48
	Кузнецкий (откр. добыча), разрез Новосергиевский	13,8	0,5	7,11	25,83
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Прокопьевский		0,4	7,38	26,71

Продолжение табл. 8

 

	Канско- Ачинский, Березовское месторождение.	4,7	0,2	4,62	15,7
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 53	36,1	7,7	2,83	10,34
	Подмосковный, Новомо­сковску голь, ш.Дубовская	35,9	5,3	3,11	10,97
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Киселевский	7,4	0,4	7,58	27,63
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Черниговский	17,1	0,4	6,59	23,68
	Канско-Ачинский, Барандатское месторождение	4,4	0,2	4,38	14,86
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 57	36,5	6,8	3,15	10,8
	Подмосковный, Новомосковскугаль, ш.Зубовская	41,6	3,7	2,57	9,29
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Томусинский	14,6	0,5	7,07	24,4
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Междуреченский	15,6	0,3	7,21	25,87
	ПечерскиЙ, Интауголь		3,2	5,62	17,54
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 3	35,5	7,8	3,07	10,59
	Подмосковный, Новомосковскуголь, ш.Соколовская	30,8	5,7	3,25	11,35
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Сибиргинский	15,6	0,3	7,17	25,87
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Листвянсхий	18,4	0,5	6,68	24,44
	Печерский, Воркутауголь		0,6	7,64	27,47
	Подмосковный ш.Россошинская	35,7	2,5	2,82	10,3
	Подмосковный, Тулуголь,ш. Западная		3,5	2,93	10,47
	Кузнецкий (откр добыча),разрез Байдаевский	9,2	0,4	7,39	26,67
	Кузнецкий (откр добыча), разрез Грамотеинский	13,5	0,3	6,81	24,36
	Канско- Ачинский, разрез Назаровский	7,3	0,4	3,92	13,06
	Подмосковный, Новомо­сковску голь, ш.Дубовская	35,9	5,3	3,11	10,97
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Киселевский	7,4	0,4	7,58	27,63
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Черниговский	17,1	0,4	6,59	23,68
	Канско-Ачинский, Барандатское месторождение	4,4	0,2	4,38	14,86
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 57	36,5	6,8	3,15	10,8
	Канско-Ачинский, Барандатское месторождение	4,4	0,2	4,38	14,86
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 57	36,5	6,8	3,15	10,8
	Подмосковный, Новомосковскугаль, ш.Зубовская	41,6	3,7	2,57	9,29
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Томусинский	14,6	0,5	7,07	24,4
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Междуреченский	15,6	0,3	7,21	25,87
	ПечерскиЙ, Интауголь		3,2	5,62	17,54
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 3	35,5	7,8	3,07	10,59
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Киселевский	7,4	0,4	7,58	27,63
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Томусинский	14,6	0,5	7,07	24,4
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Междуреченский	15,6	0,3	7,21	25,87
	Печерский, Интауголь		3,2	5,62	17,54
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 3	35,5	7,8	3,07	10,59
	Подмосковный, Новомосковскуголь, ш.Соколовская	30,8	5,7	3,25	11,35
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Сибиргинский	15,6	0,3	7,17	25,87
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Листвянсхий	18,4	0,5	6,68	24,44
	Печерский, Воркутауголь		0,6	7,64	27,47
	Подмосковный, Тулуголь, ш. Щекинская	37,6	3,7	2,71	10,38
	Подмосковный, Новомосковскуголь, ш.Северная	28,5		3,21	11,24

Продолжение табл. 8

 

	Кузнецкий (откр добыча),разрез Моховский	11,1	0,4	6,62	23,56
	Кузнецкий (откр добыча), разрез Колмогорский		0,5	7,12	25,53
	Канско-Ачинский, разрез Ирша-Борогдинский	6,7	0,2	4,53	15,54
	Подмосковный, Новомосковскуголь, ш.Северная	28,5		3,21	11,24
	Кузнецкий (откр добыча),разрез Моховский	11,1	0,4	6,62	23,56
	Канско- Ачинский, Березовское месторождение.	4,7	0,2	4,62	15,7
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 53	36,1	7,7	2,83	10,34
	Подмосковный, Новомо­сковску голь, ш.Дубовская	35,9	5,3	3,11	10,97
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Киселевский	7,4	0,4	7,58	27,63
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Черниговский	17,1	0,4	6,59	23,68
	Канско-Ачинский, Барандатское месторождение	4,4	0,2	4,38	14,86
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 57	36,5	6,8	3,15	10,8
	Подмосковный, Новомосковскугаль, ш.Зубовская	41,6	3,7	2,57	9,29
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Томусинский	14,6	0,5	7,07	24,4
	Кузнецкий (откр. добыча), разрез Новосергиевский	13,8	0,5	7,11	25,83
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Прокопьевский		0,4	7,38	26,71
	Канско- Ачинский, Березовское месторождение.	4,7	0,2	4,62	15,7
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 53	36,1	7,7	2,83	10,34
	Подмосковный, Новомо­сковску голь, ш.Дубовская	35,9	5,3	3,11	10,97
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Киселевский	7,4	0,4	7,58	27,63
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Черниговский	17,1	0,4	6,59	23,68
	Канско-Ачинский, Барандатское месторождение	4,4	0,2	4,38	14,86
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Черниговский	17,1	0,4	6,59	23,68
	Печерский, Воркутауголь		0,6	7,64	27,47
	Канско-Ачинский, Барандатское месторождение	4,4	0,2	4,38	14,86
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 57	36,5	6,8	3,15	10,8
	Подмосковный, Новомосковскугаль, ш.Зубовская	41,6	3,7	2,57	9,29
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Томусинский	14,6	0,5	7,07	24,4
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Междуреченский	15,6	0,3	7,21	25,87
	ПечерскиЙ, Интауголь		3,2	5,62	17,54
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 3	35,5	7,8	3,07	10,59
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Киселевский	7,4	0,4	7,58	27,63
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Томусинский	14,6	0,5	7,07	24,4
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Междуреченский	15,6	0,3	7,21	25,87
	Канско- Ачинский, Березовское месторождение.	4,7	0,2	4,62	15,7
	Подмосковный, Скопинское, ш. N 53	36,1	7,7	2,83	10,34
	Подмосковный, Новомо­сковску голь, ш.Дубовская	35,9	5,3	3,11	10,97
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Киселевский	7,4	0,4	7,58	27,63
	Кузнецкий (откр.добыча), разрез Черниговский	17,1	0,4	6,59	23,68
	Канско-Ачинский, Барандатское месторождение	4,4	0,2	4,38	14,86
	Кузнецкий (откр добыча), разрез Грамотеинский	13,5	0,3	6,81	24,36
	Канско- Ачинский, разрез Назаровский	7,3	0,4	3,92	13,06

 

Исходные данные к задаче №4 Таблица 9

Номер варианта	Расчётная потребность котельной в топливе, ГДж/год	Тип топки (по таблице характеристик топок)	Возможные марки углей (по табл. Характеристик)
			1-5
			1-5
			1-5
			1-5
			1-5
			6-10
			6-10
			6-10
			6-10
			6-10
			11-15
			11-15
			11-15
			11-15
			11-15
			16-20
			16-20
			16-20
			16-20
			16-20
			21-25
			21-25
			21-25
			21-25
			21-25
			26-30
			26-30
			26-30
			26-30
			26-30
			31-35
			31-35
			31-35
			31-35
			31-35
			36-40
			36-40
			36-40
			36-40
			36-40

 

Продолжение табл. 9

			41-45
			41-45
			41-45
			41-45
			41-45
			46-50
			46-50
			46-50
			46-50
			46-50
			51-55
			51-55
			51-55
			51-55
			51-55
			56-60
			56-60
			56-60
			56-60
			56-60
			61-65
			61-65
			61-65
			61-65
			61-65
			66-70
			66-70
			66-70
			66-70
			66-70
			71-75
			71-75
			71-75
			71-75
			71-75
			76-80
			76-80
			76-80
			76-80
			76-80
			81-85
			81-85
			81-85
			81-85
			81-85

Продолжение табл. 9

			86-90
			86-90
			86-90
			86-90
			86-90
			91-95
			91-95
			91-95
			91-95
			91-95
			96-100
			96-100
			96-100
			96-100
			96-100

 

 

ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПОК

 

Таблица 10

Номер топки	Тип топки	Коэффициент избытка воздуха а	Доля твердых частиц в уносе X	Кол-во СО на ед.теплоты Ксо, кг/ГДж	Потери теплоты от неполноты сгорания q4 , %
	С неподвижной решет- кой и пневмомеханиче- ским забросом	1,5	0,0026	0,7	8,7
	С неподвижной решет- кой и ручным забросом	1,4	0,0023	1,9	5,0
	С цепной решеткой и забрасывателями	1,6	0,0035	0,7	10,4
	Шахтно-цепная	1,3	0,0019	2,0	3,5
	Камерная с твердым шлакоудалением	1,2	0,0013	7,0	3,0
	Слоевая	1,4	0,0011	16,0	3,2

Форма представления результатов расчёта к задаче №4 Форма 4

Рассматриваемые сорта углей
Затраты на топливо, руб.
Годовая потребность в натуральном исчислении В, т
Выброс вредных веществ, т/год ־ Твердые частицы Птв ־ Оксиды серы Пso ־ Оксид углерода Псо ־ Оксиды азота Ппо
Выброс вредных веществ пределах лимитов, т/год ־ Твердые частицы Птв ־ Оксиды серы Пso ־ Оксид углерода Псо ־ Оксиды азота Ппо
Выброс вредных веществ сверх лимитов, т/год ־ Твердые частицы Птв ־ Оксиды серы Пso ־ Оксид углерода Псо ־ Оксиды азота Ппо
Плата за выброс вредных веществ в пределах лимитов, руб. ־ Твердые частицы Птв ־ Оксиды серы Пso ־ Оксид углерода Псо ־ Оксиды азота Ппо
Плата за выброс вредных веществ сверх лимитов, руб. ־ Твердые частицы Птв ־ Оксиды серы Пso ־ Оксид углерода Псо ־ Оксиды азота Ппо
Общий размер платы предприятия за выбросы в атмосферу, руб.
Полные расходы предприятия, руб
Сорт наиболее выгодного для предприятия угля (№ по табл.хар-к)
Уменьшение расходов предприятия при переходе на наиболее выгодный вариант, руб.
Сорт наиболее невыгодного (дорогого) вариант (№ по табл. характеристик углей)
Разница в расходах предприятия по наиболее выгодному и наиболее дорогому вариантам, руб.

Задания составлены с использованием следующих источников:

 

1. Ставров О.А., Ю.В. Трофименко. Методические указания по расчётно-практическим заданиям по курсу «основы промышленно-транспортной экологии», М./МАДИ(ТУ), 1977г.

2. Ставров О. А. Методические указания к расчётно-практическим работам по курсу «экология», М/ МАДИ(ТУ) 1998г.

[1] - Используется при расчете маршрутных автобусов, «м»

[2] - Используется при расчете прочих автобусов, «п»