Анализ исходных данных для проектирования

Воздействие источника на загрязнение атмосферного воздуха определяется:

- характеристикой местности, в которой размещен источник;

-  характеристикой источника, загрязняющего атмосферу.

1.1. Характеристика местности

Характеристика местности включает:

- расчетные температуры атмосферного воздуха по месяцам года, в том числе зимний период (январь), летний период (июль);

- продолжительность ветров по румбам и скорости ветров по румбам;

- фоновые концентрации токсичных веществ в атмосферном воздухе (в месте размещения источника загрязнения);

- данные о широте и рельефе местности.

Расчетные температуры наружного воздуха и продолжительность отопительного периода принимаются по СП 131.13330.2012 Строительная климатология [1]. Продолжительность и скорости ветров по румбам при отсутствии данных по регионам в учебном проектировании допускается принимать по СНиП 2.01.01-82 Строительная климатология и геофизика.

Широта местности определяется по географическому атласу (кроме областей, перечисленных в [5, раздел 2]) и используется для определения коэффициента А, зависящего от условий рассеивания примесей в атмосферном воздухе.

Рельеф местности определяется по съемке территории в районе размещения источника загрязнения.

Значения фоновых концентраций загрязняющих веществ выдаются  территориальными Управлениями Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Росгидромета по данным наблюдений состояния атмосферного воздуха в районе размещения источника (при учебном проектировании – на основании задания).

1.2. Характеристика источника загрязнения

Если источником загрязнения является котельная установка (далее котельная), то в характеристике следует указать:

- назначение котельной (производственная, отопительная, отопительно-производственная);

- тип котельной (паровая, водогрейная, комбинированная);

- установленную паропроизводительность, т/ч (теплопроизводи-тельность, ГДж/ч) или тепловую мощность, МВт (Гкал/ч);

- число котлов (N ₁, N ₂), работающих в разные периоды года (летний, зимний для паровой котельной, зимний и переходный – для водогрейной);

- высоту дымовой трубы Н (м) и диаметр устья трубы D (м);

- вид основного топлива и (при необходимости) резервного;

- максимальный расход топлива (основного и резервного) на котельную.

Расход топлива (основного и резервного) на котельную рассчитывается для различных временных промежутков: расход секундный, часовой, годовой (см. табл. 1.1).

При известных марке и рабочих параметрах котла максимальный расход топлива подсчитывается, м³/с, кг/с:

,

(1.1)

где  – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг, кДж/м³ (см. характеристику топлива);  – коэффициент полезного действия котлоагрегата брутто (принимается по технической характеристике котла); Q _к – теплопроизводительность котельного агрегата, кВт (кДж/с). Для водогрейного котла принимается по характеристике котла [15], для парового – рассчитывается по формуле:

,

(1.2)

где D – паропроизводительность, кг/с; D _пр – расход продувочной воды, кг/с h ", h ' – энтальпии насыщенного пара и котловой воды, кДж/кг. h ", h ' принимаются из [15, табл. 3.1, С. 47] по абсолютному давлению в барабане котла. При наличии пароперегревателя в формуле (1.2) h " заменяется наэнтальпию перегретого пара h _пп, принимаемой по абсолютному давлению в барабане котла и температуре перегретого пара [15, табл. 3.2, С. 49];  h _пв – энтальпия питательной воды, кДж/кг. Энтальпия питательной воды вычисляется по формуле:

,

(1.3)

где с _в = 4,19 кДж/(кг×°С) – удельная теплоемкость воды; t _пв – температура питательной воды, °С (принять 70–90°С).

 

Максимальный секундный расход топлива на котельную установку:

– в зимний период, м³/с, кг/с

,

(1.4)

– в летний (переходный) период, м³/с кг/с

,

(1.5)

где N ₁ и N ₂ – число работающих котлов в зимний и летний период соответственно.

Далее определяется расчетный расход топлива на котельную, кг/с, по формуле:

,

(1.6)

где q ₄ – потери теплоты от механической неполноты сгорания, % (рекомендуется принять по прил. А. в случае отсутствия эксплуатационных данных)

Для расчета массы выбросов загрязняющих веществ по нормативной методике [2] необходимо заполнить табл. 1.1.

Годовой расход подсчитывается по формуле, т/год (тыс.м³/год):

,

(1.7)

где n – число часов использования установленной мощности котельной, ч/год.

Если фактическое значение n неизвестно, допускается принять:

– для паровой котельной: n = 5500 ч/год;

– для водогрейной котельной: n = n ₁ ^. 0,7, ч/год, 

где n ₁ – число часов отопительного периода (см.[1], табл.1); 0,7 – коэффициент одновременной работы котлов.

При наличии резервного топлива принимается его использование в течении 1-3 месяцев (по заданию руководителя).

 

Таблица 1.1 Расход топлива на котельную установку

Периоды года	Расход топлива для расчетного периода
При сжигании мазута или твердого топлива:
Зимний	максимальный	, кг/с	, г/с		, т/ч
	расчетный	, кг/с	, г/с		, т/ч
Летний (переходный)	максимальный	, кг/с	, г/с		, т/ч
	расчетный	, кг/с	, г/с		, т/ч
Годовой	максимальный	, т/год
	расчетный	, т/год
При сжигании природного газа:
Зимний	максимальный	, м3/с		, тыс.м3/ч
	расчетный
Летний (переходный)	максимальный	, м3/с		, тыс.м3/ч
	расчетный
Годовой	максимальный	, тыс.м3/год

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА УДАЛЯЕМЫХ В АТМОСФЕРУ
ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Суммарное количество продуктов сгорания, выбрасываемых из дымовой трубы котельной, рассчитывается двумя способами.

I способ

Расчет выполняется по известному составу топлива (компонентному – для газового, элементному – для твердого и жидкого топлив).

Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания единицы топлива:

 – при сжигании твердого и жидкого топлива, м³/кг:

V 0 = 0,0889 . (C r + 0,375 ) + 0,265 H r - 0,0333 O r                (2.1)

– при сжигании газового топлива, м³/м³:

,

(2.1)

где m – число атомов углерода; n – число атомов водорода.

Теоретический объем азота в продуктах сгорания:

– при сжигании твердого и жидкого топлива, м³/кг:

,

(2.2)

– при сжигании газового топлива, м³/м³:

,

(2.3)

Объем трехатомных газов:

– при сжигании твердого и жидкого топлива, м³/кг:

,

(2.4)

– при сжигании газового топлива, м³/м³:

,

(2.5)

Примечание: сумму диоксидов углерода и серы принято называть “сухие трехатомные газы” и обозначать  RO₂ (СО₂ + SO₂ = RO₂).

Теоретический объем водяных паров:

– при сжигании твердого и жидкого топлива, м³/кг:

,

(2.6)

– при сжигании газового топлива, м³/м³:

,

(2.7)

где d _г.тл – влагосодержание газового топлива, отнесенное к 1 м³ сухого газа, г/м³. В учебном проектировании принимается   d _г.тл = 5 г/м³.

Действительный объем водяных паров, м³/кг (для твердого и жидкого топлива), м³/м³ (для газового топлива):

,

(2.8)

где a_ух – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах. Принимается согласно рекомендациям [17, п. 4-Б, С. 27].

Действительный суммарный объем продуктов сгорания м³/кг (для твердого и жидкого топлива), м³/м³ (для газового топлива):

,

(2.9)

Расход продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы определяется для двух временных промежутков (зимнего и летнего/переходного) по формуле, м³/с:

,

(2.10)

где  – расчетный секундный расход топлива на котельную (см.табл.1.1), кг/с (м³/с) для рассматриваемого периода (зимнего, летнего/переходного); θ_ух – температура газов на выходе из дымовой трубы, °С. Принимается согласно рекомендациям [17], но не ниже значений, указанных в табл. 2.1. Для водогрейных котлов принимается  согласно технической характеристике [15].

II способ

Если в характеристике топлива приведены значения  и  [15], то расчет расхода удаляемых в атмосферу продуктов сгорания значительно упрощается.

,

(2.11)

где - расчетный секундный расход топлива на котельную (см.табл.1.1), кг/с (м³/с) для рассматриваемого периода (зимнего, летнего/переходного); a_ух – коэффициент избытка воздуха в уходящих газах, принимается согласно рекомендациям [17]; θ_ух – температура газов на выходе из дымовой трубы, °С. Принимается согласно рекомендациям [17], но не ниже значений, указанных в табл. 2.1. Для водогрейных котлов принимается согласно технической характеристике [15]; - теоретически необходимый объем воздуха для сжигания единицы топлива, м³/кг (м³/м³); – теоретический объем газов при a = 1, образующихся при сжигании единицы топлива, м³/кг (м³/м³).

Таблица 2.1

Температура уходящих газов для котлов D ≤ 20 кг/с [17]

Топливо	θух, °С	Топливо	Содержание серы, Sr, %	θух, °С
Угли с =1–5*	140÷150	Мазут	до 1,0	140
Торф и древесные отходы	170÷190**		1,1-2,0	150
Природный газ	120÷130		2,1-3,0	160
			свыше 3,0	165

Примечание: *  – приведенное содержание влаги в рабочей массе топлива, (кг·%)/МДж;  **при наличии  воздухоподогревателя.