9.2 Приклади розрахунку розсіювання шкідливих речовин


Приклад 9.1. Розрахувати концентрації шкідливих речовин, які вики­даються котельнею, в атмосферному повітрі при несприятли­вих метеоро­логічних умовах. Котельня розташована на рівній відкритій місцевості у Вінницькій області. Число димових труб N = 1; висота димової труби        Н = 40 м; діаметр отвору труби D = 1,5 м; швидкість виходу газоповіт-ряної су­міші V0=6 м/с; температура газоповітряної суміші tr= 120° С; темпера­тура навколишнього повітря  tn = 20°С; викид двоокису сірки  = 22 г/с; викид золи Mз =3,6 г/с; викид окислів азоту (в перерахунку на дво­окис азоту) = 5 г/с.

 

Рішення:


1. Максимальне значення приземної концентрації CM, мг/м3, визнача­ється за формулою:
    .                


2. Згідно з п. 9.1.1:
- коефіцієнт А = 200 (Вінницька область знахо­диться південніше 50° північної широти);
- коефіцієнт, який врахо­вує вплив рельєфу місцевості, η = 1 (місцевість рівна);
- коефіцієнт, який враховує швидкість осідання речовин, F = 1 (для двоокису сірки і окислів азоту) і F =3 (для золи при відсутності золо-очищення).


3. З додатку Б знаходимо максимальні разові гранично допустимі концентрації (ГДК):
-  двоокису сірки – 0,5 мг/м3;
-  золи – 0,5 мг/м3;
-  окислів азоту – 0,085 мг/м3;


4. Знаходимо об’єм газоповітряної суміші за формулою (9.4):
 (м3/с).

  1. Перегрів ΔТ, °С, газоповітряної суміші:

        


6.       За формулами (9.5)...(9.8) знаходимо параметри:
 
     
                      
fе= 

         
7. За формулами (9.9) і (9.12) чи з рис. 9.2 і 9.3 знахо­димо, відпові­дно, параметри m і n (f < 100; 0,5 ≤ Vм < 2).

,
                                                         
.
8. Знаходимо небезпечну швидкість вітру Uм, м/с, за формулою (9.21), тобто:
                                        .

  1. Параметр dвизначаємо за формулою (9.19):

. 

  

Розрахунок концентрації двоокису сірки


10. Максимальна концентрація , мг/м3 (за формулою п.1):   
.                 
11. Відстань , м, на якій концентрація двоокису сірки досягає максимального значення, знаходимо за формулою (9.18):                  
                 


12. Коефіцієнт S1 для відстані X знаходимо за формулами (9.31) або з  рис. 9.5:
    Х = 50 м,  X/Xм = 0,11;
;

X = 100 м,  X/XM = 0,217;
;
X = 200 м,  X/XM = 0,435;
;
X = 400 м,  X/XM= 0,87;
;
X = 1000 м,  X/XM = 2,17;
;
X = 3000 м,  X/XM = 6,52;
;


13. Концентрація , мг/м3, на відстанях Х буде рівна (формула (9.30)):
X = 50 м,                             ;
X = 100 м,                           ;
X = 200 м,                           ;
X = 400 м,                           ;
X = 1000 м,                         ;
X = 3000 м,                         .

 

Розрахунок концентрації окислів азоту:
14. Розрахунок виконується аналогічно розрахунку. Кон­центрації  та  зв’язані співвідношенням:
.
Тоді максимальна концентрація окислів азоту також буде на відстані 460 м від труби і буде рівна  = 0,227·  = 0,227 · 0,14 = 0,032 мг/м3, що не перевищує  = 0,085 мг/м3.

 

Розрахунок концентрації золи


15. Максимальна концентрація золи , мг/м3, знаходиться за фор­мулою (9.3) або із співвідношення:
                   ,
що значно менше максимальної разової гранично допустимої конце­нтрації ( = 0,5 мг/м3).

 


16. Відстань, м, на якій концентрація золи буде максимальною, знаходимо за формулою (9.18) чи із співвідношення:
                                          

      
17. Коефіцієнт S1 для відстані X знаходимо за формулами (9.31) або з рис. 9.5:
Х = 50 м,   Х/ХМ = 0,217;
;
Х = 100 м,   Х/ХМ = 0,435;
;
Х = 200 м,   Х/ХМ = 0,87;
;
X = 400 м,  X/XM = 1,74;
;
X = 1000 м,  X/XM = 4,35;
;
X = 3000 м,  X/XM = 13;
.


18. Концентрацію золи , мг/м3, на відстані Х знаходимо за форму­лою (9.30):
X = 50 м,                             ;
X = 100 м,                           ;
X = 200 м,                           ;
X = 400 м,                           ;
X = 1000 м,                         ;
X = 3000 м,                         ;

 

Приклад 9.2. Розрахувати висоту димової труби ТЕС потужністю      Р = 500000 кВт, яка працює на мазуті, для двох варіантів:
а) гази викидаються в атмосферу без попереднього очищення, темпе­ратура газів tг = 160 ºС;
б) гази попередньо очищаються в абсорбері від оксиду сірки на 90%, температура підігрітих після очищення газів tг = 110 ºС.


Фонова концентрація оксиду сірки  = 0,05 мг/м3.                   


Температура навколишнього повітря tп = 23 ºС.


ТЕС розташована на рівній місцевості південніше 50º північної ши­роти на Україні.


Р і ш е н н я :


1. Визначаємо величини викидів шкідливих речовин Мп, користую­чись додатком К:
зола: (г/с);                     
двоокис сірки:(г/с);
б)  (г/с);
окисли азоту: (г/с),
де qз, ,  – питомі викиди, відповідно, золи, двоокису сірки та окислів азоту, г/(кВт·год.).


2. Розраховуємо об’єм газів Q, м3/с, які викидаються при нормальних умовах:
 (м3/с),
де qr – питомі викиди газів, г/(кВт·год.).


3. Знаходимо об’єм газів Q, м3/с, при робочих умовах:
а)  (м3/с);
б)  м3/с.                                     

                      
4. Користуючись формулою (9.4) визначаємо діаметр отвору труби:
а)  (м);                    
б)   (м),
де Vo – швидкість газів на виході з труби приймаємо рівною 35 м/с (п. 9.1).


5. Враховуючи величини шкідливих речовин, а також сумісну дію двоокису сірки та окислів азоту, розраховуємо висоту труби для розсію­вання останніх. Попередньо приводимо викиди М до викидів за окислами сірки:
а)  (г/с);              
б)  (г/с).
6. Згідно п. 9.1 коефіцієнт А = 200, коефіцієнт F = 1, коефіцієнт η = 1.
Максимальна разова гранично допустима концентрація для двоокису сірки C= 0,5 мг/м3 (додаток Б).

 

  1. Знаходимо висоту димової труби Н згідно з формулою (9.45):

а)   (м);
б)  (м).


8. Знаходимо різницю температур ΔТ між температурою газів, які викидаються, і температурою навколишнього атмосферного повітря:
а)  ºС;
б) =110 – 23 = 87  ºС;
9. Так як ΔТ > 0, перевіряємо відповідність знайденої висоти труби умові Н ≤ 35
а)                 б)
    267,2 > 22,5                          177,8 > 27,4


10. Через те, що величини висоти труби в обох варіантах не відповідають необхідній умові, для визначення попереднього значення ви­соти труби Н користуємося формулою (9.47):
а)  (м);  
   б) (м).

 


11. За формулами (9.5) і (9.6) знаходимо параметри f і VM:
а) ;
;  
б) ;                                         
;     


12. За формулами (9.9) та (9.11) знаходимо коефіцієнти m і n:
а) ;
n = 1, тому що VM > 2
б) ;   n = 1.


13. Уточнюємо величину висоти труби Н1 за формулою (9.48)
а)  (м);
б) 149 (м),
де m0 = n0 = 1 – коефіцієнти для висоти труби Н0.


14. Так як різниця між Н0 і Н1 (в обох варіантах) більше 1м, знахо­димо параметри f1 і VM1 і коефіцієнти m1 і n1 для Н1:
а) ;
;
;              n1 = 1;
б) ;
;
;   n1 = 1;


15. Уточнюємо висоту труби:
а) 193 (м);
б) 145 (м).


16. З тієї ж причини, що й в п. 14, визначаємо параметри f2 і VM2 і коефіцієнти m2 і n2 для Н2:
а) ;
;
 ;                   n2 = 1;   
б)    ;
;                          
; n2 = 1;


17. Уточнюємо висоту труби Н3:
а) (м);             
б) .


18. Різниця між H3  і H2 для обох варіантів менша 1м, тому прийма­ємо висоту димової труби для варіанту а) (без попереднього очищення га­зів) рівною 192,9м, а для варіанта б) (з попереднім очищенням газів) – 144,5 м.

 

Приклад 9.3. Розрахувати гранично допустимі викиди шкідливих ре­човин у газах, які викидаються ТЕС потужністю Р = 100000 кВт елек-троенергії, яка працює на Донецькому пісному вугіллі, і, при необхідності, вибрати апарати для їх очищення.
Висота труби для розсіювання газів Н = 60 м, діаметр от­вору труби Do = 2,5м; температура газів, які викидаються tг = 160°С; температура нав­колишнього атмосферного повітря tп = 23°С; фонова концентрація: оксидів сірки  =0,1мг/м3; оксидів азоту  = 0,005 мг/м3.
TЕC заходиться на Україні в зоні від 50° до 52° південної широти, місцевість рівна.


Р і ш е н н я :


1. Визначаємо об’єм газів Q, м3/с, які викидаються при нормальних умо­вах:
                 (м3/с),
де qг – питомі викиди газів, г/(кВт·год.) [додаток К].


2. Знаходимо об’єм газів Q, м3/с, які викидаються при робочих умовах:
            (м3/с);


3. Розраховуємо величини викидів шкідливих речовин:


з о л и 
 (г/с);


д в о о к и с у  с і р к и
 (г/с);      

  
о к и с л і в  а з о т у
  (г/с).


4. Згідно п. 9.1.1 коефіцієнт А = 180, коефіцієнт η = 1, коефіцієнт F: для золи F = 3, для двоокису сірки і окислів азоту F = 1.
Максимальна разова гранична концентрація (додаток Б) золи = 0,5 мг/м3; двоокису сірки  = 0,5 мг/м3; окислів азоту  = 0,085 мг/м3.


5. Знаходимо різницю температур ΔТ між температурою газів, які викидаються, і температурою навколишнього атмосферного повітря:
                      ºС               

   
6. За формулами (9.5) і (9.6) визначаємо параметри f і VM:
               ;         
             ;           
де V0 – рекомендована швидкість виходу газів з труби висотою до 120 м.


7. За формулами (9.9) та (9.11) знаходимо коефіцієнти m і n:

n = 1, тому що VM > 2.


8. Знаходимо величини гранично допустимих викидів шкідливих ре­човин, користуючись формулою (8.8) [27]:
з о л и                

 (г/с);
 (г/с);
 (г/с);        

 
9. Визначаємо необхідний ступінь очищення ηо газів, які викида­ються, від золи:   
                                           
Такий ступінь очищення може забезпечити електрофільтр.


10. Знаходимо необхідну площу активного перерізу S електрофіль­тра, прийнявши число паралельних корпусів N = 2 і швидкість димових га­зів V = 1,2 м/с:
                             (м2).
З табл. 4.1 вибираємо електрофільтр типу ЕГА-1-30-9-6-3 висотою електродів 9 м, площею активного перерізу S = 73,4 м2 і максимальним ступенем очищення ηо = 0,99.


11. Враховуючи сумісну дію двоокису сірки і окислів азоту, приво­димо величини фактичних і гранично допустимих викидів цих речовин до викидів за двоокисом сірки:
(г/с);   
 (г/с). 


12. Визначаємо необхідний ступінь очищення газів, які викидаються, від двоокису сірки та окислів азоту:    
                

                              
Такий ступінь очищення можна забезпечити абсорбційним очищен­ням газів в абсорберах (рис. 6.1) лужними розчинами NaOH, Na2CO3 та Ca(OH)2 [34].