Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котлов

Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котлов выполнен в соответствии с «Методикой определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 ГКалл в час (с учетом методического письма НИИ Атмосфера № 335/33-07 от 17 мая 2000 г.)», Москва, 1999.

Содержание

Водогрейный котёл Ишма 100 ES
Водогрейный котёл Альфа Е-240
Паровой котёл Бустер ВОР 500
Водогрейный котёл Турботерм-Стандарт-250

Водогрейный котёл Ишма 100 ES

Исходные данные для расчета выделений загрязняющих веществ приведены в таблице 1.1.2.

Таблица 1.1.2 – Исходные данные для расчета

Данные	Параметры	Коэффициенты	Одновременность
Водогрейный котёл Ишма 100 ES №1. Природный газ, газопровод Средняя Азия-Центр. Расход: B’ = 2,95 л/с, B = 16,015 тыс. нм³/год. Камерная топка. Водогрейный котел.	Горелка инжекционного типа: βк = 1,6. Котел работает в общем случае. Температура горячего воздуха (воздуха для дутья): tгв = 30°С. Доля воздуха подаваемого в промежуточную зону факела: δ = 0. Рециркуляции нет. Объем сухих дымовых газов рассчитывается по приближенной формуле. Теплонапряжение топочного объема рассчитывается.	Qr= 36,76 МДж/нм³; p= 0,771 кг/нм³; Qн= 0,108442 МВт; βa= 1,225; βr= 0; βδ= 0; Vt= 0,14 м³; t= 8760 ч.; Sr’= 0 %; Sr= 0 %; q3= 0,2 %; q4= 0 %; K= 0,345 ; α”т= 1,1;	–

Принятые условные обозначения, расчетные формулы, а также расчетные параметры и их обоснование приведены ниже.

Газообразное топливо, водогрейный котел.

Оксиды азота.

Суммарное количество оксидов азота NO_x в пересчете на NO₂ (в г/с, т/год), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, рассчитывается по формуле (1.1.1):

M_NOx = B_p · Q^r_i · K^r_NO2 · ß_к · ß_t · ß_α · (1 – ß_r) · (1 – ß_δ) · k_П (1.1.1)

где B_p – расчетный расход топлива, л/с (тыс. нм³/год);

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

K^r_NO2 – удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г/МДж;

ß_k – безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки;

ß_t – безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения;

ß_α – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота;

ß_r – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота;

ß_δ – безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру;

k_П – коэффициент пересчета, k_П = 10^-3.

Для водогрейных котлов K^г_NO2 считается по формуле (1.1.2):

K^r_NO2 = 0,0113 · √Q_Т + 0,03 (1.1.2)

где Q_Т – фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу, МВт.

Q_T определяется по формуле (1.1.3):

Q_Т = B’_р · Q^r_i · k_П (1.1.3)

где B_р – расчетный расход топлива, л/с;

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³.

k_П – коэффициент пересчета, k_П = 10^-3.

Коэффициент ß_t определяется по формуле (1.1.4):

ß_t = 1 + 0,002 · (t_гв – 30) (1.1.4)

где t_гв – температура горячего воздуха, °С.

При подаче газов рециркуляции в смеси с воздухом ß_r определяется формулой (1.1.5):

ß_r = 0,16 · √r (1.1.5)

где r – степень рециркуляции дымовых газов, %.

Коэффициент ß_δ определяется формулой (1.1.6):

ß_δ = 0,022 · δ (1.1.6)

где δ – доля воздуха, подаваемого в промежуточную зону факела (в процентах от общего количества организованного воздуха).

В связи с установленными раздельными ПДК для оксида и диоксида азота и с учетом трансформации оксида азота в атмосферном воздухе суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие по формулам (1.1.7 – 1.1.8):

M_NO2 = 0,8 · M_NOx (1.1.7)

M_NO = 0,13 · M_NOx (1.1.8)

Оксиды серы.

Суммарное количество оксидов серы M_SO2, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами ( г/с, т/год), вычисляется по формуле (1.1.9):

M_SO2 = 0,02 · B · ρ · S^r · (1 – η’_SO2) (1.1.9)

где B – расход натурального топлива за рассматриваемый период, л/с (тыс. нм³/год);

ρ – плотность газообразного топлива, кг/нм³;

S^r – содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η’_SO2 – доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле.

Оксид углерода.

При отсутствии данных инструментальных замеров оценка суммарного количества выбросов оксида углерода, г/с (т/год), может быть выполнена по соотношению (1.1.10):

M_CO = 10^-3 · B · C_CO · (1 – q₄ / 100) (1.1.10)

где B – расход топлива, л/с (тыс. нм³/год);

C_CO – выход оксида углерода при сжигании топлива, г/нм³;

q₄ – потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, %.

Параметр C_CO определяется по формуле (1.1.11):

C_CO = q₃ · R · Q^r_i (1.1.11)

где q₃ – потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, %;

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

R – коэффициент, учитывающий долю потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную наличием в продуктах неполного сгорания оксида углерода.

Бенз(а)пирен.

Суммарное количество M_j загрязняющего вещества j, поступающего в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год), определяется по формуле (1.1.12):

М_j = c_j · V_сг · B_р · k_П (1.1.12)

c_j – массовая концентрация загрязняющего вещества j в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха α₀ = 1,4 и нормальных условиях мг/нм³;

V_сг – объем сухих дымовых газов, образующихся при полном сгорании 1 нм³ топлива, при α₀ = 1,4, нм³/нм³ топлива;

B_р – расчетный расход топлива; при определении выбросов в г/с, B_р берется в тыс. нм³/ч; при определении выбросов в т/г, B_р берется в тыс. нм³/год;

k_П – коэффициент пересчета; при определении выбросов в г/с, k_П = 0,278 · 10^-3, при определении выбросов в т/г, k_П = 10^-6.

Расчетный расход топлива В_р, тыс. нм³/ч или тыс. нм³/год, определяется по формуле (1.1.13):

B_p = (1 – q₄ / 100) · B (1.1.13)

где B – полный расход топлива на котел тыс. нм³/ч или тыс. нм³/год

q₄ – потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %.

Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны водогрейных котлов малой мощности определяется следующим образом:

для α’’_T = 1,08 ÷ 1,25 по формуле (1.1.14):

с^Г_бп = 10^-6 · (0,11 · q_v – 7,0) · K_Д · K_Р · K_СТ / e^{3,5 · (α’’т – 1)} (1.1.14)

для α’’_T> 1,25 по формуле (1.1.15):

с^Г_бп = 10^-6 · (0,13 · q_v – 5,0) · K_Д · K_Р · K_СТ / (1,3 · e^{3,5 · (α’’т – 1)}) (1.1.15)

где α’’_Т – коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки;

q_V – теплонапряжение топочного объема, кВт/м³;

K_Д – коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания;

K_Р – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания;

K_СТ – коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорании;

Для расчета максимальных и валовых выбросов концентрация бенз(а)пирена приводятся к избыткам воздуха α₀ = 1,4 по формуле (1.1.16):

c_j = c^Г_бп · α”_T / α₀ (1.1.16)

где α”_T – коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки.

Объем сухих дымовых газов может быть рассчитан по приближенной формуле (1.1.17):

V_СГ = K · Q^r_i (1.1.17)

где K – коэффициент, учитывающий характер топлива.

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг (МДж/нм³).

Расчет максимально разового и годового выделения загрязняющих веществ в атмосферу приведен ниже.

Водогрейный котёл Ишма 100 ES №1

B’_p = 2,95 · (1 – 0 / 100) = 2,95 л/с;

B_p = 16,015 · (1 – 0 / 100) = 16,015 тыс. нм³/год;

Q’_T = 2,95 · 10^-3 · 36,76 = 0,108442 МВт;

Q_T = (16,015 / 8760 / 3600 · 10⁶) · 10^-3 · 36,76 = 0,0186679 МВт;

K’^г_NOx = 0,0113 · √0,108442 + 0,03 = 0,0337212 г/МДж;

K^г_NOx = 0,0113 · √0,0186679 + 0,03 = 0,0315439 г/МДж;

ß_t = 1 + 0,002 · (30 – 30) = 1;

ß_r = 0;

ß_δ = 0,022 · 0 = 0;

K’_д = 1,4 · (0,108442 / 0,108442)² – 5,3 · 0,108442 / 0,108442 + 4,9 = 1;

K_д = 1,4 · (0,0186679 / 0,108442)² – 5,3 · 0,0186679 / 0,108442 + 4,9 = 4,02911;

K_р = 0 · 0 + 1 = 1;

K_ст = 0 / 14,22 + 1 = 1;

C_CO = 0,2 · 0,5 · 36,76 = 3,676 г/нм³;

q_v = 18,66792 / 0,14 = 133,34226 кВт/м³;

q’_v = 108,442 / 0,14 = 774,58571 кВт/м³;

C’_БП = 10^-6 · 1 · (0,11 · 774,58571 – 7) / e^{3,5 · (1,1 – 1)} · 1 · 1 · 1 = 0,0000551 мг/нм³;

C_БП = 10^-6 · 1 · (0,11 · 133,34226 – 7) / e^{3,5 · (1,1 – 1)} · 4,02911 · 1 · 1 = 0,0000218 мг/нм³;

V_СГ = 0,345 · 36,76 = 12,6822 нм³/нм³.

M’^NOx₃₀₁ = 2,95 · 36,76 · 0,0337212 · 1,6 · 1 · 1,225 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,8 = 0,0057338 г/с;

M^NOx₃₀₁ = 16,015 · 36,76 · 0,0315439 · 1,6 · 1 · 1,225 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,8 = 0,0291182 т/год.

M’^NOx₃₀₄ = 2,95 · 36,76 · 0,0337212 · 1,6 · 1 · 1,225 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,13 = 0,0009317 г/с;

M^NOx₃₀₄ = 16,015 · 36,76 · 0,0315439 · 1,6 · 1 · 1,225 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,13 = 0,0047317 т/год.

M’^CO₃₃₇ = 10^-3 · 2,95 · 3,676 · (1 – 0 / 100) = 0,0108442 г/с;

M^CO₃₃₇ = 10^-3 · 16,015 · 3,676 · (1 – 0 / 100) = 0,0588711 т/год.

M’^БП₇₀₃ = (0,0000551 · 1,1 / 1,4) · 12,6822 · (2,95 · 3600 · 10^-6) · 0,000278 = 1,6213·10^-9г/с;

M^БП₇₀₃ = (0,0000218 · 1,1 / 1,4) · 12,6822 · 16,015 · 0,000001 = 3,4742·10^-9т/год.

Водогрейный котёл Альфа Е-240

Расчет выделений загрязняющих веществ выполнен в соответствии с «Методикой определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 ГКалл в час (с учетом методического письма НИИ Атмосфера № 335/33-07 от 17 мая 2000 г.)», Москва, 1999.

Таблица 1.1.2 – Исходные данные для расчета

Данные	Параметры	Коэффициенты	Одновременность
Водогрейный котёл Unical ALPHA E 240 №1 . Природный газ, газопровод Средняя Азия-Центр. Расход: B’ = 7,528 л/с, B = 79,158 тыс. нм³/год. Камерная топка. Водогрейный котел.	Горелка дутьевая напорного типа: βк = 1. Котел работает по режимной карте. Температура горячего воздуха (воздуха для дутья): tгв = 30°С. Доля воздуха подаваемого в промежуточную зону факела: δ = 0. Рециркуляции нет. Объем сухих дымовых газов рассчитывается по приближенной формуле. Теплонапряжение топочного объема рассчитывается.	Qr= 36,76 МДж/нм³; p= 0,771 кг/нм³; Qн= 0,2767293 МВт; βa= 1; βr= 0; βδ= 0; Vt= 0,5 м³; t= 4992 ч.; Sr’= 0 %; Sr= 0 %; q3= 0,2 %; q4= 0 %; K= 0,345 ; α”т= 1,1;	–

Газообразное топливо, водогрейный котел.

Оксиды азота.

M_NOx = B_p · Q^r_i · K^r_NO2 · ß_к · ß_t · ß_α · (1 – ß_r) · (1 – ß_δ) · k_П (1.1.1)

где B_p – расчетный расход топлива, л/с (тыс. нм³/год);

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

K^r_NO2 – удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г/МДж;

ß_k – безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки;

ß_t – безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения;

ß_α – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота;

ß_δ – безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру;

k_П – коэффициент пересчета, k_П = 10^-3.

Для водогрейных котлов K^г_NO2 считается по формуле (1.1.2):

K^r_NO2 = 0,0113 · √Q_Т + 0,03 (1.1.2)

где Q_Т – фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу, МВт.

Q_T определяется по формуле (1.1.3):

Q_Т = B’_р · Q^r_i · k_П (1.1.3)

где B_р – расчетный расход топлива, л/с;

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³.

k_П – коэффициент пересчета, k_П = 10^-3.

Коэффициент ß_t определяется по формуле (1.1.4):

ß_t = 1 + 0,002 · (t_гв – 30) (1.1.4)

где t_гв – температура горячего воздуха, °С.

При подаче газов рециркуляции в смеси с воздухом ß_r определяется формулой (1.1.5):

ß_r = 0,16 · √r (1.1.5)

где r – степень рециркуляции дымовых газов, %.

Коэффициент ß_δ определяется формулой (1.1.6):

ß_δ = 0,022 · δ (1.1.6)

M_NO2 = 0,8 · M_NOx (1.1.7)

M_NO = 0,13 · M_NOx (1.1.8)

Оксиды серы.

M_SO2 = 0,02 · B · ρ · S^r · (1 – η’_SO2) (1.1.9)

где B – расход натурального топлива за рассматриваемый период, л/с (тыс. нм³/год);

ρ – плотность газообразного топлива, кг/нм³;

S^r – содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η’_SO2 – доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле.

Оксид углерода.

M_CO = 10^-3 · B · C_CO · (1 – q₄ / 100) (1.1.10)

где B – расход топлива, л/с (тыс. нм³/год);

C_CO – выход оксида углерода при сжигании топлива, г/нм³;

q₄ – потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, %.

Параметр C_CO определяется по формуле (1.1.11):

C_CO = q₃ · R · Q^r_i (1.1.11)

где q₃ – потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, %;

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

Бенз(а)пирен.

М_j = c_j · V_сг · B_р · k_П (1.1.12)

V_сг – объем сухих дымовых газов, образующихся при полном сгорании 1 нм³ топлива, при α₀ = 1,4, нм³/нм³ топлива;

Расчетный расход топлива В_р, тыс. нм³/ч или тыс. нм³/год, определяется по формуле (1.1.13):

B_p = (1 – q₄ / 100) · B (1.1.13)

где B – полный расход топлива на котел тыс. нм³/ч или тыс. нм³/год

q₄ – потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %.

для α’’_T = 1,08 ÷ 1,25 по формуле (1.1.14):

с^Г_бп = 10^-6 · (0,11 · q_v – 7,0) · K_Д · K_Р · K_СТ / e^{3,5 · (α’’т – 1)} (1.1.14)

для α’’_T> 1,25 по формуле (1.1.15):

с^Г_бп = 10^-6 · (0,13 · q_v – 5,0) · K_Д · K_Р · K_СТ / (1,3 · e^{3,5 · (α’’т – 1)}) (1.1.15)

где α’’_Т – коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки;

q_V – теплонапряжение топочного объема, кВт/м³;

K_Р – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания;

c_j = c^Г_бп · α”_T / α₀ (1.1.16)

где α”_T – коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки.

Объем сухих дымовых газов может быть рассчитан по приближенной формуле (1.1.17):

V_СГ = K · Q^r_i (1.1.17)

где K – коэффициент, учитывающий характер топлива.

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг (МДж/нм³).

Расчет максимально разового и годового выделения загрязняющих веществ в атмосферу приведен ниже.

Водогрейный котёл Unical ALPHA E 240

B’_p = 7,528 · (1 – 0 / 100) = 7,528 л/с;

B_p = 79,158 · (1 – 0 / 100) = 79,158 тыс. нм³/год;

Q’_T = 7,528 · 10^-3 · 36,76 = 0,2767293 МВт;

Q_T = (79,158 / 4992 / 3600 · 10⁶) · 10^-3 · 36,76 = 0,1619173 МВт;

K’^г_NOx = 0,0113 · √0,2767293 + 0,03 = 0,0359444 г/МДж;

K^г_NOx = 0,0113 · √0,1619173 + 0,03 = 0,034547 г/МДж;

ß_t = 1 + 0,002 · (30 – 30) = 1;

ß_r = 0;

ß_δ = 0,022 · 0 = 0;

K’_д = 1,4 · (0,2767293 / 0,2767293)² – 5,3 · 0,2767293 / 0,2767293 + 4,9 = 1;

K_д = 1,4 · (0,1619173 / 0,2767293)² – 5,3 · 0,1619173 / 0,2767293 + 4,9 = 2,27821;

K_р = 0 · 0 + 1 = 1;

K_ст = 0 / 14,22 + 1 = 1;

C_CO = 0,2 · 0,5 · 36,76 = 3,676 г/нм³;

q_v = 161,91729 / 0,5 = 323,83459 кВт/м³;

q’_v = 276,72928 / 0,5 = 553,45856 кВт/м³;

C’_БП = 10^-6 · 1 · (0,11 · 553,45856 – 7) / e^{3,5 · (1,1 – 1)} · 1 · 1 · 1 = 0,000038 мг/нм³;

C_БП = 10^-6 · 1 · (0,11 · 323,83459 – 7) / e^{3,5 · (1,1 – 1)} · 2,27821 · 1 · 1 = 0,000046 мг/нм³;

V_СГ = 0,345 · 36,76 = 12,6822 нм³/нм³.

M’^NOx₃₀₁ = 7,528 · 36,76 · 0,0359444 · 1 · 1 · 1 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,8 = 0,0079575 г/с;

M^NOx₃₀₁ = 79,158 · 36,76 · 0,034547 · 1 · 1 · 1 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,8 = 0,0804212 т/год.

M’^NOx₃₀₄ = 7,528 · 36,76 · 0,0359444 · 1 · 1 · 1 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,13 = 0,0012931 г/с;

M^NOx₃₀₄ = 79,158 · 36,76 · 0,034547 · 1 · 1 · 1 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,13 = 0,0130684 т/год.

M’^CO₃₃₇ = 10^-3 · 7,528 · 3,676 · (1 – 0 / 100) = 0,0276729 г/с;

M^CO₃₃₇ = 10^-3 · 79,158 · 3,676 · (1 – 0 / 100) = 0,290985 т/год.

M’^БП₇₀₃ = (0,000038 · 1,1 / 1,4) · 12,6822 · (7,528 · 3600 · 10^-6) · 0,000278 = 2,8505·10^-9г/с;

M^БП₇₀₃ = (0,000046 · 1,1 / 1,4) · 12,6822 · 79,158 · 0,000001 = 3,6244·10^-8т/год.

Паровой котёл Бустер ВОР 500

Количественная и качественная характеристика загрязняющих веществ, выделяющихся в атмосферу от котлоагрегата, приведена в таблице 1.1.1.

Таблица 1.1.2 – Исходные данные для расчета

Данные	Параметры	Коэффициенты	Одновременность
Паровойкотёл BOOSTER BOP-500GN. Природный газ, газопровод Средняя Азия-Центр. Расход: B’ = 11,8 л/с, B = 105,178 тыс. нм³/год. Камерная топка. Паровой котел.	Горелка дутьевая напорного типа: βк = 1. Котел работает по режимной карте. Температура горячего воздуха (воздуха для дутья): tгв = 30°С. Доля воздуха подаваемого в промежуточную зону факела: δ = 0. Рециркуляции нет. Объем сухих дымовых газов рассчитывается по приближенной формуле. Теплонапряжение топочного объема рассчитывается.	Qr= 36,76 МДж/нм³; p= 0,771 кг/нм³; Dн= 0,6 т/ч; Dф= 0,542197 т/ч; D’ф=0,54221т/ч; βa= 1; βr= 0; βδ= 0; Vt= 0,5 м³; t= 8760 ч.; Sr’= 0 %; Sr= 0 %; q3= 0,2 %; q4= 0 %; K= 0,345 ; α”т= 1,1;	–

Газообразное топливо, паровой котел.

Оксиды азота.

M_NOx = B_p · Q^r_i · K^r_NO2 · ß_к · ß_t · ß_α · (1 – ß_r) · (1 – ß_δ) · k_П (1.1.1)

где B_p – расчетный расход топлива, л/с;

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

K^r_NO2 – удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г/МДж;

ß_k – безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки;

ß_t – безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения;

ß_α – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота;

ß_δ – безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру;

k_П – коэффициент пересчета, k_П = 10^-3.

K^r_NO2 = 0,01 · √D + 0,03 (1.1.2)

где D – фактическая паропроизводительность котла, т/ч.

Коэффициент ß_t определяется по формуле (1.1.3):

ß_t = 1 + 0,002 · (t_гв – 30) (1.1.3)

где t_гв – температура горячего воздуха, °С.

При подаче газов рециркуляции в смеси с воздухом ß_r определяется формулой (1.1.4):

ß_r = 0,16 · √r (1.1.4)

где r – степень рециркуляции дымовых газов, %.

Коэффициент ß_δ определяется формулой (1.1.5):

ß_δ = 0,022 · δ (1.1.5)

M_NO2 = 0,8 · M_NOx (1.1.6)

M_NO = 0,13 · M_NOx (1.1.7)

Оксиды серы.

Суммарное количество оксидов серы M_SO2, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами ( г/с, т/год), вычисляется по формуле (1.1.8):

M_SO2 = 0,02 · B · S^r · (1 – η’_SO2) (1.1.8)

где B – расход натурального топлива за рассматриваемый период, л/с (тыс. нм³/год);

S^r – содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η’_SO2 – доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле.

Оксид углерода.

Оценка суммарного количества выбросов оксида углерода, г/с (т/год), может быть выполнена по соотношению (1.1.9):

M_CO = 10^-3 · B · C_CO · (1 – q₄ / 100) (1.1.9)

где B – расход топлива, л/с (тыс. нм³/год);

C_CO – выход оксида углерода при сжигании топлива, г/нм³;

q₄ – потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, %.

Параметр C_CO определяется по формуле (1.1.10):

C_CO = q₃ · R · Q^r_i (1.1.10)

где q₃ – потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, %;

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

Бенз(а)пирен.

Суммарное количество M_j загрязняющего вещества j, поступающего в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год), определяется по формуле (1.1.11):

М_j = c_j · V_сг · B_р · k_П (1.1.11)

где c_j – массовая концентрация загрязняющего вещества j в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха α₀ = 1,4 и нормальных условиях, мг/нм³;

V_сг – объем сухих дымовых газов, образующихся при полном сгорании 1 нм³ топлива, при α₀ = 1,4, нм³/нм³ топлива;

B_р – расчетный расход топлива; при определении выбросов в г/сB_р берется в тыс. нм³/ч; при определении выбросов в т/гB_р берется в тыс. нм³/год;

Расчетный расход топлива В_р, тыс. нм³/ч или тыс. нм³/год, определяется по формуле (1.1.12):

B_p = (1 – q₄ / 100) · B (1.1.12)

где B – полный расход топлива на котел тыс. нм³/ч или тыс. нм³/год

q₄ – потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %.

Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм3, в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны промтеплоэнергетических котлов малой мощности определяется следующим образом:

для α’’_T = 1,08 ÷ 1,25 по формуле (1.1.13):

с^Г_бп = 10^-3 · (0,059 + 0,079 · 10^-3 · q_v) · K_Д · K_Р · K_СТ / e^{3,8 · (α’’т – 1)} (1.1.13)

для α’’_T> 1,25 по формуле (1.1.14):

с^Г_бп = 10^-3 · (0,032 + 0,043 · 10^-3 · q_v) · K_Д · K_Р · K_СТ / e^{1,14 · (α’’т – 1)} (1.1.14)

где α’’_Т – коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки;

q_V – теплонапряжение топочного объема, кВт/м³;

K_Р – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания;

K_СТ – коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания.

Для расчета максимальных и валовых выбросов концентрация бенз(а)пирена приводятся к избыткам воздуха α₀ = 1,4 по формуле (1.1.15):

c_j = c^Г_бп · α”_T / α₀ (1.1.15)

где α”_T – коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки.

Объем сухих дымовых газов может быть рассчитан по приближенной формуле (1.1.16):

V_СГ = K · Q^r_i (1.1.16)

где K – коэффициент, учитывающий характер топлива.

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг (МДж/нм³).

Расчет максимально разового и годового выделения загрязняющих веществ в атмосферу приведен ниже.

Паровой котёл BOOSTER BOP-500GN

B’_p = 11,8 · (1 – 0 / 100) = 11,8 л/с;

B_p = 105,178 · (1 – 0 / 100) = 105,178 тыс. нм³/год;

Q’_T = 11,8 · 10^-3 · 36,76 = 0,54221 МВт;

Q_T = (105,178 / 8760 / 3600 · 10⁶) · 10^-3 · 36,76 = 0,1532512 МВт;

K’^г_NOx = 0,01 · √0,54221 + 0,03 = 0,0373635 г/МДж;

K^г_NOx = 0,01 · √0,1532512 + 0,03 = 0,0339147 г/МДж;

ß_t = 1 + 0,002 · (30 – 30) = 1;

ß_r = 0;

ß_δ = 0,022 · 0 = 0;

K’_д = 1,4 · (0,54221 / 0,6)² – 5,3 · 0,54221 / 0,6 + 4,9 = 1,25378;

K_д = 1,4 · (0,1532512 / 0,6)² – 5,3 · 0,1532512 / 0,6 + 4,9 = 3,637615;

K_р = 0 · 0 + 1 = 1;

K_ст = 0 / 14,22 + 1 = 1;

C_CO = 0,2 · 0,5 · 36,76 = 3,676 г/нм³;

q_v = 122,60094 / 0,5 = 245,20188 кВт/м³;

q’_v = 433,768 / 0,5 = 867,536 кВт/м³;

C’_БП = 10^-3 · (0,59 + 0,079 · 10^-3 · 867,536) / e^{3,8 · (1,1 – 1)} · 1,25378 · 1 · 1 = 0,0001094 мг/нм³;

C_БП = 10^-3 · (0,59 + 0,079 · 10^-3 · 245,20188) / e^{3,8 · (1,1 – 1)} · 3,637615 · 1 · 1 = 0,000195 мг/нм³;

V_СГ = 0,345 · 36,76 = 12,6822 нм³/нм³.

M’^NOx₃₀₁ = 11,8 · 36,76 · 0,0373635 · 1 · 1 · 1 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,8 = 0,0129657 г/с;

M^NOx₃₀₁ = 105,178 · 36,76 · 0,0339147 · 1 · 1 · 1 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,8 = 0,1049008 т/год.

M’^NOx₃₀₄ = 11,8 · 36,76 · 0,0373635 · 1 · 1 · 1 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,13 = 0,0021069 г/с;

M^NOx₃₀₄ = 105,178 · 36,76 · 0,0339147 · 1 · 1 · 1 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,13 = 0,0170464 т/год.

M’^CO₃₃₇ = 10^-3 · 11,8 · 3,676 · (1 – 0 / 100) = 0,0433768 г/с;

M^CO₃₃₇ = 10^-3 · 105,178 · 3,676 · (1 – 0 / 100) = 0,386634 т/год.

M’^БП₇₀₃ = (0,0001094 · 1,1 / 1,4) · 12,6822 · (11,8 · 3600 · 10^-6) · 0,000278 = 1,2868·10^-8г/с;

M^БП₇₀₃ = (0,000195 · 1,1 / 1,4) · 12,6822 · 105,178 · 0,000001 = 0,0000002 т/год.

Водогрейный котёл Турботерм-Стандарт-250

Таблица 1.1.2 – Исходные данные для расчета

Данные	Параметры	Коэффициенты	Одновременность
Водогрейный котёл Турботерм-Стандарт-250. Природный газ, газопровод Средняя Азия-Центр. Расход: B’ = 5,56 л/с, B = 20,01875 тыс. нм³/год. Камерная топка. Водогрейный котел.	Горелка дутьевая напорного типа: βк = 1. Котел работает по режимной карте. Температура горячего воздуха (воздуха для дутья): tгв = 30°С. Доля воздуха подаваемого в промежуточную зону факела: δ = 0. Рециркуляции нет. Объем сухих дымовых газов рассчитывается по приближенной формуле. Теплонапряжение топочного объема рассчитывается.	Qr= 36,76 МДж/нм³; p= 0,771 кг/нм³; Qн= 0,2043856 МВт; βa= 1; βr= 0; βδ= 0; Vt= 0,3 м³; t= 2496 ч.; Sr’= 0 %; Sr= 0 %; q3= 0,2 %; q4= 0 %; K= 0,345 ; α”т= 1,1;	–

Газообразное топливо, водогрейный котел.

Оксиды азота.

M_NOx = B_p · Q^r_i · K^r_NO2 · ß_к · ß_t · ß_α · (1 – ß_r) · (1 – ß_δ) · k_П (1.1.1)

где B_p – расчетный расход топлива, л/с (тыс. нм³/год);

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

K^r_NO2 – удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г/МДж;

ß_k – безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки;

ß_t – безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения;

ß_α – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота;

ß_δ – безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру;

k_П – коэффициент пересчета, k_П = 10^-3.

Для водогрейных котлов K^г_NO2 считается по формуле (1.1.2):

K^r_NO2 = 0,0113 · √Q_Т + 0,03 (1.1.2)

где Q_Т – фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу, МВт.

Q_T определяется по формуле (1.1.3):

Q_Т = B’_р · Q^r_i · k_П (1.1.3)

где B_р – расчетный расход топлива, л/с;

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³.

k_П – коэффициент пересчета, k_П = 10^-3.

Коэффициент ß_t определяется по формуле (1.1.4):

ß_t = 1 + 0,002 · (t_гв – 30) (1.1.4)

где t_гв – температура горячего воздуха, °С.

При подаче газов рециркуляции в смеси с воздухом ß_r определяется формулой (1.1.5):

ß_r = 0,16 · √r (1.1.5)

где r – степень рециркуляции дымовых газов, %.

Коэффициент ß_δ определяется формулой (1.1.6):

ß_δ = 0,022 · δ (1.1.6)

M_NO2 = 0,8 · M_NOx (1.1.7)

M_NO = 0,13 · M_NOx (1.1.8)

Оксиды серы.

M_SO2 = 0,02 · B · ρ · S^r · (1 – η’_SO2) (1.1.9)

где B – расход натурального топлива за рассматриваемый период, л/с (тыс. нм³/год);

ρ – плотность газообразного топлива, кг/нм³;

S^r – содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η’_SO2 – доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле.

Оксид углерода.

M_CO = 10^-3 · B · C_CO · (1 – q₄ / 100) (1.1.10)

где B – расход топлива, л/с (тыс. нм³/год);

C_CO – выход оксида углерода при сжигании топлива, г/нм³;

q₄ – потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, %.

Параметр C_CO определяется по формуле (1.1.11):

C_CO = q₃ · R · Q^r_i (1.1.11)

где q₃ – потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, %;

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

Бенз(а)пирен.

М_j = c_j · V_сг · B_р · k_П (1.1.12)

V_сг – объем сухих дымовых газов, образующихся при полном сгорании 1 нм³ топлива, при α₀ = 1,4, нм³/нм³ топлива;

Расчетный расход топлива В_р, тыс. нм³/ч или тыс. нм³/год, определяется по формуле (1.1.13):

B_p = (1 – q₄ / 100) · B (1.1.13)

где B – полный расход топлива на котел тыс. нм³/ч или тыс. нм³/год

q₄ – потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %.

для α’’_T = 1,08 ÷ 1,25 по формуле (1.1.14):

с^Г_бп = 10^-6 · (0,11 · q_v – 7,0) · K_Д · K_Р · K_СТ / e^{3,5 · (α’’т – 1)} (1.1.14)

для α’’_T> 1,25 по формуле (1.1.15):

с^Г_бп = 10^-6 · (0,13 · q_v – 5,0) · K_Д · K_Р · K_СТ / (1,3 · e^{3,5 · (α’’т – 1)}) (1.1.15)

где α’’_Т – коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки;

q_V – теплонапряжение топочного объема, кВт/м³;

K_Р – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания;

c_j = c^Г_бп · α”_T / α₀ (1.1.16)

где α”_T – коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки.

Объем сухих дымовых газов может быть рассчитан по приближенной формуле (1.1.17):

V_СГ = K · Q^r_i (1.1.17)

где K – коэффициент, учитывающий характер топлива.

Q^r_i – низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг (МДж/нм³).

Расчет максимально разового и годового выделения загрязняющих веществ в атмосферу приведен ниже.

Водогрейный котёл Турботерм-Стандарт-250

B’_p = 5,56 · (1 – 0 / 100) = 5,56 л/с;

B_p = 20,01875 · (1 – 0 / 100) = 20,01875 тыс. нм³/год;

Q’_T = 5,56 · 10^-3 · 36,76 = 0,2043856 МВт;

Q_T = (20,01875 / 2496 / 3600 · 10⁶) · 10^-3 · 36,76 = 0,0818965 МВт;

K’^г_NOx = 0,0113 · √0,2043856 + 0,03 = 0,0351086 г/МДж;

K^г_NOx = 0,0113 · √0,0818965 + 0,03 = 0,0332338 г/МДж;

ß_t = 1 + 0,002 · (30 – 30) = 1;

ß_r = 0;

ß_δ = 0,022 · 0 = 0;

K’_д = 1,4 · (0,2043856 / 0,2043856)² – 5,3 · 0,2043856 / 0,2043856 + 4,9 = 1;

K_д = 1,4 · (0,0818965 / 0,2043856)² – 5,3 · 0,0818965 / 0,2043856 + 4,9 = 3,00109;

K_р = 0 · 0 + 1 = 1;

K_ст = 0 / 14,22 + 1 = 1;

C_CO = 0,2 · 0,5 · 36,76 = 3,676 г/нм³;

q_v = 81,89651 / 0,3 = 272,98836 кВт/м³;

q’_v = 204,3856 / 0,3 = 681,28533 кВт/м³;

C’_БП = 10^-6 · 1 · (0,11 · 681,28533 – 7) / e^{3,5 · (1,1 – 1)} · 1 · 1 · 1 = 0,0000479 мг/нм³;

C_БП = 10^-6 · 1 · (0,11 · 272,98836 – 7) / e^{3,5 · (1,1 – 1)} · 3,00109 · 1 · 1 = 0,0000487 мг/нм³;

V_СГ = 0,345 · 36,76 = 12,6822 нм³/нм³.

M’^NOx₃₀₁ = 5,56 · 36,76 · 0,0351086 · 1 · 1 · 1 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,8 = 0,0057406 г/с;

M^NOx₃₀₁ = 20,01875 · 36,76 · 0,0332338 · 1 · 1 · 1 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,8 = 0,0195651 т/год.

M’^NOx₃₀₄ = 5,56 · 36,76 · 0,0351086 · 1 · 1 · 1 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,13 = 0,0009328 г/с;

M^NOx₃₀₄ = 20,01875 · 36,76 · 0,0332338 · 1 · 1 · 1 · (1 – 0) · (1 – 0) · 0,001 · 0,13 = 0,0031793 т/год.

M’^CO₃₃₇ = 10^-3 · 5,56 · 3,676 · (1 – 0 / 100) = 0,0204386 г/с;

M^CO₃₃₇ = 10^-3 · 20,01875 · 3,676 · (1 – 0 / 100) = 0,0735889 т/год.

M’^БП₇₀₃ = (0,0000479 · 1,1 / 1,4) · 12,6822 · (5,56 · 3600 · 10^-6) · 0,000278 = 2,6547·10^-9г/с;

M^БП₇₀₃ = (0,0000487 · 1,1 / 1,4) · 12,6822 · 20,01875 · 0,000001 = 9,715·10^-9т/год.