1   Моделювання показника маси домішок у димових газах  при спалюванні палива 

Мета роботи – засвоїти методику та набути практичних навичок

          розрахунку маси домішок при спалюванні палива.  

Об’єкт дослідження  - паливо. 

Предмет дослідження – маса утворення продуктів горіння в

         топках котлоагрегатів при спалюванні палива.

Завдання – розрахувати масу домішок у димових газах при

         спалюванні палива різного виду.

Основні науково-теоретичні положення

Методичні основи моделювання обсягів (Mi) викидів шкідливих речовин в атмосферу при заданих параметрах джерела (Н, Д, Тф, Во)  зводяться до виконання таких етапів:

     - розрахунок величини необхідних витрат палива конкретного виду (твердого, рідкого, газоподібного) при заданому значенні величини  потреби в умовному паливі;

     - розрахунок величини маси викиду в атмосферу конкретної  забруднюючої речовини (за рік) при роботі цього джерела на даному виді палива в номінальному робочому режимі;

     - розрахунок величини максимально можливого викиду даної  домішки в атмосферу за одну секунду при роботі в максимальному режимі на даному виді палива (10-кратне перевантаження  стосовно номінального режиму роботи).

Основним видом твердого палива в нашій  країні є донецьке вугілля. Основним видом рідкого  палива є пічне паливо. Як газоподібне паливо використовують природний газ.

При  заданій  річній  потребі   в  умовному  паливі Во, т/рік, необхідній для забезпечення роботи джерела (котлоагрегата), перехід до конкретного виду натурального палива здійснюється за допомогою коефіцієнтів зведення із співвідношення

1 т вугілля = 1 т умовн. палива  / 0,85 ;

1 т рідкого палива = 1 т  ум. палива/0,56 ;                  

1000 куб.м газу = 1 т ум. палива  / 0,73.  

Розрахунок величини викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря за рік при спалюванні палива в топках котлоагрегатів виконується згідно з такою методикою.

Розрахунок величини викидів твердих  частинок  леткої золи і недогорілого палива, що викидаються в атмосферу з димовими газами за одиницю часу при спалюванні твердого палива або ж рідкого, виконується за формулою 

     Мтв = В ∙ А ∙ f (1 - hт),                                                      (1.1)

де  В – витрати палива, т/рік;

      А -  зольність палива в робочому стані, %;

      hт - частка твердих частинок, що вловлюються в золоуловлювачах, відсотків або часток одиниці.

Параметр (f) згідно з методикою для комунальних котлоагрегатів має такі значення:

     для топок, що працюють на вугіллі,  fтв=0,0011;

     для топок, що працюють на  мазуті,  fм= 0,01;

     для топок, що працюють на природному газі, fгаз = 0.

Розрахунок величини викидів оксидів сірки (у перерахунку на двоокис сірки), що викидаються в атмосферу з димовими газами котлоагрегатів за одиницю часу при спалюванні твердого  або рідкого палива, виконується за формулою 

        М(SO2)= 0,02 ∙ В ∙ S (1 - hs) (1 - hy),                               (1.2)

де  В – витрати твердого, рідкого, т/рік, чи газоподібного, тис.куб.м /рік, палива;

         S -  вміст сірки у твердому, рідкому,  %,  чи газоподібному  паливі, мг/куб.м;

        hs - частка  оксидів  сірки,  зв’язаних леткою золою палива (для вугілля  hв = 0,1; для мазуту hм = 0,02,  для газу hг = 0);

        hy - частка оксидів сірки, що вловлюється в золоуловлювачах (для сухих золоуловлювачів hy=0;  для мокрих - залежно від лужності зрошувальної води).

    Кількість оксидів азоту (в перерахунку на NO2), що викидається за одиницю часу, розраховується за формулою

         М(NO2) = 0,001 ∙  В ∙  Q ∙  Kп  (1 - Р),                               (1.3)

де     В – витрати натурального палива за досліджуваний період часу,  т/рік, тис.куб.м /рік;

         Q -  теплота  згоряння палива,  МДж/кг, МДж/ куб.м;

        Кп -  параметр, що характеризує кількість оксидів азоту, які утворюються на один ГДж тепла,   кг/ГДж;

        Р - коефіцієнт, що залежить від ступеня зниження  викидів   оксиду азоту в результаті застосування технічних рішень.

   Розрахунок величини викидів оксидів вуглецю за одиницю часу виконується за формулою

      М(CO) = 0,001 ∙  B ∙  Q ∙  R ∙  gx ∙  KC (1 - 0,01gm),          (1.4)

де     В – витрати палива, т/рік, тис.куб.м /рік;

         С - вихід оксиду вуглецю при спалюванні палива, кт/т, кт/тис.куб.м,  за умови,  що  С = gm ∙  Q ∙  R;

         Q - теплота сгоряння палива, МДж/кг, Дж/куб.м ;

         gm - втрати теплоти внаслідок механічної неповноти згоряння палива, %;

         gx -  втрати теплоти  внаслідок хімічної неповноти згоряння палива, %;

         R - коефіцієнт, що враховує частку втрати теплоти, обумовленої наявністю в продуктах згоряння оксиду вуглецю (Rтв =1;  Rгаз = 0,5; Rмаз = 0,65);

         КС – кількість оксиду вуглецю на одиницю теплоти, що виділяється при горінні палива, кг/Дж (КС = 1 кг/Дж).

За відсутності експлуатаційних даних значення gm і gx беруться  згідно з табл. 1.2.

Величину максимально можливої маси викиду певної речовини за одиницю часу при роботі джерела із 10-разовим перевантаженням можна розрахувати за формулою 

 Мmax =  0,03162  M  [т/рік, г/с, куб.м /с].                        (1.5)

Таким чином, ця методика дозволяє розраховувати витрати  палива різного виду (твердого, рідкого, газоподібного) при заданій потребі в умовному паливі, а також визначити величину викидів домішок в атмосферу при згорянні цього палива.

Алгоритм виконання роботи

Виписати вихідні параметри джерела згідно з варіантом завдання (табл.1.1).

Розрахувати необхідні витрати натурального палива різного виду (твердого, рідкого, газоподібного за даними табл.1.2 відповідно за рік та за секунду).

      Занести ці результати до табл. 1.3.

Розрахувати викиди в атмосферу відповідних забруднюючих домішок при роботі джерела на кожному із видів палива (твердому, рідкому,  газоподібному) за рік (формули 1.1,  1.2, 1.3, 1.4  і табл. 1.2).

       Занести ці результати до табл. 1.4. 

Розрахувати максимально можливу величину викиду за секунду та за рік (ф-ла 1.5) при роботі на кожному із видів палива.

      Занести ці результати до табл. 1.4.

Порівняти обсяги викидів кожної окремої забруднюючої речовини, утворюваної при спалюванні різних видів палива, та зробити короткий аналіз. 

Сформулювати стислі висновки за  результатами роботи.

 Таблиця 1.1 - Варіанти задання вихідних параметрів джерела

                               для  об’єктів дослідження   

 

 Таблиця 1.2 – Параметри натурального палива різного виду

 

  Таблиця 1.3 – Результати  розрахунку  витрати  натурального

                     палива при заданій потребі в умовному паливі Во

  Таблиця 1.4 – Результати розрахунку величини маси викидів

        забруднюючих речовин в атмосферу при згорянні палива

 

     Вимоги щодо оформлення результатів роботи

      Звіт повинен містити:

1   Вихідні дані згідно із заданим варіантом завдання.

Результати всіх послідовних розрахунків (пп.2, 3, 4) згідно із схемою (табл. 1.4).

Короткий аналіз  результатів розрахунків.

Стислі висновки щодо результатів роботи.

 

Питання для самоконтролю

1    Визначити поняття „атмосфера”.

2    Визначити поняття „повітря”.

3    Визначити поняття „забруднення атмосфери”.

4    Визначити поняття „небезпека забруднення атмосфери”.

5    Визначити поняття „якість повітря”.

6    Визначити поняття „рівень забруднення атмосфери”.

7    Визначити поняття „зона забруднення атмосфери”.

8    Перелічити види джерел забруднення атмосфери. 

9    Перелічити типи джерел забруднення атмосфери. 

10  Назвати класи джерел забруднення атмосфери за висотою.

11  Написати формулу перегріву факела (формула).

12  Зазначити графічно положення осі факела над поверхнею землі залежно від перегріву факела (графік).

13    Зазначити графічно розподіл концентрації домішки всередені тіла факела по його осі (графік).

14   Написати формулу коефіцієнта підйому факела (формула).

15    Форма факела  за наявності інверсії (рисунок).  

16    Форма факела за відсутності вітру (рисунок).     

17    Форма факела при сильному вітрі і штилі (рисунок).     

18    Форма факела при слабкій конвекції (рисунок).      

19    Форма факела при сильній конвекції (рисунок).        

20   Форма факела при викиді над інверсійним шаром (рисунок).

21   Форма факела при викиді в тіло інверсійного шару (рисунок).