3 Моделювання показника утворення 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 різного виду. 

Предмет дослідження – утворення   забруднюючих   речовин   в

         топках котлоагрегатів при спалювання палива різного виду.

Завдання – розрахувати   масу   домішок   в   димових  газах  при

              спалюванні палива різного виду в топках котлоагрегатів.

 

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, використовуваного в нашій  країні, є донецьке вугілля. Основним видом рідкого  палива є пічне паливо (солярка). Як газоподібне паливо використовують природний газ. Параметри окремих видів палива наведені в табл.3.1.

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 ;                   (3.1)

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),                                                    (3.2)

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 двуокис сірки), що викидаються в атмосферу з димовими газами котлоагрегатів за одиницю часу при спалюванні твердого палива або рідкого, виконується за формулою 

 

        М(SO2)= 0,02 ∙ В ∙ S (1 - hs) (1 - hy),                                 (3.3)

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

         S -  вміст сірки в 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 уловлюється 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),                               (3.4)

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

         Q -  теплота  сгорання 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),          (3.5)

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 сгорання палива, МДж/кг, Дж/куб.м ;

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

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

         R - коефіцієнт, що враховує частку втрати теплоти, обумовленої наявністю в продуктах сгорання 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. 3.1.

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].                        (3.6)

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

 

Алгоритм виконання роботи

Виписати вихідні параметри джерела згідно з варіантом завдання (табл.3.2).

Розрахувати необхідні витрати натурального палива різного виду (твердого, рідкого, газоподібного за даними табл.3.1 відповідно за рік та за с) і занести ці результати в табл. 3.3.

Розрахувати викиди в атмосферу відповідних забруднюючих домішок при роботі джерела на кожному із видів палива (твердому, рідкому,  газоподібному) за рік (формули 3.2,  3.3, 3.4, 3.5, табл. 3.1) та занести ці результати в табл. 3.4. 

Розрахувати максимально можливу величину викиду за с та за рік (ф-ла 3.6) при роботі на кожному із видів палива та занести ці результати в табл. 3.4.

Порівняти обсяги викидів кожної окремої домішки при роботі джерела на різних видах палива та дати короткий аналіз. 

Сформулювати стислі висновки за  результатами роботи.

 

 

 

     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. 3.4).

Короткий аналіз  результатів розрахунків.

Стислі висновки щодо результатів роботи.

 

 

 

 Таблиця 3.1 – Параметри натурального палива різного виду

 Таблиця 3.2 - Варіанти завдання вихідних параметрів для

                                       об’єктів дослідження   

Таблиця 3.3 – Результати  розрахунку  витрати  натурального

                     палива при заданій потребі в умовному паливі Во

 

Таблиця 3.4 – Результати розрахунку величини викидів домішок

                                 в атмосферу при сгоранні палива

 

Питання для самоконтролю

Назвати та охарактеризувати параметри системи.

Що необхідно і достатньо вказати, щоб задати екосистему?

Яку роль відіграють моделі в накопиченні знань та досвіду?

Охарактеризувати процес імітації та вказати його роль в дослідженні та моделюванні екосистем. 

Дати визначення поняття моделі, проаналізувати причинно-наслідкові зв’язки та навести приклади і зробити висновки. .

Визначити об’єкт моделювання в екології, навести приклади.

Дати визначення поняття моделі, вказати її призначення, функції, об’єкт, проаналізувати причинно-наслідкові зв’язки та зробити висновки.

Дати визначення поняття процесу моделювання, проаналізувати причинно-наслідкові зв’язки цього процесу та зробити висновки.

Перелічити чотири складові принципової загальної схеми моделювання екооб'єкта та проаналізувати причинно-наслідкові зв’язки між ними.

Вказати три послідовні етапи процесу моделювання екосистем, проаналізувати логічні та причинно-наслідкові зв’язки й зробити висновки.

Назвати три послідовні етапи процесу моделювання екосистеми, дати характеристику кожному етапу та провести порівняльний аналіз.

Описати суть методу ітераційного (покрокового) наближення, охарактеризувати його особливості та проаналізувати.