Оглавление Раздел 1. Исходные данные............................................................................................ 2 Раздел 2. Определение выбросов в атмосферу и эффективности очистных установок. ......................................................................................................................... 3 Раздел 3. Определение приземной концентрации вредных веществ и высоты дымовой трубы. ............................................................................................................... 8 Раздел 4. Оценка ущерба от загрязнения атмосферы. ............................................... 17 Раздел 5. Теплотехнический расчет ............................................................................ 19 Список использованных источников. ......................................................................... 24 Раздел 1. Исходные данные. 1.1. Характеристики электростанции, оборудования 1.1.1. Электрическая мощность : nxW=6x250МВт. 1.1.2. Расход условного топлива на 1 кВт*ч выработанной энергии qy=345 кг 1.1.3. Число часов работы электростанции в год – Tгод=5000 ч/год 1.1.4. Способ удаления шлака из котла: 1.1.5. Дымовые газы от 3-х агрегатов выбрасываются в многоствольную дымовую трубу в МК башне 1.2. Вид, характеристики топлива, продуктов сгорания 1.2.1. Вид топлива: мазут 1.2.2. Характеристики топлива (по приложению 1б) Н. Новгород №13: -теплота сгорания Q=40,23 МДж/кг -зольность A=0,029% -сернистость S=2,19% -плотность – 0,950 т/м3 -марка мазута – 100 -объем дымовых газов v=10,9-11,1 нм3 1.3. Характеристики установок по очистке дымовых газов 1.3.1. Эффективность, КПД золоуловителей: определяется расчётом 1.3.2. Эффективность, КПД установок по очистке от оксидов серы: определяется расчётом 1.3.3. Эффективность, КПД установок по очистке от оксидов азота: установки отсутствуют 1.3.4. Эффективность, КПД установок по очистке от «мазутной золы»: установки отсутствуют 1.4. Характеристики района строительства 1.4.1. Район строительства: г. Мурманск Климатические характеристики (по СНиП 2.01.01.-82): -средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца – 17,4 oC -среднегодовая скорость ветра – 4,9 м/с -Коэффициент A, учитывающий температурную стратификацию атмосферы равен 160(зависит от конкретного географического пункта и определяется по рекомендациям п.3.2.2.) 1.4.2. Фоновая концентрация вредных веществ Сф в долях ПДК, т.е. Сф/ПДК: для оксидов азота – 0,1ПДК; для оксидов серы – 0,1ПДК. 1.4.3. Размеры относительных площадей (по типам) загрязняемых территорий (населенные пункты с плотностью населения ): 0,5 га Раздел 2. Определение выбросов в атмосферу и эффективности очистных установок. 2.1. Расход топлива по формуле (2.1а): B = qy * 29,308 𝑄 *W*t , г/c, т/год 𝑞 𝑦 − удельный расход условного топлива, кг/кВтч; 29,308 МДж/кг – теплота сгорания условного топлива Q – теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг W – электрическая мощность электростанции, кВт; при р одинаковых энергоблоках с мощностью каждого w определяется как W=p*w; t- время, за которое определяется расход топлива; для дальнейших расчетов требуются данные о расходе топлива в секунду (г/с) и в год (т/год); Дано: 𝑞 𝑦 = 0,297 кг/кВтч W = 250 * 3 = 750 МВт = 750000кВт Q=40,23 МДж/кг t=5000 ч/год Решение: 𝐵 = 0,297 ∗ 29,308/40,23 ∗ 750000 ∗ 5000 = 811380 т/год 𝐵 = 0,297 ∗ 29,308/40,23 ∗ 750000 = 162275 кг/ч = 45076 г/с Расход условного топлива на электростанции В 𝑦 можно определить по формулам: В𝑦 = 𝑞 𝑦 ∗ 𝑊 ∗ 𝑡 𝐵 𝑦 = 0,297 ∗ 750000 ∗ 5000 = 1113750 т/год 𝐵𝑦 = 0,297 ∗ 750000 = 222750 кг/ч =222,75 т/ч= 61875 г/с 2.2. Масса образующихся вредных веществ 2.2.1. Масса оксидов серы – по формуле (2.3): М’SO = B*(2*S)*(1-η’SO) , г/c, т/год М’SO = 1622758*(2*0,0219)*(1-0,02) = 69655 т/год М’SO = 90153*(2*0,0219)*(1-0,02) = 3869 т/год 2.2.2. Масса оксидов азота, образующихся при сжигании топлива и уносимых с дымовыми газами, определяется по эмпирическим формулам и зависит от вида и расхода топлива, особенностей его сжигания в котле, способа шлакоудаления и других факторов. Ориентировочно оценить выбросы в пересчете на диоксид азота 𝑁𝑂2 можно по формуле: М𝑁𝑂 , = В ∗ 10−3 ∗ 𝐾 ∗ (1 − 𝑞4 100 ) * 𝛽1 ∗ 𝛽2 ∗ 𝛽3 г/с, т/год В – расход топлива за рассматриваемый период К – коэффициент, характеризующий выход оксидов азота в зависимости от паропроизводительности котла D (т/ч) 𝛽1 − коэффициент, учитывающий вид топлива, содержание азота в топливе, коэффициент избытка воздуха 8 𝛽2 − коэффициент, учитывающий особенности конструкции горелок, наличие рециркуляции дымовых газов в котле и другие мероприятия, способствующие снижению образования оксидов азота 𝛽3 − коэффициент, учитывающий способ шлакоудаления для мазута Дано: 𝛽1 = 1 𝛽2 = 0,7 𝛽3 = 1 𝑞4 = 0 для мазута В𝑦 = 445,5 т/ч Решение: К = 12*D/(200+D) D=3,3 * w = 3,3 * 250 = 825 т/ч К = 12*825/(200+825) = 9,65 М𝑁𝑂 , = 445,5 ∗ 0,001 ∗ 9,65 ∗ 0,7 ∗ 1 ∗ 1 = 3,01 т/ч = 836,1 г/с 2.3 Количество ванадия, уносимое из котла с дымовыми газами при сжигании мазута, определяется по формуле: Мv = В ∗ ( 𝑉m/ 100) ∗ (1 − 𝜂𝑜𝑐 ) B – расход топлива 𝑉m – содержание ванадия в мазуте, % 𝜂𝑜𝑐 − коэффициент оседания мазута на поверхностях нагрева котла Если известна зольность мазута А М, %, то содержание ванадия в мазуте можно оценить по формуле: 𝑉 𝑀 = А М * 0,4 * 1/1,8 Дано: А М = 0,029% В = 90153 г/с = 1622758 т/год 𝜂𝑜𝑐 = 0 Решение: 𝑉 𝑀 = 0,029 ∗ 0,4 ∶ 1,8 = 0,0065% М𝑉 , = 1622758 ∗ ( 0,0065/100 ) = 105,47 т/год М𝑉 , = 90153 ∗ ( 0,0065/100 ) = 5,85 г/с 2.3. Объем дымовых газов, выбрасываемых в трубу определяем по формуле (2.6.): V = B*v , м3/с V = 90153*0,0065= 585,99 м3/с 2.4 Определение эффективности очистных установок Содержание вредных веществ в дымовых газах, выходящих из котлов, определяется по формуле: 𝑚 = 𝑀′ 𝑉 мг/м 3 𝑀′ − масса конкретного вредного вещества в единицу временив мг/м 3 V – объем дымовых газов Величина выбросов из дымовой трубы в атмосферу строго регламентирована, за исключением мазутной золы. Необходимость в очистке определяется путем сравнения значений m с нормативами 𝑛𝑜 . Необходимая степень очистки дымовых газов (КПД очистных установок) определяется по формуле: η=(1- 𝑛𝑜/𝑚 ) * 100% 𝑛𝑜- нормативная величина удельного выброса m - удельное содержание вредного вещества в дымовых газах - для установки очистки от оксидов серы Дано: 𝑛𝑠𝑜= 700 мг/м 3 V = 585,99 м 3 /с 𝑀′ = 3869 г/с Решение: 𝑚𝑠𝑜 = 3869000/585,99 = 6602,5 мг/м 3 𝜂𝑠𝑜=(1- 700/6602,5 ) ∗ 100% = 89,39% - для установки очистки от оксидов азота Дано: 𝑛𝑁𝑂=250 мг/м 3 V = 585,99 м 3 /с 𝑀 ′ = 836,1 г/с Решение: 𝑚𝑁𝑂 = 836100/585,99 = 1426 мг/ м 3 𝜂𝑁𝑂=(1 – 250/1426 ) ∗ 100% = 82,46% 2.5 Определение массы вредных веществ, выбрасываемых из дымовой трубы Масса каждого из вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу в секунду, определяется по формуле: M=𝑀′ * ((100−𝜂)/100) г/с 𝑀′ − масса вещества, г/с 𝜂 – КПД (эффективность) очистных установок, если они предусмотрены Дано: 𝑀′ = 3869 г/с 𝜂𝑠𝑜 = 89,39% Решение: М𝑆𝑂 = 3869* ((100−89.39)/100) = 410,5 г/с -масса оксидов серы Дано: 𝑀′ = 836,1 г/с 𝜂𝑁𝑂 = 82,46% Решение: М𝑁O = 836,1 *((100−82,46)/100) = 146,66 г/с – масса оксидов азота 2.6. Масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в течение года: Мгод = М ∗ Тгод ∗ 3,6 ∗ 10−3 т/год М – масса выбросов Тгод – число часов работы электростанции в течение года Дано: Тгод = 5000 ч/год М𝑁O = 146,66 г/с М𝑆𝑂 = 410,5 г/с Решение: М𝑆𝑂 год = 410,5*5000*3,6:1000 = 7389 т/год М𝑁𝑂 год = 146,66*5000*3,6:1000 = 2639,8 т/год Раздел 3. Определение приземной концентрации вредных веществ и высоты дымовой трубы. 1.Высоту дымовой трубы в первом приближении определяем по следующей формуле для каждой группы вредных веществ, обладающих свойством суммации вредного воздействия. 𝐻=√ 𝐴∗𝑀∗𝐹 Стр ∗ 3√𝑉1 ∗ 𝛥𝑇 где, ПДК и Сф – соответственно предельно допустимая и фоновая концентрации в атмосфере вредного вещества, которое выбрасывается из трубы. А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы 1 2 и определяющий условия рассеивания выбросов в воздухе, (мг/г) *град3 *сек3 М- масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с F – коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, равный 1. 𝑉1 – объем дымовых газов, выбрасываемых в трубу в единицу времени, м3 /с 𝑉1 = 𝑉 ∗ (1 + 𝑇 ) , м3 /с 273 𝛥𝑇 – разность между температурой выбрасываемых дымовых газов и средней максимальной температурой наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по СНиП 2.01.01-82 в зависимости от местонахождения ТЭС Т1 – температура наружного воздуха наиболее жаркого месяца года по СНиП 2.01.01-82 Т – температура дымовых газов, выбрасываемых из устья трубы для мазута по процентному содержанию серы. Для данного мазута содержание серы составляет 2,19%. V – объем дымовых газов, приведенных к нормальным условиям, м3 /с Дано: г. Мурманск Т1 = 17,4˚С Т = 150˚С 1 2 А =160 (мг/г) *град3 *сек3 V = 585,99м3 /с Решение 𝛥𝑇 = 150˚С-17,4˚С = 132,6˚С 𝑉1 = 585,99 ∗ (1 + 160 273 ) = 929,42м3 /с 2. Для расчетов по «по оксидам серы, азота и ванадия»массу выбросов приводим к азоту: пр М𝑗 = ∑𝑀𝑖 * ПДК𝑗 ПДК𝑖 𝑀𝑖 , ПДК𝑖 – масса выброса (г/с) и предельно допустимая концентрация (мг/м3 ) в атмосферном воздухе i-го вредного вещества ПДК𝑗 – предельно допустимая концентрация (мг/м3 ) вещества j, к которому приводятся все остальные выбросы пр М = М𝑁𝑂 = 𝑀𝑁𝑂 + 𝑀𝑆𝑂 * 0,085 М = 146,66+410,5* Сф ПДК Сф𝑁𝑂 = ПДК𝑁𝑂 Н=√ 1) + 0,5 Сф𝑆𝑂 ПДК𝑆𝑂 ПДК𝑁𝑂 ПДК𝑆𝑂 + 5,85 * 0,085 0,02 ПДК𝑉 = 240,31г/с = 0,1 + 0,1 = 0,2 160∗240,31∗1 0,02∗ 3√132,6∗929,42 = 196,6 м ̴ 200 м. Выбираем конструкцию выходной части стволов c = 1,28 ∗ w̅0,034 ∗ T̅ W=15+0,06*H0= 15+0,06*200 = 27 2) ПДК𝑁𝑂 + М𝑉, * Расход газов через один ствол Vc = V/6 = 929,49/6 = 154,915 м3/с 0,022 0,045 H̅ ∗ t̅0,024 3) Площадь поперечного сечения ствола fc = V/w = 154,915/27 = 5,75 м2 4) Диаметр ствола Dc = √ 5) 4 ∗ fc 4 ∗ 5,75 = √ = 2,71 м π 3,14 Эквивалентный диаметр трубы находим по формуле 4 ∑ fc 4 ∗ 6 ∗ 5,75 Dэ = √ = √ = 6,62 м π 3,14 6) Параметр f находим по формуле W 2 ∗ Dэ 272 ∗ 6,62 3 f = 10 2 = 10 = 0,9 H0 ∗ ∆T 2002 ∗ 132,6 3 7) Параметр vм находим по формуле 3 154,915 ∗ 132,6 V ∗ ∆T vм = 0,65√ = 0,65 √ = 3,05 H0 200 3 8) Опасную скорость ветра находим по формуле 𝑢0 = 𝑣м (1 + 0,12√𝑓) = 3,05(1 + 0,12√0,9) = 3,39 м/с 9) Находим относительную скорость по формуле W̅=W/u0 = 27/3,39 = 7,96 10) Находим относительную температуру по формуле Т̅ = ∆Т/Тв = 132,6/(17,4+273) = 0,45 11) Расстояние между центрами стволов находим по формуле t = dc +1,2 = 2,71+1,2=3,91м 12) Относительный шаг находим по формуле t̅ = t/dc = 3,91/2,71 = 1,44 13) Относительную высоту трубы определяем по формуле H̅=H0/DЭ=200/6,62 = 30,21 14) Относительное увеличение концентрации по сравнению одноствольной рассчитываем для четырехствольной трубы по формуле с ̅ 0,022 ∗ t̅ 0,024 w ̅ 0,034 ∗ T 7,960,034 ∗ 0,450,022 ∗ 1,440,024 c = 1,28 ∗ = 1,28 ∗ ̅ 0,045 30,210,045 H = 1,28 ∗ 1,07 ∗ 0,98 ∗ 1,0 = 1,16 1,16 𝑊 ∗𝐷 27∗2,71 15) 𝜈м′ = 1,3 ∗ 16) ′ )3 𝑓𝑒 = 800 ∗ (𝜈𝑀 = 800 ∗ 0,483 = 88,48 17) Определим безразмерные коэффициенты m и n, учитывающие 𝐻 = 1,3 ∗ 200 = 0,48 особенности выхода дымовых газов из трубы: 𝜈м ≥ 2 ⇒n =1 1,363 f< 100 ⇒ m = 1 3 0,67+0,1∗ √𝑓+0,34∗ √𝑓 = 1 0,67+0,1∗ √0,9+0,34∗ 3√0,9 = 0,91 Определим максимальное значение приземной концентрации вредного 18) вещества СМ , выбрасываемого с дымовыми газами по формуле: СМ = 𝐴∗𝑀∗𝐹∗𝑚∗𝑛 𝐻 2 3√𝑉1 ∗ 𝛥𝑇 мг/м3 F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредного вещества в атмосфере; F =1 СМ = 160∗240,3∗1∗0,91∗1 2002 3√132,6∗929,42 = 0,017мг/м3 Проверим максимальное значение приземной концентрации вредного вещества в сумме с фоновыми концентрациями на ПДК. 0,017 0,2 + 0,1 + 0,1 = 0,285≤ 1 Разница составляет 71,5 % Рассмотрим трубу высотой H=60 м 1) Выбираем конструкцию выходной части стволов c = 1,28 ∗ w̅0,034 ∗ T̅ 0,022 ∗ t̅0,024 0,045 H̅ W=15+0,06*H0= 15+0,06*60 = 18,6 2) Расход газов через один ствол 3) Vc = V/6 = 929,49/6 = 154,95 м3/с 4) Площадь поперечного сечения ствола 5) fc = V/w = 154,95/18,6 = 8,33 м2 6) Диаметр ствола Dc = √ 7) 4 ∗ fc 4 ∗ 8,33 = √ = 3,26 м π 3,14 Эквивалентный диаметр трубы находим по формуле 4 ∑ fc 4 ∗ 6 ∗ 8,33 Dэ = √ = √ = 7,97 м π 3,14 8) Параметр f находим по формуле W 2 ∗ Dэ 18,62 ∗ 7,97 3 f = 10 2 = 10 = 5,77 H0 ∗ ∆T 602 ∗ 132,6 3 9) Параметр vм находим по формуле 3 154,95 ∗ 132,6 3 V ∗ ∆T vм = 0,65√ = 0,65 √ = 4,55 H0 60 10) Опасную скорость ветра находим по формуле 𝑢0 = 𝑣м (1 + 0,12√𝑓) = 4,55 (1 + 0,12√5,68) = 5,85 м/с 11) Находим относительную скорость по формуле W̅=W/u0 = 18,6/5,85 = 3,18 12) Находим относительную температуру по формуле Т̅ = ∆Т/Тв = 132,6/(17,4+273) = 0,46 13) Расстояние между центрами стволов находим по формуле t = dc +1,2 = 3,26+1,2=4,46м Относительный шаг находим по формуле 14) t̅ = t/dc = 4,46/3,26 = 1,37 Относительную высоту трубы определяем по формуле 15) H̅=H0/DЭ=60/7,97 = 7,53 Относительное 16) увеличение концентрации по сравнению с одноствольной рассчитываем для четырехствольной трубы по формуле ̅ 0,022 ∗ t̅ 0,024 w ̅ 0,034 ∗ T 3,180,034 ∗ 0,460,022 ∗ 1,370,024 c = 1,28 ∗ = 1,28 ∗ ̅ 0,045 7,530,045 H = 1,28 ∗ 1,04 ∗ 0,98 ∗ 1,0 = 1,18 1,1 𝑊 ∗𝐷 18,6∗3,26 17) 𝜈м′ = 1,3 ∗ 18) ′ )3 𝑓𝑒 = 800 ∗ (𝜈𝑀 = 800 ∗ 1,323 = 1839,98 19) Определим безразмерные коэффициенты m и n, учитывающие 𝐻 = 1,3 ∗ 60 = 1,32 особенности выхода дымовых газов из трубы: 𝜈м ≥ 2 ⇒n =1 1,363 f< 100 ⇒ m = 1 3 0,67+0,1∗ √𝑓+0,34∗ √𝑓 = 1 0,67+0,1∗ √5,77+0,34∗ 3√5,77 = 0,66 Определим максимальное значение приземной концентрации вредного 20) вещества СМ , выбрасываемого с дымовыми газами по формуле: СМ = 𝐴∗𝑀∗𝐹∗𝑚∗𝑛 𝐻 2 3√𝑉1 ∗ 𝛥𝑇 мг/м3 F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредного вещества в атмосфере; F =1 СМ = 160∗240,3∗1∗0,66∗1 602 3√132,6∗929,42 = 0,141мг/м3 Проверим максимальное значение приземной концентрации вредного вещества в сумме с фоновыми концентрациями на ПДК. 0,141 0,2 + 0,1 + 0,1 = 0,91≤ 1 Разница составляет 9 % 3. Определение приземной концентрации вредного вещества 1) Определим максимальную концентрацию каждого вредного вещества на уровне земли: СМ,𝑁𝑂 = СМ,𝑆𝑂 = СМ,𝑉 = 𝐴∗𝑀∗𝐹∗𝑚∗𝑛 = 𝐻 2 3√𝑉1 ∗ 𝛥𝑇 𝐴∗𝑀∗𝐹∗𝑚∗𝑛 = 𝐻 2 3√𝑉1 ∗ 𝛥𝑇 𝐴∗𝑀∗𝐹∗𝑚∗𝑛 𝐻 2 3√𝑉1 ∗ 𝛥𝑇 = 160∗146,66 ∗1∗0,66∗1 602 3√132,6∗929,42 160∗410,5∗0,66∗1 602 3√132,6∗929,42 160∗5.85∗0,66∗1 602 3√132,6∗929,42 = 0,086 мг/м3 = 0,241 мг/м3 = 0,0034 мг/м3 ПДК𝑁𝑂 =0,2 [мг/м3 ] ПДК𝑆𝑂 =0,5[мг/м3 ] ПДК𝑉 =0,02[мг/м3 ] Максимальная концентрация каждого вредного вещества значительно ниже ПДК. 2) Определим расстояние 𝑋𝑀 от трубы на котором приземная концентрация вредных выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях достигает максимального значения С𝑀 𝑥𝑚 = 5−𝐹 ∙ 𝑑 ∙ 𝐻, 4 𝜈м > 2 , 𝐹 = 1 ⇒ d = 7* √𝜈м ∗ (1 + 0,28 ∗ 3√𝑓) 3 𝑑 = 7 ∗ √4,55 ∗ (1 + 0,28 ∗ √5,68) = 22,35 F = 1 ⇒ 𝑥𝑚 = 5−𝐹 4 ∙ 𝑑 ∙ 𝐻 = 22,35 ∗ 60 = 1341,8 м Приземная концентрация вредных веществ С (мг/м3 ) в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях x (м) от дымовой трубы при опасной скорости ветра: С =СМ ∗ 𝑆1 𝑥 𝑥 4 𝑥 3 𝑥 2 ≤ 1 ⇒ 𝑆1 = 3 ∙ ( ) − 8 ∙ ( ) + 6 ∙ ( ) 𝑥м 𝑥м 𝑥м 𝑥м 𝑋𝑀 = 1341,8 м. X, м S1 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0,09013 0,32191 0,63905 0,98750 1,31543 1,57323 1,71350 1,69107 1,46301 0,98857 CNO (мг/м3) 0.086 0,00775 0,02768 0,05496 0,08493 0,11313 0,13530 0,14736 0,14543 0,12582 0,08502 CSO (мг/м3) 0.241 0,02172 0,07758 0,15401 0,23799 0,31702 0,37915 0,41295 0,40755 0,35258 0,23825 CV (мг/м3) 0.0034 0,00031 0,00109 0,00217 0,00336 0,00447 0,00535 0,00583 0,00575 0,00497 0,00336 4. Санитарно-защитная зона. Санитарно-защитная зона (СЗЗ) — специальная территория с особым режимом использования, которая устанавливается вокруг объектов и производств, являющихся источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека. Размер СЗЗ обеспечивает уменьшение воздействия загрязнения на атмосферный воздух (химического, биологического, физического) до значений, установленных гигиеническими нормативами. По своему функциональному назначению санитарно-защитная зона является защитным барьером, обеспечивающим уровень безопасности населения при эксплуатации объекта в штатном режиме. Ориентировочный размер СЗЗ определяется СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 в зависимости от класса опасности предприятия (всего пять классов опасности, с I по V). Критерием для определения размера санитарно-защитной зоны (СЗЗ) является непревышение на ее внешней границе и за ее пределами ПДК (предельно допустимых концентраций) загрязняющих веществ для атмосферного воздуха населенных мест, ПДУ (предельно допустимых уровней) физического воздействия на атмосферный воздух. Тепловые электростанции (ТЭС) эквивалентной электрической мощностью 600 мВт и выше, использующие в качестве топлива уголь и мазут, в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 пункт 7.1.10. «Производство электрической и тепловой энергии при сжигании минерального топлива» относятся к I классу с санитарно-защитной зоной 1000м. В выданном мне варианте эквивалентная электрическая мощность превышает значение 600 мВт, следовательно, принимается I класс с санитарно-защитной зоной 1000м. 1. Раздел 4. Оценка ущерба от загрязнения атмосферы. Экономический ущерб У, принимаемый годовыми выбросами вредных веществ в атмосферу из дымовой трубы ТЭС, может быть определен по формуле: У = γ*М*δ*f , [руб./год] γ – удельная величина ущерба в рублях на приведенную тонну (пр.т) годовых выбросов вредных веществ в атмосферу (руб./пр.т); примем равной 50 руб./пр.т; М – приведенная масса вредных веществ, выбрасываемых из дымовой трубы, пр.т./год; δ – безразмерный показатель, учитывающий тип загрязняемой территории; f– коэффициент, учитывающий характер рассеивания выбросов в атмосфере. У = γ*М*δ*f = 50*262,58*104 *0,2*0,19 =1.018.875 руб/год 2. Приведенная масса годового выброса вредных веществ из дымовой трубы определяется по формуле: М = ∑𝑖 М𝑖 ∗ 𝐴𝑖 , [пр.т/год] М𝑖 - масса годового выброса вредного вещества вида i, т/год; 𝐴𝑖 - показатель относительной агрессивности выброса вида i, принимается по данным приложения 4 методических указаний. Мгод 𝑉 = 1622758 ∗ ( 0,011 ) = 178,51 т/год 100 год М𝑆𝑂 = 410,5*5000*3,6:1000 = 7389 т/год Мгод 𝑁𝑂 = 146,66*5000*3,6:1000 = 2639,8 т/год М = 178,51+7389+2639,8= 10207,31 [т/год] 3. Показатель δ, учитывающий тип загрязняемой территории, принимается по данным приложения 5 методических указаний. Если в зону загрязнения входят территории различных типов, то этот показатель определяется по формуле: δ = ∑𝑖 𝑠𝑖 *𝛿𝑖 𝑠𝑖 – относительная площадь территории типа i в зоне загрязнения; Эти значения задаются или вычисляются путем деления площади территории i на общую площадь загрязняемой территории S. Последняя определяется по формуле: S = π*(20 ∗ 𝐻 ∗ 𝜑)2 ; ∆𝑇 ° φ = 1+ 75° H – высота дымовой трубы (определяется по рекомендациям раздела 3.3); φ – поправка на подъем факела выбросов за счет разности температур дымовых газов и атмосферного воздуха; ∆T – разность между температурой выбрасываемой газо-воздушной смеси и среднегодовой температурой окружающего атмосферного воздуха; ∆T= 132,6℃ 132,6° φ = 1+ 75° = 1,768 Для пашни δ= 0,2. 4. Коэффициент f, учитывающий особенности рассеяния выбросов в атмосфере, газов и мелкодисперсных частиц с малой скоростью оседания, характерных для ТЭС, вычисляется по формуле: f= 100 * 4 100+𝜑∗𝐻 1+𝑢 u – среднегодовое значение скорости ветра на уровне флюгера, м/с; для Братска – 4,67 м/с (СНиП 2.01.07-85). f= 100 * 4 100+1,768∗60 1+4,67 =0,45 Раздел 5. Теплотехнический расчет Теплотехнический расчёт толщины теплоизоляции производим по формулам, приведённым в книге Ельшина А.М [с. 32-35]. Для принятой высоты трубы в 60 м рассмотрим теплотехнический расчет на высоте 20 м, 40 м и 60 м. Тогда значения высоты рассматриваемых участков будут равны: 1) ℎ1 = 20 м 2) ℎ2 = 40 м 3) ℎ3 = 60 м При отношении общей толщины слоев ограждающих конструкций трубы к ее наружному диаметру в пределах расчетной зоны меньше, чем 1/10 разницей в площадях тепловоспринимающей и теплоотдающей поверхностей можно пренебречь. В этом случае расчет температурных полей ограждающих конструкций дымовой трубы можно вести с использованием формул теплопередачи через плоскую стенку. Толщина теплоизоляции определяется расчетом, исходя из обеспечения перепада требуемой температуры газа и внутренней поверхности ствола, а также температуры наружной поверхности тепловой изоляции не свыше 60 °С. Толщина теплоизоляции должна обеспечивать требуемую температуру в проходном зазоре между газоотводящими стволами и несущим стволом не свыше 40 °С для возможности обслуживания и ремонта трубы без остановки эксплуатации. Для стационарного режима температуру по толщине ограждающих конструкций в пределах расчетной зоны определяют по формуле: 𝑡л = 𝑡г − (𝑡г −𝑡𝑏 ) 𝑅0 (𝑅г + ∑𝑛1 𝑅𝑖 ), (3.1) Где tг — температура дымовых газов, °С. tb — температура (расчетная) наружного воздуха, °С. R0 — общее термическое сопротивление ограждения теплопередаче, определяемое по формуле 3.2: R0 = R1 + ∑Ri + R2 (3.2) Rг — термическое сопротивление при теплоотдаче от дымовых газов к внутренней поверхности ствола, определяется как для цилиндрической стенки среднего для зоны диаметра на 1 м ее высоты по формуле 3.3: 𝑅г = 1 𝛼1 , (3.3) Где α1 — коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к внутренней поверхности дымового канала, Вт/(м2-К), определяется по формуле 3.4: 𝛼1 = 𝑁𝑢∙𝜆 𝐷𝑐 , (3.4) Где λ — теплопроводность дымовых газов, Вт/(м-К). Nu — критерий Нуссельта, определяемый по формуле 3.5: 𝐷 𝑁𝑢 = 0.032𝑅𝑒 0.8 𝑃𝑟 0.3 ( 𝑐 )0.054 , (3.5) ℎ Где Re – критерий Рейнольдса, определяемый по формуле 3.6: 𝑅𝑒 = 𝜔∙𝐷𝑐 𝛾 , (3.6) Где W — средняя скорость дымовых газов в пределах расчетной зоны, м/с. γ — коэффициент кинематической вязкости дымовых газов, который при температуре 135 °С равен 25,455*106 м2/с. Рr — критерий Прандтля. h — высота расчетной зоны, м. Термическое сопротивление i-го пояса на 1 м высоты трубы, мК/Вт, определяют по формуле 3.7: 𝜎 𝑅𝑖 = 𝑖 , (3.7) 𝜆𝑖 Где σi – толщина i-ого слоя, м. Rb — термическое сопротивление при теплоотдаче от наружной поверхности ствола к наружному воздуху, определяемое по формуле 3.8: 𝑅𝑏 = 1 𝛼2 , (3.8) Где α2 - коэффициент теплоотдачи от наружной стенки ствола к воздуху, Вт/(м2*К). 𝛼2 = 5 + 10 ∗ √𝑢0 𝑢0 – скорость ветра, м/с По результатам проведенных испытаний в зависимости от высотной отметки расчетной зоны принимаются следующие значения коэффициента теплоотдачи: от 0 до 20 м — 23,3 Вт/(м2К); от 20 до 80 м — 34,9 Вт/(м2К); от 80 до 120 м — 46,5 Вт/(м2К); от 120 до 250 м — 58,2 Вт/(м2К). Зная требуемую температуру в зазоре между газоотводящим стволом и оболочкой, равную 40 оС, и максимальную температуру на поверхности теплоизоляции 60 оС, а так же считая расчётной точкой расстояние в 400 мм от теплоизоляционного слоя внутри воздушного зазора вблизи оголовка трубы, исходя из формулы 3.1, с использованием формул 3.3-3.8 вычислим общее термическое сопротивление ограждения теплопередаче. Необходимо найти толщину слоя теплоизоляции. Плоская стенка в данном случае состоит из следующих материалов: 1) Стальной газоотводящий ствол: δ1=0,0125 м, λ1 = 13,4 Вт/м*К 2) Теплоизоляционный материал (маты минераловатные прошивные ГОСТ 21880 – 94): δ2= х м, λ2 = 0,044 Вт/м*К 3) Армированная полиэтиленовая плёнка: δ3=0,002 м, λ3 = 0,3 Вт/м*К 4) Воздушный зазор: δ4 = 0,4 м, λ4 = 0,0276 Вт/м*К Дано: Температура дымовых газов Т = 135˚С Tb = 17,4 ˚С 𝑑с =3,26 м 𝑢0 = 5,85 м/с W = 18,6 м/с Pr = 0,683 𝜆 = 0,0331 Вт м ∗К γ = 25,455 * 10-6 м2/с Решение: 𝑅𝑒 = 𝜔 ∙ 𝐷𝑐 18,6 ∙ 5,85 = = 4,45 ∙ 106 −6 𝛾 25,455 ∙ 10 𝑁𝑢 = 0.032𝑅𝑒 0.8 𝑃𝑟 0.3 𝐷𝑐 0.054 3,26 0,054 6 0,8 0,3 ( ) = 0,032 ∙ (4,45 ∙ 10 ) ∙ 0,683 ( ) ℎ 40 = 6665,58 ∙ 0,779 = 5192,49 𝛼1 = 𝑅г = 𝑁𝑢 ∙ 𝜆 5192,49 ∙ 0,0331 Вт = = 26,4 2 2 ∙ 𝐷𝑐 2 ∙ 3,26 м ∙К 1 1 м2 ∙ К = = 0,038 𝛼1 26,4 Вт 𝑁𝑢 = 0.032𝑅𝑒 0.8 𝑃𝑟 0.3 𝐷𝑐 0.054 3,26 0,054 6 0,8 0,3 ( ) = 0,032 ∙ (4,45 ∙ 10 ) ∙ 0,683 ( ) ℎ 20 = 6665,58 ∙ 0,808 = 5385,79 𝛼1 = 𝑁𝑢 ∙ 𝜆 5385,79 ∙ 0,0331 Вт = = 27,34 2 2 ∙ 𝐷𝑐 2 ∙ 3,26 м ∙К 1 1 м2 ∙ К 𝑅г = = = 0,036 𝛼1 27,34 Вт Далее наиболее рационально привести результаты расчетов в сводной таблице: h 20 40 60 Nu 5390,417 5192,382 5079,931 𝛼1 27,36 26,36 25,78 Вт 𝛼2 = 5 + 10 ∗ √𝑢0 = 5 + 10 ∗ √5,85= 29,18 2 м ∗К Rb = 1 29,18 м2 ∗К = 0,03427 Вт Для стального ствола: 𝛿 0,0125 𝜆1 13,4 R1 = 1 = м2 ∗К = 0,000933 Вт Теплоизоляционный слой: 𝛿 х 𝜆2 0,044 R2 = 2 = Армированная полиэтиленовая пленка 𝛿 0,002 𝜆3 0,3 R3 = 3 = = 0,00667 Воздушный зазор: м2 ∗К Вт Rг 0,036 0,037 0,038 𝛿 0,4 𝜆4 0,0276 R4 = 4 = = 14,5 м2 ∗К Вт Рассчитаем значение R0 на различных высотах дымовой трубы R0 = R1 + ∑Ri + R2 При h=20 м: R0 = 14,58729+ При h=40 м: R0 =14,58629 + При h=60 м: R0 =14,58629 + х 0,044 х 0,044 х 0,044 Тогда температура на поверхности утеплителя (вместе с плёнкой) будет вычисляться так, в зависимости от толщины утеплителя x: 𝑡л = 𝑡г − (𝑡г −𝑡𝑏 ) 𝑅0 (𝑅г + ∑𝑛1 𝑅𝑖 ), При h=20 м: 𝑡л = 135 − (135−17,4) 14,58729 + х 0,044 ∗ (0,036 + 14,51 + х 0,044 ) При х=0,2 м температура на поверхности утеплителя равна 17 оС, что отвечает требованиям СП 43.13330.2012 При h=40 м: 𝑡л = 135 − (135−22,7) х 14,58629 + 0,044 ∗ (0,037 + 14,51 + х 0,044 ) При х=0,2 м температура на поверхности утеплителя равна 23 оС, что отвечает требованиям СП 43.13330.2012 При h=60 м: 𝑡л = 135 − (135−22,7) х 14,58629 + 0,044 ∗ (0,038 + 14,51 + х 0,044 ) При х=0,2 м температура на поверхности утеплителя равна 23 оС, что отвечает требованиям СП 43.13330.2012 Таким образом, слой теплоизоляции составляет 0,2 м. Список использованных источников. 1. СП 43.13330.2012 Сооружения промышленных предприятий. 2. СП 375.1325800.2017 Трубы промышленные дымовые. Правила проектирования 3. ГОСТ 474-90 Кирпич кислотоупорный. Технические условия 4. ГОСТ 530-2012 Кирпич и камень керамические. Общие технические условия 5. ГОСТ 21880-2011. Маты из минеральной ваты прошивные теплоизоляционные. Технические условия 6. ГОСТ 7473-2010 Смеси бетонные. Технические условия 7. ГОСТ 7769-82 Чугун легированный для отливок со специальными свойствами. Марки 8. Ельшин А.М. Ижорин М.Н. Жолудов В.С. Овчаренко Е.Г. Под редакцией С.В.Сатьянова. «Дымовые трубы» 2001г. 9. Под редакцией проф. Теличенко В.И. «Строительство тепловых электростанций.» 2010 г.
