Расчет дымовых труб

Page 1

Задание.
Определить: необходимую высоту дымовых труб; максимальные приземные консентрации
вредных веществ и расстояние, на котором они достигаются; опасную скорость ветра.
Определить предельно допустимый выброс вредных веществ (ПДВ) при высоте труб, равной
180 м, и сделать заключение о соответствии ГРЭС санитарным нормам.
Исходные данные.
Район расположения ГРЭС - Тульская Область
.
Мощность ГРЭС - 3200 Мвт;
Число блоков:
n
бл
4
=
Число дымовых труб:
n
тр
2
=
Топливо - мазут, его характеристики:
Qp
н
39800
=
кДж
кг
S
p
3
=
%
A
p
0.1
=
%
W
p
3
=
%
Номинальная паропроизводительность
блока:
D
ном
2650
=
т
ч
Расход топлива на 1 блок:
B
53.3
=
кг
с
Степень улавливания золы:
η
зу
0
=
Скорость газов на выходе из трубы:
W
0
25
=
м
с
Температура наружного воздуха:
t
нв
20
=
°C
Температура газов на выходе из трубы:
t
ух
150
=
°C
Коэффициент избытка воздуха в уходящих
газах:
α
yx
1.4
=
Теоретический объём воздуха:
V0
в
10.4
=
м
3
кг
Теоретический объём газов:
V0
г
11.3
=
м
3
кг
Теоретический объём водяных паров:
V
H2O
1.32
=
м
3
кг
Концентрация оксидов азота в сухих
газах при н.у. и a= 1,4:
C
NOx
320
=
мг
м
3
Предельно допустимые концентрации:
мг
м
3
мг
м
3
мг
м
3
мг
м
3
ПДК
NO
0.4
=
ПДК
NO2
0.2
=
ПДК
SO2
0.5
=
ПДК
золы
0.5
=
Фоновые концентрации вредных веществ:
Cф
SO2
0.18
=
мг
м
3
Cф
NO2
0.1
=
мг
м
3
Cф
NO
0.03
=
мг
м
3
Cф
золы
0.2
=
мг
м
3
Решение.
1. Определим выбросы основных вредных веществ от одного блока
ТЭС при номинальной нагрузке котла.

---

Page 2

ТЭС при номинальной нагрузке котла.
1.1. Расчёт выбросов оксидов серы.
η'
SO2
0.02
=
- доля оксидов серы, улавливаемых летучей золой в
газоходах котла;
η''
SO2
0
=
- доля оксидов серы, улавливаемых в золоуловителе;
M
SO2
20 B S
p

1 η'
SO2
-
(
)

1 η''
SO2
-
(
)

3134.04
=
=
г
с
1.2. Расчёт выбросов золы в атмосферу.
a
ун
0.1
=
- доля твердых частиц, уносимых из топки с дымовыми газами;
q
4
1
=
%
- потери тепла от механической неполноты сгорания топлива;
M
золы
10 B A
p
a
ун

q
4
Qp
н

32680
+







1 η
зу
-
(
)

654.45
=
=
г
с
1.3. Расчёт выбросов оксидов азота в атмосферу.
V
сг
B α
yx
1
-
(
)
V0
в

V0
г
+
V
H2O
-





753.66
=
=
м
3
с
Коэффициент трансформации NO в NO2
K
тр
0.8
=
M
NOx
C
NOx
V
сг

10
3
-

241.17
=
=
г
с
M
NO2
K
тр
M
NOx

192.94
=
=
г
с
μ
NO
30
=
г
моль
μ
NO2
46
=
г
моль
M
NO
1 K
тр
-
(
)
M
NOx

μ
NO
μ
NO2

31.46
=
=
г
с
1.4. Определим выбросы оксидов азота, серы и золы в атмосферу от всей
ГРЭС.
M
NOxобщ
M
NOx
n
бл

964.69
=
=
г
с
M
NO2общ
M
NO2
n
бл

771.75
=
=
г
с
M
NOобщ
M
NO
n
бл

125.83
=
=
г
с
M
SO2общ
M
SO2
n
бл

12536.16
=
=
г
с
M
золыобщ
M
золы
n
бл

2617.82
=
=
г
с
1.5. Определим выбросы оксидов азота, серы и золы в атмосферу из одной
трубы.
M
NOxтр
M
NOx
n
бл
n
тр

482.34
=
=
г
с

---

Page 3

M
NO2тр
M
NO2
n
бл
n
тр

385.87
=
=
г
с
M
NOтр
M
NO
n
бл
n
тр

62.91
=
=
г
с
M
SO2тр
M
SO2
n
бл
n
тр

6268.08
=
=
г
с
M
золытр
M
золы
n
бл
n
тр

1308.91
=
=
г
с
2. Объёмный расход уходящих газов от одного блока.
V
г
V0
г
1.016 α
yx
1
-
(
)

V0
в

+




B
273 t
ух
+
(
)
273

1282.27
=
=
м
3
с
2.1. Определим объемный расход уходящих газов от всей
ГРЭС.
V
гобщ
V
г
n
бл

5129.09
=
=
м
3
с
2.2. Определим объемный расход уходящих газов от одной трубы.
V
гтр
V
г
n
бл

n
тр
2564.54
=
=
м
3
с
3. Определим необходиую высоту дымовых труб.
h
A m
 n F η M

ПДК c
ф
-
3
z
V ΔT


=
A
-коэффициент,зависящий от температурной стратификации атмосферы и
зарактеризующий условия вертикального и горизонтального рассеивания
в атмосферном воздхе (т1,6)
A
140
=
(Тульская обл.)
η
-безразмерный коэф., учитывающий влияние ральефа местности. В
случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не
превышающим 50м на 1 км
η
1
=
ПДК
-предельно допустимая концентрация вредного вещества, мг/м3
C
ф
-фоновая концентрация вредного вещеста в районе расположения ГРЭС,
мг/м3
F
1
=
-базразмерный коэф., учитывающий скорость оседания вредных веществ
в атмосферном воздухе. F=1-для газообразных примесей, F=2 -для пыли
при степени улавливания более 90%, F=2.5 - от 75 до 90%, F=3 - менее
75%
V
-объемный расход выбрасываемых дымовых газов от всей ГРЭС, м3/с
M
-суммарное количество вредного вещества,выбрасываемого от всей ГРЭС, г/с
m,n
-безразмерные коэффициенты, учитываюище условия выхода газовоздушной
смеси из источников выбросов.
n
1
=
z
- количество дымовых труб (
n
тр
)
ΔT
t
ух
t
нв
-
130
=
=
°С

---

Page 4

D
0
4 V
гтр

π W
0

11.43
=
=
м
-внутренний диаметр дымовой трубы, м
m
1
0.67 0.1 f

+
0.34 f

+
=
, где
f
10
3
W
0
2
D
0

h
2
ΔT


=
W
0
-скорость газов на выходе из дымовой трубы, м/с
3.1. Вычислим высоту дымовых труб из условий обеспечения приземных
концентраций золы в передлах допустимых норм.
1-ое приближение:
Принимаем высоту
h
100
=
м
f
10
3
W
0
2
D
0

h
2
ΔT


5.49
=
=
m
1
0.67 0.1 f

+
0.34
3
f

+
0.66
=
=
ν
м
0.65
3
V
гтр
ΔT

h

9.71
=
=
ν
м
2
>
n
1
=
h
A m
 n F η M
золыобщ

ПДК
золы
Cф
золы
-
3
n
тр
V
гобщ
ΔT

(
)

108.2
=
=
м
Δh>1
2-ое приближение:
Принимаем высоту
h
108.2
=
м
f
10
3
W
0
2
D
0

h
2
ΔT


4.69
=
=
m
1
0.67 0.1 f

+
0.34
3
f

+
0.69
=
=
h
A m
 n F η M
золыобщ

ПДК
золы
Cф
золы
-
3
n
тр
V
гобщ
ΔT

(
)

110
=
=
м
Δh>1
2-ое приближение:
Принимаем высоту
h
110
=
м
f
10
3
W
0
2
D
0

h
2
ΔT


4.54
=
=
m
1
0.67 0.1 f

+
0.34
3
f

+
0.69
=
=
h
A m
 n F η M
золыобщ

ПДК
золы
Cф
золы
-
3
n
тр
V
гобщ
ΔT

(
)

110.4
=
=
м
Δh<1

---

Page 5

Δh<1
Таким образом, необходимая чистота воздушного бассейна по выбросам золы
обеспечивается при высоте дывомых труб
110.4
м.
3.2. Найдем необходимую высоту дымовых труб из условия обеспечения норм
по приземным концентрациям NO.
NO является газообразным веществом, поэтому
F
1
=
1-ое приближение:
Принимаем высоту
h
100
=
м
f
10
3
W
0
2
D
0

h
2
ΔT


5.49
=
=
m
1
0.67 0.1 f

+
0.34
3
f

+
0.66
=
=
h
A m
 n F η M
NOобщ

ПДК
NO
Cф
NO
-
3
n
тр
V
гобщ
ΔT

(
)

21.36
=
=
м
Как видно, нормы по приземным концентрациям NO будут обеспечены при
высоте дымовых труб намного меньшей, чем
110.4
м. Поэтому расчёт во
втором и третьем приближении можно не выполнять.
3.3. Найдем необходимую высоту дымовых труб из условия обеспечения норм
по приземным концентрациям SO2 и NO2.
SO2 и NO2 вещества однонаправленого действия, по этому необходимо
учитывать их совместное воздействие на организм человека.
Суммарный выброс SO2 и NO2 в пересчёте на диоксид серы:
ΣM
SO2
M
SO2общ
M
NO2общ
ПДК
SO2
ПДК
NO2







+






1.6
9040.96
=
=
г
с
Суммарные фоновые концентрации SO2 и NO2 в пересчёте на диоксид серы:
мг
м
3
ΣCф
SO2
Cф
SO2
Cф
NO2
ПДК
SO2
ПДК
NO2







+






1.6
0.27
=
=
1-ое приближение:
Принимаем высоту
h
180
=
м
f
10
3
W
0
2
D
0

h
2
ΔT


1.7
=
=
m
1
0.67 0.1 f

+
0.34
3
f

+
0.83
=
=

---

Page 6

h
A m
 n F η ΣM
SO2

ПДК
SO2
ΣCф
SO2
-
3
n
тр
V
гобщ
ΔT


255.9
=
=
м
2-ое приближение:
Принимаем высоту
h
255.9
=
м
f
10
3
W
0
2
D
0

h
2
ΔT


0.84
=
=
m
1
0.67 0.1 f

+
0.34
3
f

+
0.92
=
=
h
A m
 n F η ΣM
SO2

ПДК
SO2
ΣCф
SO2
-
3
n
тр
V
гобщ
ΔT


270.1
=
=
м
3-ое приближение:
Принимаем высоту
h
270.1
=
м
f
10
3
W
0
2
D
0

h
2
ΔT


0.75
=
=
m
1
0.67 0.1 f

+
0.34
3
f

+
0.94
=
=
h
A m
 n F η ΣM
SO2

ПДК
SO2
ΣCф
SO2
-
3
n
тр
V
гобщ
ΔT


272.1
=
=
м
4-ое приближение:
Принимаем высоту
h
272.1
=
м
f
10
3
W
0
2
D
0

h
2
ΔT


0.74
=
=
m
1
0.67 0.1 f

+
0.34
3
f

+
0.94
=
=
h
A m
 n F η ΣM
SO2

ПДК
SO2
ΣCф
SO2
-
3
n
тр
V
гобщ
ΔT


272.4
=
=
м
Dh<1
Таким образом, наибольшая высота дымовых труб получена из условий
обеспечения норм приземных концентраций SO2 и NO2 с учетом их
суммирования.
Высота дымовых труб в нашей стране с целью унификации их размеров
принимается кратной 30 м.
Зададимся высотой трубы
h
300
=
м
4. Определим максимальные приземные концентрацие вредных веществ в
районе расположения ГРЭС при выбранной высоте дымовых труб.
Считаем максимальные приземные концентрации вредных веществ от
выбросов ГРЭС при неблагоприятных метеорологических условиях и
опасной скорости ветра.

---

Page 7

C
м
A m
 n F η M

h
2
3
n
тр
V
гобщ
ΔT


=
f
10
3
W
0
2
D
0

h
2
ΔT


0.61
=
=
m
1
0.67 0.1 f

+
0.34
3
f

+
0.96
=
=
Cm
золы
A m
 n F η M
золыобщ

h
2
3
n
тр
V
гобщ
ΔT


0.06
=
=
мг
м
3
мг
м
3
Cm
NO
A m
 n F η M
NOобщ

h
2
3
n
тр
V
гобщ
ΔT


0.0027
=
=
Cm
NO2
A m
 n F η M
NO2общ

h
2
3
n
тр
V
гобщ
ΔT


0.02
=
=
мг
м
3
Cm
SO2
A m
 n F η M
SO2общ

h
2
3
n
тр
V
гобщ
ΔT


0.27
=
=
мг
м
3
Проверка: (не привышают ли макс. приземные конц. от выбрасов ГРЭС с
учетом фоновых конц. ПДК).
Cm
золы
Cф
золы
+
ПДК
золы

Cm
NO
Cф
NO
+
ПДК
NO

Cm
золы
Cф
золы
+
0.26
=
Cm
NO
Cф
NO
+
0.03
=
ПДК
золы
0.5
=
ПДК
NO
0.4
=
Cm
SO2
Cф
SO2
+
ПДК
SO2

Cm
NO2
Cф
NO2
+
ПДК
NO2

Cm
SO2
Cф
SO2
+
0.5
=
Cm
NO2
Cф
NO2
+
0.12
=
ПДК
SO2
0.5
=
ПДК
NO2
0.2
=
Cm
SO2
Cф
SO2
+
(
)
ПДК
SO2
Cm
NO2
Cф
NO2
+
(
)
ПДК
NO2
+
1.6

Cm
SO2
Cф
SO2
+
(
)
ПДК
SO2
Cm
NO2
Cф
NO2
+
(
)
ПДК
NO2
+
1.5
=
Таким образом, максимальные приземные концентрации вредных веществ в районе
расположения ГРЭС не превышают ПДК, т.е. высота дымовых труб выбрана правильно.
5. Определим расстояние, на котором достигаются максимальные
приземные концентрации, и опасную скорость ветра.

---

Page 8

V
m
0.65
3
V
гтр
ΔT

h

6.73
=
=
м
3
с
где Vгтр- объемный расход дымовых газов, проходящий через одну дымоую
трубу, м3/с
При Vм>2 опасная скорость ветра определяется по формуле:
U
m
V
m
1 0.12 f

+
(
)

7.36
=
=
м
с
Расстояние
X
m
от дымовых труб, на котором приземная концентрация при
опасной скорости ветра достигает максимального значения, вычисляется как:
X
m
5 F
-
(
)
4






d h
=
, где d-безразмерный коэф., если Vm>2, то:
d
7 V
m

1 0.28
3
f

+
(
)

22.48
=
=
X
m
5 1
-
(
)
4






d h
6743.27
=
=
м
-для газообразных веществ
X
m
5 2
-
(
)
4






d h
5057.45
=
=
м
-для золы
6. Определим ПДВ вредных веществ при высоте дымовых труб 180 м.
-для веществ, которые не оказывают
суммарного воздействия на организм
человека (NO,зола)
ПДВ
ПДК Cф
-
(
) h
2

A m
 n F η
3
V
гобщ
ΔT

n
труб

=
ПДК
ΣПДВ
ПДК
SO2
ΣCф
SO2
-
(
)
h
2

A m
 n F η
3
V
гобщ
ΔT

n
тр

=
-для веществ однонаправленого
действия (NO2 , SO2)
f
0.61
=
m
0.96
=
h
180
=
м
ПДВ
золы
ПДК
золы
Cф
золы
-
(
)
h
2

A m
 n F η
3
V
гобщ
ΔT

n
тр

4990.21
=
=
г
с
M
золыобщ
ПДВ
золы

M
золыобщ
2617.82
=
ПДВ
золы
4990.21
=
г
с
ПДВ
NO
ПДК
NO
Cф
NO
-
(
)
h
2

A m
 n F η
3
V
гобщ
ΔT

n
тр

6154.59
=
=
M
NOобщ
ПДВ
NO

M
NOобщ
125.83
=
ПДВ
NO
6154.59
=
(
)

---

Page 9

ΣПДВ
SO2
ПДК
SO2
Cф
SO2
Cф
NO2
+
(
)
-




h
2

A m
 F η
3
V
гобщ
ΔT

n
тр

3659.49
=
=
г
с
M
NOобщ
M
SO2общ
+
ΣПДВ
SO2

M
NOобщ
M
SO2общ
+
12661.99
=
ΣПДВ
SO2
3659.49
=
Выбросы SO2 и NO2 с учётом их суммирования в пересчёте на диоксид серы превышают
ПДВ. Т.к. содержание серы в мазуте высоко, то для обеспечения выполнения санитарных
норм необходимо снизить выбросы SO2 на величину
ΣM
SO2
ΣПДВ
SO2
-
(
)
1.6

8610.35
=
г
с