МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯ РБ
БЕЛОРУСКИЙНАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КУРСОВОЙПРОЕКТ
По дисциплине:Инженерная экология
Эколого-экономическоеобоснование промышленного объекта
Выполнил:
Бурблис В.С. гр.110411
МИНСК-2004
СОДЕРЖАНИЕ
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1.1 Краткое описание технологическогопроцесса
2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ
2.1 Расчет выбросов твердых частиц
2.2 Расчет выбросов оксида серы
2.3 Расчет содержания оксида углеродав дымовых газах
2.4 Расчет выброса двуокиси азота
3. АНАЛИЗВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ
3.1 Выявление веществ обладающихсуммацией вредного действия и определение для них приведенных концентраций имассового выброса
3.2 Нахождение доминирующих веществ
4. Расчётрассеивания вредных веществ газовых выбросов
5. РасчетПДВ
6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОП
7. ВЫБОР И РАСЧЕТ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙЗОНЫ
8. РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИОТ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ
9. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИРОДООХРАННЫЕМЕРОПРИЯТИЯ И ИХ АНАЛИЗ
ЛИТЕРАТУРА
1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Номер варианта: 5
Город: Витебск
Высота трубы: Hм=50м.
Средняя скорость выходагазо-воздушной смеси из устья источника:
ωо=5м/с.
Степень очистки газов отвредных примесей: η=0,9.
Выброс B=750+30(N+5),
где N номер варианта;
B=750+30(5+5)=1050 т/год
B(г/с)=(Вт 106)/(3600τ)=182,29 (г/с)
Температура t=100+2.5N=100+2,5*5=112,5 0C
Время τ =1000+30(N+15)=1600 (час/год).
Координаты точки:
X=300+42(N+2)=594 (м)
Y=10+15N=85 (м)
Топливом для работыкотельной является каменный уголь Донецкого Бассейна ТР
Его основные параметрыследующие:
Влажность WP=6 %
Зольность Ap= 25 %
Содержание серы Sp=2,7 %
Низшая теплота сгорания Qн= 24,03 МДж/кг
Количество воздуханеобходимого для сжигания топлива L0г=7,48 м3/кг
Город расположен на 52 градусахсеверной широты, температура t=36
1.1 Краткое описание технологическогопроцесса
В городе Витебск находитсяотопительная котельная на твердом топливе, в которой сжигается уголь вколичестве В=1050т/год. Котельная имеет трубу высотой H=50м. В атмосферу при этом выделяются следующие вредности:зола, оксид углерода, двуокись азота, оксид серы.
Задачей курсовой работы являетсяэколого-экономическое обоснование данных котельной, т.е. выявление количествавыделяемых вредностей и предотвращение нанесения ущерба окружающей среде.
2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ
2.1 Расчет выбросовтвердых частиц
Количество золы инесгоревшего топлива(т/год, г/с), выбрасываемого в атмосферу с дымовыми газами откотлоагрегатов при сжигании твердого топлива, находят по следующей формуле:
Mт=BApƒ(1-η)
Где Ap -зольность топлива в %
η з-степень очистки газов в золоуловителях
ƒ=0,0026
/> (г/с)
/>(г/с)
/> (т/год)
2.2 Расчет выбросовоксида серы
Расчет выбросов ватмосферу окислов серы в пересчёте на SO2(т/год, г/с) при сжигании твердого и жидкого топлива производится по следующейформуле:
Mso2=0,02 B Sp (1- η’so2) (1- η’’so2),
Где Sp– содержание серы в топливе нарабочую массу, %;
η’so2-доля окислов серы, связываемыхлетучей золой топлива (принимается при сжигании углей равной 0,1, мазута 0,02);
η’’so2 — доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителях,принимается равной нулю для сухих золоуловителей, для мокрых зависит отщёлочности орошаемой воды и приведенной сернистости топлива.
/>
2.3 Расчет содержания оксидауглерода в дымовых газах
Расчет образования оксидауглерода в еденицу времени(г/с, т/год) ведется по следующей формуле:
Mco=0,001 Cco B (1-q4/100),
Где Ссо- выход оксидауглерода при сжигании топлива;
Cco=q3 R Qн,
Где q3 — потери теплоты вследствие химческой неполнотысгорания топлива.%;
R-Коэффициент, учитывающий долю потерьтеплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленнойналичием в продуктах сгорания оксида углерода(для твёрдого топлива R=1, для газа – 0,5. для мазута –0,65);
q4- потери теплоты вследствие неполнотысжигания топлива.
/> МДж/кг
/> (г/с)
/> (т/год)
2.4 Расчет выбросадвуокиси азота
Количество оксида азота,в пересчёте на NO2, выбрасываемых в единицу времени (г/с,т/год), рассчитывается по формуле:
MNO2=0,001 B Q KNO2 (1-β),
где B- расход натуральног топлива зарассматриваемый периодвремени(г/с, тыс.м3/год, л/с т/год);
Qн- низшая теплота сгораниянатурального топлива, МДж/кг, МДж/м3;
KNO2-параметр, характеризующий количество оксидов азота,образующихся на 1ГДж теплоты, кг/ГДж;
β – коэффициент,зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применениятехнических решений.
Значения KNO2 определяются по графикам (рис 3.2 в методическомпособии) для различных видов топлива в завмсимости от еоминальной нагрузкитеплогенератора. При нагрузке котла, отличающейся от номинальной, KNO2, следует умножить на (Qф/Qр)0,25,где Qф,Qр- соответственно фактическая и номинальная мощноститопливосжигающей установки, кВт.
Теплопроизводительностьтопливоиспользующего оборудования (кВт) определяется по формуле:
/>
KNO2=0,24
/> (кВт)
где B- расход топлива, кг/ч, м3/ч;
Qн- теплота сгорания топлива, кДж/кг,кДж/м3.
/> (г/с)
/>(т/г)
3. АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ
3.1 Выявление веществ, обладающих суммацией вредного действияи определение для них приведенных концентраций и массового выброса
Основными критериями качественной воздушной среды являетсяпредельно допустимая концентрация (ПДК). При этом требуется выполнениесоотношения:
ПДК³С
С-концентрация вещества в воздухе, мг/м3.
К вредным веществам однонаправленного действия, следуетотносить вещества, близкие по химическому строению и характеру биологическоговоздействия на организм человека.
Суммацией вредного воздействия обладают двуокись азота (NO2) и сернистый ангидрид (SO2).
Приведенная концентрация (Сп) к веществу сконцентрацией С1 и ПДК1 рассчитывается по формуле:
/>
/>
При одновременном выбросев атмосферу из одного источника нескольких вредных веществ, обладающихсуммацией действия, расчеты выполняют после приведения всех вредных к валовомувыбросу Мп одного из них М1, по последующей зависимости:
/>
/>
Объём удаляемых дымовых газов:
/>/>,
где α- коэффициент,зависящий от класса опасности (α=1,3)
/> — температура дымовых газов, К
/> К
/>
/> кг/ч
/>/>м3/с
Концентрации веществ вдымовых газах определяем следующим образом:
/>
/> (г/м3)
/> (г/м3)
/> (г/м3)
/> (г/м3)
3.2 Нахождениедоминирующих веществ
Для проектируемой котельной согласно данным по выбросувредных веществ в атмосферу, приведенных в графах 1-8 таблицы 1, рассчитаеммаксимальное значение параметра П (характеризующего степень воздействияпроектируемого объекта на загрязнение атмосферного воздуха).
Решение приведено в графах 9-13 таблицы 1.
Табл.1 определениедоминирующего вещества№ источ-ника H, м
Д, м
Д H+Д
L,
м3/с
Вещество
ПДКм.р.
мг/м3
М,
мг/с
гр.8
гр.7
м3/с
гр.8, Св,
гр.5
м3/с
гр.10,
гр.7
Св/ПДКм.р.
гр.11хгр.4,
R
гр.12хгр.9,
П, м3/с 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 50 1 0,016 2,5 зола 0,5 1180 2360 470 939,64 14,80 34922,1
SO2 0,5 8859 17718 3527 7054,47 111,09 1968363,0 CO 3 3100 1033 1234 411,42 6,48 6695,1
NO2 0,09 1050 12353 418 4918,36 77,45 956789,8
На основании анализа полученных результатов (табл.1) делаемвывод: степень воздействия проектируемой котельной на загрязнение атмосферноговоздуха характеризуется максимальным значением параметра П=1968363 м3/с,по действию SO2.
4. РАСЧЁТ РАССЕИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ
Расчет рассеиваниявредных веществ в атмосфере выполняется согласно нормативному документу ОНД-86.Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшимрассчитанным значением концентрации, соответствующей неблагоприятнымметеорологическим условиям. В том числе и опасной скорости ветра.
При расчётах определяютприземную концентрацию в двухметровом слое над поверхностью земли, а в случаенеобходимости – в заданной точке в вертикальном направлении.
В зависимости от высоты H устья источника выброса вредноговещества над земной поверхностью они относятся к одному из четырёх классов:высокие H>50 м; средней высоты H=10…50; низкие — H=2…10; наземные H
Опасная скорость ветра — это скорость определяемая на уровне 10 м. от земной поверхности, при которойдля заданного состояния атмосферы концентрация вредных примесей на уровнедыхания людей(высота – 2 м.) достигает максимальной величины.
Максимальное значениеприземных концентраций и входящие в них коэффициенты определяют в зависимостиот параметров f, υм, υ’м,fе.
Из формулы для скоростивыхода газовых выбросов из устья трубы :
/>
выражаем диаметр устьятрубы(м):
/>
/> (м)
Вычисляем вспомогательныйпараметр – f:
/>
где ω0-средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника, м/с;
Δt – разность между температуройвыброса и окружающим воздухом;
/>/>
Так как f0, то расчет ведём по формуламдля нагретых газов. Находим параметр υм (м/с) и опаснуюскорость ветра ω (м/с).
/>
где L- количество выброса в атмосферу, м3/с
/> (м/с)
Так как 0,5
ω= υм =1,018(м/с)
Определяем коэффициенты F,n,m и вычисляеммаксимальную приземную концентрацию вредности.
F-безразмерный коэффициент,учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газов F=1)
m и n – коэффициенты, учитывающие условия выхода газо-воздушнойсмеси из устья источника;
Коэффициент m определяют в зависимости от f
При f
/>
/>
Коэффициент n при f
при 0,5≤υм
/>
так как υм=1,1(м/с), то условие выполняется. Следовательно, считаем по вышеприведеннойформуле:
/>
Определяем максимальнуюконцентрацию (мг/м3):
/>;
где А- коэффициент,зависящий от температурной стратификации атмосферы для неблагоприятныхметеорологических условий, определяющих рассеивание вредных веществ(дляЕвропейской территории СНГ и Урала севернее 520с.ш.-160, ниже 500с.ш.-200)
ηр-безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности(при условииперепада высот не превышающей 50 м. на 1 км. ηр=1)
/> (мг/м3)
Находим безразмерныйпараметр d и вычисляем расстояние по оси X, на котором наблюдается максимальнаяприземная концентрация .
При f
/>
/>
Xм=dH
/> (м.)
Определяем S1-безразмерный коэффициент, зависящий от Xср=X/Xм
При 1
/>
так как /> и 1
/>
При опасной скоростиветра приземная концентрация по оси факела СX на расстоянии XМ, м, определяется по формуле:
Сx= S1Cм
/>
Определяем коэффициент ty в зависимости от скорости ветраω и коэффициент S2, зависящий от ω и ty
при ω≤5
/>
/>
/>
/>
Значение приземнойконцентрации в атмосфере Сy нарасстоянии Y, м, по перпендикуляру к оси факелавыброса определяют по формуле:
/>
/>
Определяем действительнуюконцентрацию в заданной точке и сравниваем с допустимой
С= Сy+Сф
/>
/>
/>
С
0,15
Следовательно, нетнеобходимости ставить дополнительные очистные устройства.
5. РАСЧЕТ ПДВ (предельно допустимого выброса)
Расчет ПДВ ведется в зависимости от класса вещества:
1и2 классы (NO2)-наибольшая опасность, для них ПДВрассчитывается по полной программе;
3 класс (тв.вещ.,SO2)-ПДВрассчитывается по сокращенной программе;
4 класс (СО)-ПДВ можно не рассчитывать.
Рассмотрим пример расчета ПДВ вещества 3 класса (SO2).
Значение ПДВ для одиночного источника в случае, когда f
/>
hр=1 – коэффициент учитывающий влияние рельефаместности.
Dt=112.5-36=76,5 °С
Подставив значения вформулу, получим значения (для каждого вещества) :
/>
/>
/>
/>
6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОП
Расчет коэффициентаопасности предприятия определяется по формуле:
/>
n — количество вредностей
Мi-количество i-го загрязняющего вещества
ПДКi-допустимая норма i-го вещества
ai-безразмерный коэффициент, позволяющийпривести степень вредности i-говещества к вредности SO2.
Для веществ 1 класса-ai=1.7
2 класса-ai=1.3
3 класса-ai=1.0
4 класса-ai=0.9
Условие:
1) Мi/ПДКi>1, КОП рассчитывается.
2) Мi/ПДКi
Тогда для нашего случая
/>376,88
Таким образом, т.к.КОП
7.ВЫБОР И РАСЧЕТСАНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ
В каждом конкретномслучае размеры санитарно-защитной зоны и возможности отклонения должныподтверждаться расчетом. Полученный при расчете размер зоны уточняется всторону увеличения или уменьшения в зависимости от розы ветров и относительнорасположения котельной и зоны застройки. Корректировка производится по формуле
Расчет ведется по следующейформуле:
/>
где />-определяемая величинасанитарной зоны, м;
/>-величина зоны в соответствии склассификацией;
/>-повторяемость ветра в заданномнаправлении согласно розе ветров, %;
/> -средняя повторяемость ветра прикруговой розе ветров=12,5%.
Роза ветров и санитарно–защитнаязона изображены на формате под номером 2.
Исходные данные длярасчета розы ветров: средняя повторяемость ветра за июль месяц
С=10; СВ=11; В=8; ЮВ=9; Ю=13; ЮЗ=14; З=18; СЗ=17; ШТИЛЬ=6;
С />
CВ/>
В/>
ЮВ/>
Ю/>
ЮЗ/>
З/>
СЗ/>
8. РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИОТ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ
Под экономическим ущербомподразумеваются фактические и возможные потери, урон или отрицательныеизменения природы, которые вызваны загрязнением окружающей среды, выраженные вденежной форме.
Экономический ущерб можетбыть фактическим(Yф), возможным(Yв) или предотвращённым(Yп).
Возможный экономическийущерб(Yв) рассчитывается для случаевотсутствия природоохранных предприятий.
Предотвращенныйэкономический ущерб(Yп) равен разностимежду ущербом возможным и ущербом фактическим.
Yп=Yв-Yф
Расчет экономическогоущерба ведётся по формуле:
Y=γ f M,
где γ- костанта(γ=2,4)
f- поправка, учитывающая характеррассеивания вредных веществ в атмосферу.
-константа, учитывающая характерместности (для леса =0,2,пасбища-0,05, пашни-0,25).
М=∑Ai mi
где Ai-коэффициент опасности вещества;
mi- выброс вещества предприятием(т/г);
Все данные сводим втаблицу
табл. 2 Расчет экономического ущерба безучёта природоохранных мероприятий.№ Наименование выброса Рас. привед. массы год. выбр. Рас. ущерба от выбр. вредностей />
mi Аi гр.3хгр4 Значение значение ущерба /> γ δ f /> т/год т/год /> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 /> 1 зола 2,7616 2,5 69,04 2,4 0,4 10 662,784 /> 2
SO2 7,587 16,5 125,185 2,4 0,4 3,78 454,2713 /> 3 CO 17,9 1 17,9 2,4 0,4 3,78 64,9555 /> 4
NO2 6062 41,1 249,148 2,4 0,4 3,78 904,1083 /> ∑Yв 2086,1191 />
Ущерб от налогов иштрафов равен ( считается для каждого вещества) :
/>
где mi- предельно допустимый выброс(ПДВ)
mш — количество выброшенного вещества, кот облагаетсяштрафом
nш — ставка, по которой облагают штрафом (nш=15n)
n- по которой облагают налогом.
Δmi=mф-ПДВ
где mф — количество вредного вещества,которое выбрасывает предприятие.
Рассчитаем ущерб от налогови штрафов для таблицы 2.
/> (у.е.)
/> (у.е.)
/> (у.е.)
/> (у.е.)
/>
/> (у.е.)
табл. 3 Расчет экономического ущерба сучётом природоохранных мероприятий.№ Наименование выброса Рас. привед. массы год. выбр. Рас. ущерба от выбр. вредностей />
mi Аi гр.3хгр4 Значение значение ущерба /> γ δ f /> т/год т/год /> 1 2 3 4 5 6 7 8 9 /> 1 зола 2,7616 2,5 6,904 2,4 0,4 10 66,2784 /> 2
SO2 7,587 16,5 125,185 2,4 0,4 3,78 454,2713 /> 3 CO 17,9 1 17,9 2,4 0,4 3,78 64,9555 /> 4
NO2 6062 41,1 249,148 2,4 0,4 3,78 904,1082 /> ∑Yв 1489,6135 />
Вычислим ущерб от налогови штрафов для таблицы 3.
/> (у.е.)
/> (у.е.)
/> (у.е.)
/> (у.е.)
/>
/> (у.е.)
Рассчитаем возможный ифактический экономический ущерб:
Yв=Y1+Yн.ш.1
Yф=Y2+Yн.ш.2
Yв=9391,286+2086,1191=11474,4051(у.е.)
Yф=1592,5392+1489,6135=3082,1527 (у.е.)
Путём нахождения разностивозможного и фактического экономического ущерба получим первую стадиюэкономической эффективности.
Yп=Yв-Yф=11474,4051-3082,1547=8392,2524(у.е.)
Текущие затраты наэксплуатацию систем очистки от вредных выбросов считаются по формуле:
Зт=Зэ+Зам+Зр
где Зт — затраты текущие;
Зэ — затратыэнергетические;
Зам — затраты на амортизацию;
Зр — затраты на ремонт.
Зэ= Nг ηз Сэ;
Зам=0,0273 Кз;
Зр=0,0333 Кз;
/>
/>
NГ=Nτ=0,263*2090=549,67кВт/год
P-давление (P=200Па)
Сэ- стоимостьэлектроэнергии (Сэ=0,076 у.е./кВт)
Кз- капитальные затраты:
Кз=(3N+300) ,
Где N-номер студента по списку
Кз=354 (у.е.)
Зэ=0,076*549,67=41,77 (у.е.)
Зам=0,0273*354 (у.е.)
Зр=0,33*354=11,68 (у.е.)
Зт=63,1142у.е.
Посчитаем вторую стадиюэкономического эффекта:
Эо=Yп- Зт,
Эо=8392,2524-63,1142=8329,1382(у.е)
Суммарный экономическийэффект от очистки выбросов вредных веществ будет равен:
Эк=Эо-Зт Кн,
где Кн- коэффициент, равныйКн=0,12
Эк=8329,1382-63,1142*0,12=8321,5644(у.е)
9. ВОЗМОЖНЫЕПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ИХ АНАЛИЗ
Очистка газовых выбросов это отделение от них или превращениев безвредное состояние загрязняющих атмосферу веществ. Промышленная очисткаимеет последующую утилизацию или возврат в производство отделенного от газа илипревращенного в безопасное состояние вещество.
Санитарная очистка имеетместо, когда остаточное содержание в газе загрязняющих веществ позволяетобеспечить установленные предельно допустимые концентрации в воздухе населенныхмест или промышленных помещений.
Выбор системы очисткизависит от исходного состава удаляемых газов, вредных примесей, воздухоохранныхтребований.
В нашей работе мы очищаемудаляемый воздух от пыли,CO,NO2,SO2.
В учебных целяхустанавливаем сухой циклон со степенью очистки h=0.75…0.9.
ЛИТЕРАТУРА
1.ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ: ХРУСТАЛЬВБ.М., СЕНЬКЕВИЧ Э.В., МИНСК «ДИЗАЙН ПРО»1997.
2.МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОНЦЕНТРАЦИЙ ВАТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ВЫБРОСАХ ПРЕДПРИЯТИЙ. ОНД-86. Л: ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ ,1987.-93С.