Определение высоты дымовой трубы по условиям предельно допустимых концентраций вредных выбросов

Высота дымовых труб при искусственной тяге определяется в соответствии с «Указаниями по расчету рассеивания в атмосфере вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» и «Санитарными нормами проектирования промышленных предприятий». Высота дымовых труб при естественной тяге определяется на основании результатов аэродинамического расчета газовоздушного тракта и проверяется по условиям рассеивания в атмосфере вредных веществ. В случае использования в качестве резервного топлива твердого или жидкого расчет ведется для данных видов топлива.

Минимальное расчетное значение высоты дымовой трубы, м, по условиям предельно допустимых концентраций вредных выбросов в первом приближении определяется по формуле:

где ПДК — предельная допустимая концентрация вредного вещества, мг/м³. Значения ПДК различных вредных веществ представлены в табл. 8.1;

А — коэффициент, зависящий от метеорологических условий местности,определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосфере (А = 240 для субтропической зоны Средней Азии; А = 200 для Казахстана, Кавказа, Нижнего Поволжья, Сибири, Дальнего Востока; А = 160 для районов Севера и Северо-Запада европейской части России, Среднего Поволжья, Урала и Украины; А = 120 для Центральной европейской части России);

М$о₂ — масса оксидов серы 80₂ и Б0₃ (в пересчете на 80₂),

выбрасываемых в атмосферу, г/с;

М^о₂ — масса оксидов азота(в пересчете на >Ю₉), выбрасываемых в атмосферу, г/с;

Л/со — масса оксида углерода, выбрасываемой в атмосферу, г/с;

Л/_! — масса летучей золы, г/с.

V — объемный расход удаляемых продуктов сгорания, м³/с;

Д/ — разность между температурой выбрасываемых газов и температурой атмосферного воздуха, под которой понимается средняя температура самого жаркого месяца в полдень, °С, по климатологическим данным;

1⁷ — коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газообразных примесей Р = 1, для пыли при степени улавливания более 90 % Р = 2, менее 90 % — 2,5);

Z — число дымовых труб.

Масса оксидов серы М$о₂, г/с, при сжигании твердого или жидкого топлива определится по следующей формуле:

(8.11)

ГГ ГП1П

** тр

пдк₅₀ + - м

пдк

N0

N0,

пдк₅₀

+ - м,

ПДК_С0

со

+

пдк

пдк

50,

БО,

пдк

м

улг’

(8.10)

М_8Оз = 20Я Др(1 -п;_о)(1 -п"»),

расчетный часовой расход топлива всеми котлами, работающими на дымовую трубу, кг/с для твердого, жидкого топлива и м³/с для газообразного; содержание серы в рабочей массе топлива; доля оксидов серы, связанных летучей золой в котле, принимается для сланцев эстонских и ленинградских — 0,8, остальных — 0,5; каче-ачинских углей — 0,2, торфа — 0,15; экибастузских углей — 0,02, прочих — 0,1; мазута — 0,02 , газа — 0; доля оксидов серы, в сухих золоуловителях практически равна 0, в мокрых золоуловителях — 0,1—0,2.

Таблица 8.1

Предельная допустимая концентрация вредных веществ

в атмосфере населенных пунктов

где В_р

&

<о

При наличии в топливе сероводорода расчет дополнительного количества оксидов серы в пересчете на Б0₂ производится по формуле:

(8.12)

М_$о₂= 18,8(Н₂8)Я_р,

где — содержание сероводорода в топливе, %.

Масса оксидов азота Л/мо₂, г/с, определяется по следующей формуле:

/

N0, =Р1*»Р(Й

1-

Ч у

О-Рг^Рз.

(8.13)

где Р, —

г

^2 ^—

Рз -

К -

безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий влияние качества сжигаемого топлива и способа шлакозолоудаления на выход оксидов азота, принимается по табл. 8.2;

—степень рециркуляции продуктов сгорания в процентах расхода дутьевого воздуха, при отсутствии рециркуляции г = 0;

коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих продуктов сгорания в зависимости от условий подачи их в топку, принимается по табл. 8.3;

коэффициент, учитывающий конструкцию горелок (для вихревых горелок принимается равным 1, для прямоточных — 0,85);

коэффициент, характеризующий выход оксидов азота на 1 ГДж теплоты сожженного условного топлива, кг/ГДж, определяемый по графикам рис. 8.5 и 8.6 для различных видов топлива в зависимости от номинальной нагрузки котлов. При нагрузках, отличающихся от номинальной, коэффициент К следует умножить на

(0ф/(?н)^{0,25 или на} (Дф/Ян). ^где % ^и Он — фактическая и номинальная мощность, МВт; /)„ и — номинальная и фактическая паропроизводительность, т/ч; расход топлива всеми работающими котлами, кг/с или

м³/с;

низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг, МДж/м³; потери теплоты с механическим недожогом, принимаются для каждого конкретного топочного устройства по его паспорту или в первом приближении можно принять: для ручных колосниковых решеток — 4,5— 9 %; для шахтных топок для сжигания дров — 1 %; для сжигания торфа — 2 %; для топок с шурующей планкой — 7—9 %; для топок с пневмомеханическим забрасывателем и решеткой с поворотными колосниками — 7—10 %, для топки с цепной решеткой прямого хода — 5—6 %, обратного хода — 6—9 %.

Таблица 8.2

Значение коэффициента р,

Таблица 8.3

Значение коэффициента р₂ ^ПР^И рециркуляции 0 < г < 0,25

Масса оксида углерода М_со, г/с, выбрасываемая в атмосфе

ру, определится как:

/

(8.14)

где С_н — коэффициент, характеризующий выход СО при сжигании топлива (табл. 8.4);

• (3 — поправочный коэффициент, учитывающий влияние режима горения на выход СО (при нормативных значениях коэффициента избытка воздуха на выходе из топки принимается (3=1);
• — потери теплоты от механической неполноты сгорания, см. формулу (8.13);

В_р — расход топлива , кг/с или м³/с.

К, кг/ГДж

Рис. 8.5. Зависимость коэффициента К от тепловой мощности котла для различных топлив при теплопроизводительности до 100 кВт (а)

и от 100 кВт и более (б)

/ — природный газ, мазут; 2 — антрацит; 3 — бурый уголь; 4 — каменный уголь

Рис. 8.6. Зависимость коэффициента К от паропроизводителыюсти

котла для различных топлив

1— природный газ, мазут; 2 — антрацит; 3 — бурый уголь; 4 — каменный уголь

Таблица 8.4

Значение коэффициента С_н

Количество твердых частиц летучей золы М₃, г/с, выбрасываемое в атмосферу, определится как

М_ъ = 10В_р(А? + д₄)а_ун( 1 - Пз/ ЮО), (8.15)

где В_р — расчетный расход топлива всеми котлами, работающими на дымовую трубу, кг/с или м³/с;

А^р — рабочая зольность топлива, %;

а_уп — доля твердых частиц, уносимых из топки; зависит от вида топки и в первом приближении может быть равна 0,2—0,3;

г|₃ — КПД золоуловителя, принимается по его паспорту или в первом приближении можно принимать: для блоков циклонов при слоевом сжигании — 85—90 % и 70—80 % при камерном; для батарейных циклонов соответственно 85—92 % и 80—85 %; для батарейных циклонов с рециркуляцией соответственно 93—95 % и 85—90 %; для мокрых золоуловителей для обоих случаев — 93—95 %, электрофильтров — 96—99 %;

<7₄ — потери теплоты от механической неполноты горения, %.

Диаметр устья дымовой трубы м, определится:

(8.16)

где V — объемный расход продуктов сгорания через трубу от всех работающих котлов при температуре их в выходном сечении, м³/с (охлаждение продуктов сгорания в дымовой трубе не учитывается):

ВпУ₀Ц_ух + 273) 273

(8.17)

где В

расход топлива одним котлом, кг/с или м³/с; число установленных котлов;

суммарный объем продуктов сгорания, м³, получающийся при сжигании 1 кг твердого или 1 м³ газа; температура уходящих газов за котлами, °С;

И'вых — скорость продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы (принимается 12—20 м/с для искусственной тяги и 6—12 м/с — для естественной).

Для вычисления уточненной высоты дымовой трубы определяем значения коэффициентов/и г_м:

/ = 10³

вых

(8.18)

КгА1_

Ятт Тр

(8.19)

где ДГ — разность температуры выбрасываемых газов и температуры наружного воздуха самого жаркого месяца в полдень.

Значение коэффициента т в зависимости от параметра f

_1_

• 0,67 + 0,177 + о, 34^7 ?
• (8.20)

Безразмерный коэффициент п в зависимости от параметра у_м: при у_м <0,3 /7 = 3;

при 0,3 < у_м <2 п = 3-7(у_м-0,3)(4,36-у_м); (8.21) при у_м > 2 п = 1.

Минимальную допустимую высоту дымовой трубы во втором приближении определяют:

Я™," = Я™” л/йш. (8.22)

Аэродинамическое сопротивление дымовой трубы определяют следующим образом.

Скорость продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы >у_вых принимают равной значению, принятому в расчете минимально допустимой высоты трубы.

Определяют уменьшение температуры продуктов сгорания на 1 м трубы из-за их охлаждения, °С:

для стальных нефутерованных труб А/ = 3,6/лЛ); (8.23)

для кирпичных и железобетонных труб ЛГ = 0,76/л/7), (8.24)

где О — паропроизводительность всех котлов, кг/с.

В случае использования водогрейных котлов вместо В подставляется О/2,5, где 0 — общая теплопроизводительность котлов, МВт.

Температура продуктов сгорания на выходе из трубы, °С:

'»ых = 'ух - Д'> <⁸-²⁵)

где ?_ух — температура уходящих газов за котлами, °С.

Диаметр основания трубы, м:

^тр ” ⁼2Н_тр1+ /)/_р, (8.26)

где / = 0,02—0,03 — конусность железобетонных и кирпичных

труб; для стальных труб / = 0;

О у — диаметр устья трубы, см. формулу (8.16).

Средний диаметр дымовой трубы, м:

?>_ср=0,5(О_т7 + О_т>_р). (8.27)

Средняя температура дымовых газов в трубе, °С:

'ср = 0,5(/^ + Г_вьи). (8.28)

Площадь сечения дымовой трубы, рассчитанная по среднему диаметру, м²:

• (8.29)
• (8.30)

/;_р= 0,785 ?>2_р.

Средняя скорость газов в дымовой трубе , м/с:

₌ К_тр(/_{ср +} 273)

^^ср Р_ср 27 3 ’

где V — объем дымовых газов на выходе за котлами, м³/с; /_ух — температура уходящих газов за котлами, °С . Средняя плотность дымовых газов в трубе, кг/м³:

273

^ср +273

Ро>

(8.31)

где р₀ = 1,34 кг/м³ — плотность дымовых газов среднего состава

при нормальных физических условиях. Потери давления на трение в дымовой трубе, Па :

д/|^дт

^"трен

ж² я

^ ^гг тр¹¹ тр

• 20
• (8.32)

ср

где X — значение коэффициента трения, для кирпичных труб

и каналов принимается 0,04, для железобетонных труб — 0,035, для металлических труб — 0,02.

Потери давления на выходе из дымовой трубы, Па:

_д/й=11Рср|к (8.33)

Суммарные потери давления в дымовой трубе равны:

+ АН

д.т вых •

(8.34)