Основы современной малой энергетики

Отвод в атмосферу дымовых газов

Уменьшение загрязнения атмосферы вредными примесями дымовых газов достигается максимальным их рассеиванием с помощью дымовых труб.

Чтобы концентрация летучей золы в приземном слое воздуха не превышала ПДК, необходимо неуловленную ее часть рассеивать через высотные дымовые трубы. Характер изменения концентрации золовых выбросов у поверхности земли на разных расстояниях от дымовой трубы показан на рис. 3.13.

Как видно из рис. 3.13, золовые выбросы из дымовой трубы, распространяясь по направлению ветра, оседают с различного расстояния от трубы тем дальше, чем мельче частицы золы и чем больше скорость ветра. Однако при очень большой скорости ветра возникающая вертикальная турбулентность воздуха может привести к более раннему появлению золовых выбросов у земли. Максимальная концентрация золовых частиц у поверхности земли достигается на расстоянии от точки выброса, равном примерно 20-кратной высоте трубы (точнее, высоте, где дымовой столб над устьем трубы меняет свое направление с вертикального на горизонтальное).

Рассеивание выбросов через высотные дымовые трубы следует рассматривать как в известной мере вынужденное решение, так как оно не решает кардинально вопрос надежной охраны атмосферы, а лишь «размазывает» вредные выбросы по большой площади, не всегда доводя их концентрацию у земли до ПДК, что противоречит дейстующему закону № 96, ф. з от 04.05.99 г об охране атмосферного воздуха ст 16 п. 7. Генеральным направлением охраны атмосферы при работе ТЭО является создание безотходных технологий подготовки и сжигания топлива.

Эффективность рассеивания выбросов тем выше, чем больше высота дымовой трубы и скорость газов на выходе из ее устья. Существенное значение при этом имеет состояние атмосферы.

Рис. 3.13. Схема рассеивания выбросов мини-ТЭЦ через дымовые трубы

При определении высоты дымовой трубы исходят из того, что наибольшая концентрация вредных примесей на уровне земли и на некотором расстоянии от трубы при неблагоприятных метеорологических условиях должна быть не выше предельно допустимых значений. Неблагоприятные метеорологические условия складываются тогда, когда скорость ветра достигает опасного значения и происходит вертикальный турбулентный обмен в атмосфере. При этом концентрация вредных примесей на уровне дыхания людей достигает максимального значения. Расчет ведется для условий, при которых атмосфера уже имеет некоторую (фоновую) загазованность от других промышленных объектов или других электростанций, а на мини ТЭЦ, для которой определяется высота дымовой трубы, приняты все меры для снижения количества вредных примесей в дымовых газах.

С учетом изложенных факторов высота трубы определяется из выражения:

, (1)

где А – коэффициент, учитывающий условия рассеивания (применяется в зависимости от климатических условий района размещения энергообъекта от 120 до 240); М – суммарное количество вредных примесей, г/с; F – коэффициент, учитывающий скорость оседания (для газообразных примесей F = 1, для пыли F = 2); m – безразмерный коэффициент, учитывающий условия выхода дымовых газов из устья трубы; сф – фоновая концентрация вредных примесей в атмосфере, мг/м3; N – число дымовых труб одинаковой высоты; ΔТ – разность между температурой дымовых газов на выходе из трубы и средней температуры воздуха, К; V – объемный расход дымовых газов, м3/с.

При наличии в дымовых газах диоксида серы и диоксида азота необходимо учитывать их совместное воздействие на атмосферу. В этом случае количество вредных примесей определяется из выражения

. (2)

Диаметр устья трубы

, (3)

где w0 – скорость газов в устье (принимается от 15 до 45 м/с в зависимости от высоты трубы).

Если в дымовых газах энергообъекта имеются вещества, отличающиеся значениями ПДК, высоту трубы принимают по наибольшему значению, определяемому из соотношения 3.1.

Количество выбросов отдельных вредных примесей определяется из выражений, приведенных ниже.

Количество золы и несгоревших частиц

, (4)

где Ар – зольность топлива в пересчете на рабочую массу, %; q4 – потеря теплоты от механического недожога, %; – теплота сгорания топлива, МДж/кг; – доля уноса твердых частиц (для топок с твердым шлакоудалением =0,95, для топок с жидким шлакоудалением = 0,7–0,8); В – расход топлива на мини-ТЭЦ, кг/с; η – коэффициент улавливания в золоуловителях.

Количество оксидов серы

, (5)

где Sp – содержание серы в топливе в пересчете на рабочую массу, %; – доля оксидов серы, улавливаемых соответственно в газоходах парового котла и золоуловителе (для твердого топлива ).

Количество оксидов азота

, (6)

где k = 12D/(200 + Dн); D и DH - фактическая и номинальная производительности котла, т/ч. В (3.6) для природного газа коэффициент β = 0,85, для мазута β = 0,7 - 0,8 для углей в зависимости от содержания азота в топливе и способа шлакоудаления значения β приведены ниже (табл. 3.1):

Таблица 3.1

Наилучшее рассеивание вредностей в атмосфере достигается при отводе всех дымовых газов ТЭО через одну трубу. Однако при этом увеличивается длина газоходов и снижается надежность работы энергообъекта в целом. Поэтому на ТЭО предусматривается не менее двух независимых газовых трактов с дымовыми трубами.

Дымовая труба ТЭО (рис. 3.14.) представляет собой сложное и дорогостоящее сооружение. Ее конструкция зависит от высоты, агрессивности дымовых газов, мощности энергообъекта, свойств золы и способа золоулавливания.

При слабоагрессивных и неагрессивных дымовых газах применяются, как правило, необслуживаемые дымовые трубы с коническим газоотводящим стволом и с вентилируемым воздушным зазором или без него. При сжигании на ТЭО сернистых мазутов или углей, образующих агрессивные дымовые газы, целесообразна установка обслуживаемых дымовых труб с газоотводящим стволом постоянного сечения из стали или кислотоупорного материала.

Рис. 3.14. Дымовые трубы различных типов

На рисунке обозначено: а – с кирпичной прижимной футеровкой; б – с монолитной футеровкой; в – с футеровкой, образованной золовыми отложениями; г – с противодавлением в зазоре; д – со стальным стволом; е – многоствольная со стальными стволами; 1 – железобетон; 2 – кирпичная футеровка; 3 – силикатполимербетон; 4 – золовые отложения; 5 – вентилируемый зазор; 6 – кирпичная футеровка; 7 – железобетонный ствол; 8 – подвеска ствола; 9 – металлический ствол.

Дымовые трубы с отдельными газоотводящими стволами могут выполняться одноствольными и многоствольными. В железобетонной оболочке многоствольной трубы размещается несколько металлических стволов с наружной теплоизоляцией. Между стволами сооружаются лестницы и площадки обслуживания.