Расчет предельно-допустимых выбросов котельной

 
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ 
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И ГЕОИНФОРМАТИКИ 
 
 

КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКОЛОГИИ

 
 
КУРСОВАЯ РАБОТА 
 
на тему: 
 
«Расчет предельно-допустимых выбросов котельной» 
Выполнила  ________________ Я. А. Скурихина  
Проверила  _________________ А. Ж. Фоменко  
Тюмень – 2009 
 
 
СОДЕРЖАНИЕ 
Стр. 
 
Введение                                                                                                       3     
 
1.                                                                                                                                                                                                  Природно-климатические особенности района                                      4 
 
2.                                                                                                                                                                                                                                                                                 Характеристика котельной                                                                       6 
 
2.1.                                                                                                                                                                                                                                                               Описание тепловой установки                                                       6 
 
2.2.                                                                                                                                                                                                                                                               Насосы                                                                                              7 
 
2.3.                                                                                                                                                                                                                                                               Основные сведения об организации эксплуатационного обслуживания котельных                                                               8 
 
2.4.                                                                                                                                                                                                                                                                Права и обязанности оператора котельной                                  9 
 
3.                                                                                                                                                                                                                                                                                 Теория по расчету предельно-допустимых выбросов                          11 
 
3.1.                                                                                                                                                                                                                                                                Понятие о предельно-допустимых выбросах                              11 
 
3.2.                                                                                                                                                                                                                                                               Нормирование выбросов вредных веществ в атмосферу           12 
 
3.3.     Понятие о санитарно-защитной зоне                                            17 
 
3.3.1.        Озеленение санитарно-защитной зоны                              18 
 
4.                   Расчетная часть                                                                                         19 
 
4.1.          Расчет ПДВ котельной                                                                   19 
 
4.2.          Расчет безопасного расстояния до жилой застройки                  21 
 
4.3.          Построение границ санитарно-защитной зоны                           22 
 
5.                   Воздухоохранные мероприятия                                                              24 
 
Заключение                                                                                                          27 
 
Список литературы                                                                                             28 
 
 
 
 
ВВЕДЕНИЕ 
Целью данной курсовой работы является анализ котельной, определение ПДВ и минимальной высоты трубы котельной, составление схемы санитарно-защитной зоны и предложение комплекса необходимых воздухоохранных мероприятий по снижению приземных концентраций вредных веществ для уменьшения их влияния на население. 
 
 
 
 
1.    ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЙОНА 
Территория области лежит в глубине континента на значительном удалении от океанов. Континентальное положение сильно сказывается на климате и почвенно-растительном района. 
 
Климат области континентальный, с жарким, сопровождающимся суховеями летом и холодной зимой с устойчивым снежным покровом. Абсолютная амплитуда колебаний между крайними значениями температур велика и достигает 85 °С. Зима отличается постоянством отрицательных температур и суровыми морозами, достигающими от -40 °С до -49 °С. Лето солнечное и жаркое, в дневные часы, особенно в июле, температура нередко поднимается до +40 °С (табл. 1.1) [4].  
Таблица 1.1 – Температура воздуха

 
 
 
Вегетационный период около ста  восьмидесяти дней. Характерной чертой климата области является его  засушливость. Выпадающие летом осадки не успевают впитываться в почву, так как высокие температуры  воздуха способствуют их быстрому испарению. Осадки на территории области распространяются неравномерно. Их количество убывает с северо-запада (450 мм в год) на юго-восток (260 мм в год). Примерно шестьдесят-семьдесят процентов годового количества осадков приходится на теплый период, что несколько сглаживает засушливость климата.  
 
Низкая обеспеченность степей влагой часто приводит к засухе. За последнее столетие в северо-западных районах области сильные и средние засухи наблюдались один раз в три-четыре года, а в южных районах один раз в два-три года.  
 
Продолжительность залегания снегового покрова составляет от ста тридцати пяти дней на юге до ста пятидесяти четырех дней на севере. Средняя из наибольших декадных высот снежного покрова за зиму колеблется от шестидесяти до двадцати сантиметров, уменьшаясь с севера на юг. Глубина промерзания почвы достигает в среднем на северо-западе 70 см, в восточных районах – 1 м [3].  
 
Для района характерны жестокие метели, наблюдающиеся при сильном  ветре  и  низкой  температуре,  которые  называются  буранами  (табл. 1.2). 
 
Таблица 1.2 –  Роза ветров на участке эксплуатации котельной

 
 
 
 
 
2.    ХАРАКТЕРИСТИКА КОТЕЛЬНОЙ 
Котельная представляет собой двухэтажное здание, построена из красного кирпича, общая площадь равна 92 м². На первом этаже котельной расположен   бак  для   сбора   конденсата,   конденсатный   насос,   на  втором –  котел. 
 
Котельная предназначена для отопительно-производственных целей и оборудована одними паровым котлом паропроизводительностью 4 т/ч. Котельная вырабатывает насыщенный пар с рабочим давлением 0,8 МПа. Тепловая нагрузка котельной с учетом потерь тепла в паропроводах и наружных тепловых сетях при максимально-зимнем режиме составляет: на производство 1,2 Гкалл/ч; на отопление и вентиляцию 2,3 Гкалл/ч. Высота трубы 15 м, диаметр трубы 1,5 м, температура выброса паров около 143 ^оС, объем выброса 5,2 м/с.  
 
Котельная работает на угле. Концентрации загрязнителей, измеренные в трубе (отходящих газах) котельной, и фоновые концентрации вредных веществ на участке котельной представлены в таблице 2.1. 
Таблица 2.1 – Концентрации вредных веществ

 
 
 
Водоснабжение котельной  осуществляется из подземных  источников. Забор  воздуха на горение  осуществляется с  улицы и непосредственно  с котельного помещения. Тяга дымовых газов осуществляется дымососами. Котельная обслуживает около семидесяти пяти одноэтажных домов поселка. 
2.1. Описание тепловой схемы

 
 
 
Насыщенный пар из котлов с рабочим  давлением Р = 0,8 МПа поступает  в общую паровую магистраль котельной, из которой часть пара отбирается на оборудование установленное в котельной, а именно на подогреватель воды и деаэратор. Другая часть пара направляется на производственные нужды котельной. 
 
Конденсат от производственных нужд самотеком возвращается, в размере 30 % и при температуре 80 ^оС, в конденсатосборник и далее конденсатным насосом направляется в бак горячей воды. 
 
Подогрев воды производится паром в последовательно включённых двух подогревателях, при этом подогреватели работают без конденсатоотводчиков. Отработанный конденсат направляется в деаэратор. 
 
В деаэратор, также поступает химически очищенная вода, восполняющая потери конденсата. 
 
Насосом сырой воды вода из подземного источника направляется на очистку и в бак горячей воды. 
 
Деаэрированная вода с температурой около 104 ^оС питательным насосом нагнетается в экономайзеры и далее поступает в котлы. 
 
Подпиточная вода для системы теплоснабжения забирается подпиточным насосом из бака горячей воды. 
 
 

2.2. Насосы

 
 
 
Питательный насос. Питание котлов водой должно быть надежным. При снижении уровня воды ниже допустимых пределов кипятильные трубы могут оголиться и перегреться, что в свою очередь может привести к взрыву котла. Котлы с давлением выше 0,07 МПа с паропроизводительностью 2 т/ч и выше должны иметь автоматические регуляторы питания, которые установлены на данной котельной. 
 
Для питания котлов устанавливают не менее двух насосов, из которых один должен быть с электроприводом, а другой – с паровым приводом. Производительность одного насоса с электроприводом составляет не менее 110 % номинальной производительности всех рабочих котлов.  
 
Производительность насоса с паровым приводом составляет не менее 50 % номинальной производительности котла. Можно устанавливать все питательные насосы только с паровым приводом, а при двух или нескольких источниках питания электроэнергией – только с электрическим приводом. Насосы с паровым приводом потребляют от 3 до 5 % вырабатываемого пара, поэтому их используют как резервные. 
 
Выхлопной пар поршневого прямодействующего насоса удаляется в атмосферу. Этим паром подогревают воду в особом теплообменнике, конденсат выбрасывают. В котел его возвращать нельзя, так как он загрязнён маслом, а плёнка масла на трубках ухудшает теплопередачу.  
 
Конденсатный насос. Производительность конденсатного насоса равна часовому расходу конденсата от технологического потребителя. К этому расходу прибавляют расход конденсата от сетевого подогревателя отопления, так как в случаи повышения жесткости конденсат сбрасывают в конденсатный бак. Повышение жесткости может быть вызвано разрывом нескольких латунных трубок в самом подогревателе и вследствие чего попадания сетевой воды с довольно большой жесткостью в конденсат. Такой конденсат  нельзя  направлять  в  деаэратор,  где  требуется  жесткость  равная 0,02 мг·экв/кг. 
 
Сетевой насос системы отопления и вентиляции. Этот насос служит для циркуляции воды в тепловой сети. Его выбирают по расходу сетевой воды из расчета тепловой схемы. Сетевые насосы устанавливаются на обратной  линии  тепловой  сети,  где  температура  сетевой  воды  не превышает 70 ^оС. 
 
Подпиточный насос предназначен для восполнения утечки воды из системы теплоснабжения, количество воды необходимое для покрытия утечек определяется в расчете тепловой схемы. Необходимый напор подпиточных насосов определяется давлением воды в обратной магистрали и сопротивлением трубопроводов и арматуры на линии подпитки, число подпиточных насосов – два, один из которых резервный. 
 
Описание работы деаэратора. Деаэрацией называется освобождение питательной воды от растворенного в ней воздуха в состав которого входит кислород (О₂) и двуокись углерода (СО₂). Будучи растворенными, в воде эти газы вызывают коррозию питательных трубопроводов и поверхности нагрева котла, вследствие чего оборудование выходит из строя. 
 
Термический деаэратор служит для удаления из питательной воды растворенных в ней кислорода и двуокиси углерода путем нагрева воды до температуры кипения. При температуре кипения воды растворенные в ней газы полностью теряют способность растворяться. Деаэратор состоит из бака-аккумулятора и деаэрированной колонки, внутри которой расположен ряд распределительных тарелок. Внутри бака-аккумулятора расположено барботажное устройство – оно служит для дополнительного удаления растворенных газов путем частичного перегрева питательной воды. За счет барботажного устройства качество деаэрации улучшается. 
 

2.3. Основные сведения  об организации  эксплуатационного  обслуживания котельных

 
 
 
Основные принципы организации эксплуатации котельных заключаются  в том, чтобы обеспечить надежную, экономичную и безаварийную работу оборудования. 
 
Для этого нужно: 
 
-          поручить обслуживание котельной обученному персоналу и периодически повышать его квалификацию; 
 
-          обеспечить обслуживающий персонал «производственной инструкцией по обслуживанию оборудования котельной» и другими служебными инструкциями; 
 
-          организовывать постоянный контроль работы всего оборудования котельной, создать систему технического учета, отчетности и планирования работы; 
 
-          правильно использовать все оборудование в наиболее экономичных режимах, поддерживая в исправности тепловую изоляцию горячих поверхностей нагрева и использовать другие меры для сохранности топлива, тепла и электроэнергии; 
 
-          составлять и точно выполнять годовые графики планово-предупредительного и капитального ремонтов всего оборудования котельной, имея необходимое количество запасных частей, ремонтных и вспомогательных материалов; 
 
-          вести постоянный контроль за исправным состоянием работающего оборудования и своевременно исправлять неисправности. 
2.4. Права и обязанности оператора котельной

 
 
 
К обслуживанию котлоагрегата могут  быть допущены лица не моложе восемнадцати лет, которые прошли медицинский  осмотр, обученные по утвержденной программе для операторов и имеющие соответствующие удостоверение квалификационной комиссии учебно-курсового комбината о сдаче экзамена по этой программе, которые прошли инструктаж по охране труда и стажировку на рабочем месте. 
 
Знания операторов проверяются не реже одного раза в год. 
 
Оператор котельной должен хорошо знать: 
 
-          строение и работу котлоагрегатов и всего вспомогательного оборудования, которое он обслуживает; 
 
-          схемы газопроводов (мазутопроводов); 
 
-          конструкции газогорелочных устройств и границы их регулирования; 
 
-          правила безопасной эксплуатации котлоагрегатов на газовом (жидком) топливе и вспомогательного оборудования котельной; 
 
-          инструкции:  
 
а) производственную по эксплуатации оборудования;  
 
б) противопожарную; 
 
в) по предупреждению и ликвидации аварий. 
 
Кроме того, он должен знать, кому подчинен, чьи распоряжения обязан выполнять, кого извещать об авариях и неполадках, о пожаре и несчастных случаях. 
 
Оператор котельной должен уметь: 
 
-          обслуживать котлоагрегаты, газовое и теплотехническое оборудование котельной и следить за их исправностью; 
 
-          подготавливать котлоагрегаты и тепломеханическое оборудование к работе; 
 
-          подготавливать газовое оборудование к работе; 
 
-          включать газовые горелки и поддерживать необходимый режим их работы; 
 
-          подготавливать систему отопления, проверять исправность резервного питательного и циркуляционного насосов; 
 
-          проводить продувку парового котла и водоуказательных приборов, проверять предупредительные клапаны и манометры; 
 
-          очищать топку, газоходы и поверхности нагрева от сажи и накипи; 
 
-          предупреждать возможные аварии и неполадки в работе оборудования, а в случае их появления быстро принимать меры для их ликвидации; 
 
-          выключать газовое оборудование и горелки, а также останавливать котел в плановом и аварийном порядке в соответствии с производственной инструкцией; 
 
-          экономно расходовать топливо, электроэнергию и воду; 
 
-          бережно относиться к инструменту и приборам; 
 
-          пользоваться устройствами автоматики регулирования и безопасности, проверять их исправность; 
 
-          пользоваться технической документацией, которая находится на рабочем месте, вести эксплуатационную документацию; 
 
-          самостоятельно производить небольшие ремонтные работы (набивка сальников, замена прокладок, ремонт отдельных мест изоляции, обмуровки и др.); 
 
-          оказывать первую доврачебную помощь потерпевшим. 
 
Оператору котельной, находящемуся на дежурстве, запрещается: 
 
-          выполнять во время работы котла любые другие обязанности, непредусмотренные производственной инструкцией; 
 
-          оставлять работающие котлы без надзора даже на короткое время или поручать надзор лицам, которые не имеют этого права. 
 
Котёл может быть оставлен без надзора после полного окончания подачи газа и когда в паровом котле давление пара снизится до нуля. 
 
При эксплуатации котельных установок обслуживающий персонал должен руководствоваться производственной инструкцией и режимными картами котлов. Эти документы с приложением оперативной схемы трубопроводов вывешиваются на рабочем месте. 
 
В котельной должны быть часы и телефон. В котельную не должны допускаться посторонние лица. В необходимых случаях они получают разрешение администрации и сопровождаются ее представителем. 
 
 
 
 
 
 
3.    ТЕОРИЯ ПО РАСЧЕТУ ПРЕДЕЛЬНО-ДОПУСТИМЫХ ВЫБРОСОВ 
3.1.        Понятие о предельно-допустимых выбросах 
ГОСТ 17.2.3.02-78 определяет, что предельно-допустимый выброс вредных веществ в атмосферу (ПДВ) устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы таким образом, что выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности источников населенного пункта с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ и атмосфере не создают приземную концентрацию, превышающую их ПДК для населения, растительного и животного мира. 
 
Значения ПДВ устанавливаются во всех видах проектной документации на строительство новых и реконструкцию существующих предприятий. ПДВ устанавливается как для строящихся, так и для действующих предприятий. 
 
Величина ПДВ вредных веществ является одним из основных показателей экологической безопасности предприятий. Если на участке строительства (реконструкции) предприятия сумма фонового загрязнения атмосферы и приземных концентраций, создаваемых выбросами данного предприятия, выше ПДК_м.р.– строительство (реконструкция) не разрешается органами экологической и санитарной инспекций. Чем сильнее фоновое загрязнение воздуха на участке строительства, тем меньше величина ПДВ для проектируемого предприятия. 
 
ПДК_м.р. (предельно-допустимая концентрация максимально  разовая) – концентрация вредного вещества в воздухе населенных мест, не вызывающая в течение двадцати минут рефлекторных реакций в организме человека. Непосредственно связана с ПДВ предприятий: если для предприятия определены ПДВ вредных веществ, то при выбросах, не превышающих ПДВ, на границе санитарной зоны предприятия концентрация вредного вещества не должна превышать ПДК_м.р.. 
 
Степень опасности загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха выбросами вредных веществ определяется путем сравнения с ПДК_м.р.,  рассчитанного значения  приземной  концентрации  вредных  веществ С (мг/м³), которое устанавливается на границе с жилой застройкой при наиболее неблагоприятных метеорологических условиях (когда скорость ветра достигает опасного значения).  
 
Должно соблюдаться условие: 
                             С_n +C_nф ≤ ПДК_nм.р.,                                            (3.1) 
где С_n и С_nф – расчетная и фоновая концентрация n-ого вещества на границе санитарно-защитной зоны предприятия с жилой застройкой соответственно; 
 
ПДК_n – максимально разовая ПДК n-ого вещества.  
 
3.2.   Нормирование выбросов вредных веществ в атмосферу 
Нормирование проводится с учетом влияния рельефа местности, суммации вредного воздействия нескольких веществ, фоновых концентраций и неблагоприятных метеоусловий, например, скорость ветра более 9 м/с для данного района. 
 
Максимальная приземная концентрация вредного вещества (С_m), при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях определяется по формуле (3.2): 
,                                                   (3.2) 
где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы в регионе и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе, в данной местности;  
 
М – масса загрязняющего вещества, выбрасываемого в атмосферу, г/с;  
 
З – коэффициент, учитывающий рельеф местности (при ровной местности с перепадом высот не более 50 м на 1 км З = 1);  
 
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе; 
 
m, n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;  
 
Н – высота источника выброса над уровнем земли, м; 
 
∆Т – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в, ^оC; 
 
V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с.  
 
При определении  ΔT следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха равной средней температуре наружного воздуха  в  тринадцать  часов наиболее  жаркого  месяца  года  (согласно СНиП 2.01.01-82), а температуру выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси Т_г – по действующим для данного производства технологическим нормативам. 
 
Коэффициент (А) должен приниматься для неблагоприятных метеорологических условий, при которых концентрации вредных веществ в атмосферном от источника выброса достигают максимального значения: 
 
-          250 (Средняя Азия южнее 40° северной широты, Бурятия и Читинская область); 
 
-          200 (для районов России южнее 50° северной широты, для остальных районов Нижнего Поволжья, Кавказа, Дальнего Востока и остальные территории Сибири);  
 
-          180 (для европейской территории России и Урала от 50^о до 52° северной широты, за исключением перечисленных выше районов);  
 
-          160 (для европейской территории России и Урала севернее 52° северной широты, за исключением центра европейской территории России);  
 
-          140 (Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская, Ивановская область). 
 
Коэффициент (F) принимает значения: 
 
-          для газообразных загрязняющих веществ и мелкодисперсных аэрозолей F = 1;  
 
-          для крупнодисперсной пыли и золе при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90 % F = 2;  
 
-          при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов  75 – 90 % F = 2,5;  
 
-          при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов менее 75 % или без очистки F = 3. 
 
Безразмерный коэффициент (m) определяется по формуле: 
 ,                            (3.3) 
Расчет параметра f производится формуле: 
,                                          (3.4) 
Значение безразмерного коэффициента (n) определяется в зависимости от параметра ν_m: 
 
-          при ν_m < 0,3, n = 3; 
 
-          при 0,3 < ν_m < 2: 
 ,                             (3.5) 
-          при ν_m > 2, n = 1. 
 
Масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу определяется по формуле (3.6):  
М = С ∙ V₁,                                                    (3.6) 
где С – концентрация вредного вещества в выбрасываемой газовоздушной смеси, мг/м³;  
 
V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с. 
 
Средняя линейная скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса (W₀) определяется по формуле (3.7): 
,                                                (3.7) 
где D – диаметр устья источника выброса, м; 
 
V₁ – расход газовоздушной смеси, м³/с. 
 
Если в воздухе содержатся вещества, обладающие эффектом биологической суммации, то определяется одна, приведенная по ПДК к одному из этих веществ концентрация по формуле (3.8). Основным веществом выбирают то, которое относится к наибольшему классу опасности. 
,               (3.8) 
Например, эффектом суммации действия обладают диоксид серы (сернистый ангидрид) и диоксид азота. Основным веществом является диоксид азота (второй класс опасности).  
 
Если по результатам расчетов Сⁿ_м + Сⁿ_ф > ПДКⁿ_м.р., то расчет продолжается с целью вычисления расстояния, на котором концентрации вредных веществ будут равны ПДК. 
 
Если Сⁿ_м + Сⁿ_ф < ПДКⁿ_м.р., то величину выброса утверждают как ПДВ и новых воздухоохранных мероприятий не планируют. 
 
На расстоянии от источника выброса при неблагоприятных метеорологических условиях по оси факела выброса, достигается максимальная приземная концентрация вредных веществ (С_м)_. Это расстояние (X_м) определяется по формуле (3.9): 
,                                        (3.9) 
При F = 1 расстояние (Х_м) определяется по формуле (3.10): 
X_м = d · H,                                                (3.10) 
где d – безразмерная величина, определяемая по формулам в зависимости от значения ν_m: 
 
-          при ν_m  ≤ 0,5 величина (d) вычисляется по формуле (3.11):