ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИИ И КОНТРОЛЮ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО РАСЧЕТУ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА В КОТЛАХ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ ДО 30 т/ч

МОСКВА МОСКОВСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ГИДРОМЕТЕОИЗДАТА - 1985

РАЗРАБОТАНЫ            Институтом Горючих ископаемых Минуглепрома СССР

Всесоюзным теплотехническим институтом им. Ф.Э. Дзержинского Минэнерго СССР

Западно-Сибирским региональным институтом Госкомгидромета

Институтом санитарной техники и оборудования зданий и сооружений Минстройматериалов СССР

ИСПОЛНИТЕЛИ          А.П. Финягин, Н.Х. Володарский, А.П. Кондратенко, Т.Б. Эфиндеев, С.И. Титов, А.П. Быков, А.С. Чернобров, Т.С. Селегий, А.И. Сигал, С.Т. Евдокимова.

ПОДГОТОВЛЕНЫ К

УТВЕРЖДЕНИЮ         Управлением нормирования и надзора за выбросами в природную среду Госкомгидромета

И.о. начальника Управления В.П. Антонов

Старший эксперт С.Т. Евдокимова

УТВЕРЖДЕНЫ             Государственным комитетом СССР по гидрометеорологии и контролю природной среды 5 августа 1985 г.

Заместитель Председателя

Государственного комитета                         В.Г. Соколовский

Методика предназначена для расчета выбросов вредных веществ с газообразными продуктами сгорания при сжигании твердого топлива, мазута и газа в топках действующих промышленных и коммунальных котлоагрегатов и бытовых теплогенераторов (малометражные отопительные котлы, отопительно-варочные аппараты, печи).

1. Расчет выбросов твердых частиц летучей золы и недогоревшего топлива (т/год, г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегата в единицу времени при сжигании твердого топлива и мазута, выполняется по формуле

,                                                  (1)

где B - расход топлива, т/год, г/c;

A^r - зольность топлива на рабочую массу, %;

η_з - доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях;

;

a_ун - доля золы топлива в уносе, %;

Г_ун - содержание горючих в уносе, %.

Значения A^r, Г_ун, a_ун, η_з принимаются по фактическим средним показателям; при отсутствии этих данных A^r определяется по характеристикам сжигаемого топлива (см. приложение 1), η_з - по техническим данным применяемых золоуловителей, а f - по табл. 1.

2. Расчет выбросов окислов серы в пересчете на SO₂ (т/год, т/ч, г/с), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами котлоагрегатов в единицу времени, выполняется по формуле

,                                       (2)

где B - расход, т/год, т/ч, г/с (твердого и жидкого топлива); тыс. м³/год, тыс. м³/ч, л/с (газообразного топлива);

S^r - содержание серы в топливе на рабочую массу, %, (для газообразного топлива в кг/100 м³);

 - доля окислов серы, связываемых летучей золой топлива, принимается при сжигании сланцев эстонских и ленинградских равной 0,8; остальных сланцев - 0,5; для углей Канско-Ачинского бассейна - 0,2 (для березовских - 0,5); для торфа - 0,15; экибастузских углей - 0,02; прочих углей - 0,1; мазута - 0,02; газа - 0,0;

 - доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителе, принимается равной нулю для сухих золоуловителей, для мокрых - в зависимости от щелочности орошающей воды.

При наличии в топливе сероводорода расчет выбросов дополнительного количества окислов серы в пересчете на SO₂ ведется по формуле

,                                                   (3)

где  - содержание сероводорода в топливе, %.

3. Расчет выбросов окиси углерода в единицу времени (т/год, г/с) выполняется по формуле

,                                              (4)

где В - расход топлива, т/год, тм³/год, г/с, л/с;

C_CO - выход окиси углерода при сжигании топлива, в кг на тонну или на тыс. м³ топлива. Рассчитывается по формуле

;                                                         (5)

q₃ - потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, %;

R - коэффициент, учитывающий долю потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную наличием в продуктах неполного сгорания окиси углерода, принимается для твердого топлива - 1,0; газа - 0,5; мазута - 0,65;

 - низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг, МДж/м³;

q₄ - потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, %.

При отсутствии эксплуатационных данных значения q₃, q₄, принимаются по табл. 2.

Ориентировочная оценка выброса окиси углерода M_CO (т/год, г/с) может проводиться по формуле

,                                      (6)

где K_CO - количество окиси углерода, образующееся на единицу тепла, выделяющегося при горении топлива, кг/ГДж; принимается по табл. 1.

4. Расчет выбросов окислов азота.

Количество окислов азота (в пересчете на NO₂), выбрасываемых в единицу времени (т/год, г/с), рассчитывается по формуле

,                                           (7)

где B - расход натурального топлива за рассматриваемый период времени, т/год, тыс. м³/год, г/с, л/с;

 - теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг, МДж/м³;

 - параметр, характеризующий количество окислов азота, образующихся на 1 ГДж тепла, кг/ГДж;

b - коэффициент, учитывающий степень снижения выбросов окислов азота в результате применения технических решений.

Значение  определяется по графикам (рис. 1 и 2) для различных видов топлива в зависимости от номинальной нагрузки котлоагрегатов. При нагрузке котла, отличающейся от номинальной,  следует умножить на  или на ,

где Q_н, Q_ф - соответственно номинальная и фактическая теплопроизводительность, кВт, Гкал;

D_н, D_ф - соответственно номинальная и фактическая паропроизводительность, т/ч.

Если имеются данные по содержанию окислов азота в дымовых газах (%), то выброс (кг/год) вычисляется по формуле

,                                              (8)

где  - известное содержание окислов азота в дымовых газах, об. %.

Значения  (мг/м³) для маломощных котлов приведены в табл. 3.

V - объем продуктов сгорания топлива при a_yx, м³/кг;

; значения  для некоторых топлив даны в приложении 1. Для газообразного топлива  определяется по данным Приложения 2.

B - расход топлива, т/год, тыс. м³ /год.

Для расчета содержания окислов азота при сжигании мазута и газа на стадии проектных разработок рекомендуется следующий метод.

Необходимыми исходными данными для расчета содержания окислов азота являются:

B^г - расход топлива на горелку, кг/с для мазута, м³/с для газа. Если расход на горелку известен в т/ч или в 1000 м³/ч, то эта величина делится на 3,6;

d_г - диаметр амбразуры горелки (свободное сечение), м;

a_г - коэффициент избытка воздуха в горелке;

а также информация о наличии или отсутствии подогрева воздуха, подаваемого на горение.

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

Рис. 1. Зависимость  от тепловой мощности котлоагрегата для различных топлив при Q от 0 до 100 кВт (а) и Q от 100 кВт и более (б)

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

Рис. 2. Зависимость  от паропроизводительности котлоагрегата для различных топлив

Расчет содержания окислов азота в дымовых газах проводится в следующем порядке:

1. На диаграмме рис. 3 на шкале, обозначенной как d_г (диаметр горелки), берется точка, соответствующая диаметру амбразуры горелки (м), и из неё проводится вертикальная линия (на рис. 3 она показана стрелкой 1).

2. После этого на шкале, обозначенной B^г (расход газа или мазута на горелку), берется точка, соответствующая расходу топлива на горелку в кг/с для мазута или в м³/с для газа, и проводится кривая, параллельная нарисованным, до пересечения с прямой 1 (на рис. 3 эта кривая показана стрелкой 2).

3. Из точки пересечения первой и второй линий проводится горизонтальная прямая (на рис. 3 она показана стрелкой 3) до пересечения с той кривой, которая соответствует имеющимся условиям. Возможны варианты сжигания газа в смеси с холодным воздухом, сжигание газа при наличии подогрева воздуха, сжигание мазута с холодным воздухом и сжигание мазута с подогретым воздухом. (На рис. 3 стрелка 3 проведена до прямой, отвечающей сжиганию газа с холодным воздухом.) Из точки пересечения прямой 3 с кривой опускается вертикаль, до шкалы NO (концентрация окислов азота в об. % при a_г = 1). На рис. 3 - прямая 4.

В случае, если коэффициент избытка воздуха в горелках a_г ≠ 1, то проводится пересчет полученной концентрации окислов азота по формуле

,                                                       (9)

где  - концентрация окислов азота при a_г ≠ 1, об. %;

 - концентрация окислов азота при a_г = 1, об. %;

K_a - поправочный коэффициент, определяемый по графику рис. 4.

Значения  могут быть пересчитаны в единицы г/м³ продуктов сгорания топлива и в кг/ГДж по формулам

 г/м³,                                             (10)

 кг/ГДж,                                     (11)

где V - объем продуктов сгорания единицы топлива при имеющихся условиях a_г, м³/кг.

Рассмотрим пример расчета концентрации окислов азота в дымовых газах котла ДКВР-10-13, работающего на природном газе.

Исходные данные: топливо - природный газ. Расход топлива на горелку B^г = 0,17 м³/с. Объем продуктов сгорания при a_г = 1, V^г = 10,73 м³/м³.

Рис. 3. Диаграмма для определения концентрации окислов азота в продуктах сгорания жидкого и газообразного топлива

Диаметр горелки d_г = 0,42 м. Коэффициент избытка воздуха в горелке a_г = 1,05. Подогрева воздуха нет. Ход определения концентрации окислов азота в продуктах сгорания газа показан на рис. 3 именно для этого случая.  = 0,0085 об. %. По рис. 4 определяем соответствующий a_г = 1,05 коэффициент K_a = 1,07.

Рис. 4. Поправочный коэффициент K_a

Соответствующая концентрация окислов азота будет равна

 г/м³.

Учитывая, что на котле установлены 2 горелки, получаем количество дымовых газов

 м³/ч.

Общий выброс окислов азота составит

 кг/ч.

Таблица 1

Значения коэффициентов f и K_CO в зависимости от типа топки и вида топлива

Таблица 2

Характеристика топок котлов малой мощности

Примечание: a_т - коэффициент избытка воздуха; меньшие значения - для парогенераторов D > 10 т/ч.

q₄ - большие значения - при отсутствии средств уменьшения уноса; меньшие - при остром дутье и наличии возврата уноса, а также для котлов производительностью 25, 35 т/ч.

Таблица 3

Образование токсичных веществ в процессе выгорания топлив в отопительных котлах мощностью до 85 кВт

Приложение 1

Характеристика твердых топлив *