ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ОХРАНЕ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МЕТОДИКА
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСОВ
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
В АТМОСФЕРУ ПРИ СЖИГАНИИ
ТОПЛИВА В КОТЛАХ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ
МЕНЕЕ 20 ГКАЛ В ЧАС

 

 

Москва

1999

 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПО ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

УТВЕРЖДАЮ

Председатель
Государственного комитета Российской Федерации
по охране окружающей среды

В.И. Данилов-Данильян

9 июля 1999 г.

МЕТОДИКА
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В
АТМОСФЕРУ ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА В КОТЛАХ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬЮ МЕНЕЕ 30 ТОНН ПАРА В ЧАС
ИЛИ МЕНЕЕ 20 ГКАЛ В ЧАС

(С УЧЕТОМ МЕТОДИЧЕСКОГО ПИСЬМА НИИ АТМОСФЕРА
№ 335/33-07 ОТ 17 МАЯ 2000 Г.)

Москва, 1999 г.

СВЕДЕНИЯ О ДОКУМЕНТЕ

Методика разработана научно-исследовательским институтом охраны атмосферного воздуха (НИИ Атмосфера) при участии Госкомэкологии Пермской области, Всероссийского научно-исследовательского теплотехнического института (ВТИ), энергетического института им. Г.М. Кржижановского (ЭНИН) и ООО «Импульс-Холдинг»

 

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: паровые и отопительные котлы, охрана атмосферы, выбросы загрязняющих веществ, оксиды азота, диоксид серы, мазутная зола, оксид углерода, твердые частицы, сажа, бенз(а)пирен

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Настоящая методика (далее - Методика) предназначена для определения выбросов в атмосферный воздух загрязняющих веществ с дымовыми газами котлоагрегатов паропроизводительностью до 30 т/ч и водогрейных котлов мощностью до 25 МВт (20 Гкал/ч) по данным периодических измерений их концентраций в дымовых газах или расчетным путем при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива.

Методика применяется с начала отчетного периода - 1 января 2000 г. для:

составления статистической отчетности по форме 2-ТП (воздух);

установления предельно допустимых и временно согласованных выбросов;

планирования работ по снижению выбросов;

контроля выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.

Периодичность проверки Методики - 5 лет.

При определении валовых выбросов загрязняющих веществ в тоннах в год значения исходных величин, входящих в расчетные формулы, принимаются по отчетным данным предприятия, с усреднением их за этот период.

При определении максимальных выбросов загрязняющих веществ в граммах в секунду значение расхода топлива принимаются исходя из наибольшей нагрузки котельной установки за отчетный период.

1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ГАЗООБРАЗНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПО ДАННЫМ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ЗАМЕРОВ

1.1 Суммарное количество M_j загрязняющего вещества j, поступающего в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год), определяется по уравнению

M_j = c_j · V_сг · B_р · k_n,                                                            (1)

где c_j - массовая концентрация загрязняющего вещества j в сухих дымовых газах при стандартном коэффициенте избытка воздуха α₀ = 1,4 и нормальных условиях¹, мг/нм³; определяется по п. 1.2;

¹ Температура 273 К и давление 101,3 кПа.

V_сг - объем сухих дымовых газов, образующихся при полном сгорании 1 кг (1 нм³) топлива, при α₀ = 1,4, нм³/кг топлива (нм³/нм³ топлива).

B_р - расчетный расход топлива; определяется по п. 1.3;

при определении выбросов в граммах в секунду B_р берется в т/ч (тыс. нм³/ч); при определении выбросов в тоннах в год B_р берется в т/год (тыс. нм³/год);

k_n - коэффициент пересчета;

при определении выбросов в граммах в секунду k_n = 0,278 · 10^-3;

при определении выбросов в тоннах в год k_n = 10^-6.

1.2 Массовая концентрация загрязняющего вещества j определяется по измеренной² концентрации c_j^изм, мг/нм³, по соотношению

² Измерение концентрации загрязняющих веществ регламентируется соответствующими положениями отраслевых методических документов по инвентаризации (нормированию, контролю) выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

                                                                       (2)

где α - коэффициент избытка воздуха в месте отбора пробы.

При использовании приборов, измеряющих объемную концентрацию загрязняющего вещества j, массовая концентрация определяется по соотношению

                                                                     (3)

где I_j - измеренная объемная концентрация при коэффициенте избытка воздуха α, ppm¹;

¹ ppm = 1 см³/м³ = 1 нсм³/нм³ = 0,0001 % об.

ρ_j - удельная масса загрязняющего вещества, кг/нм³;

Для основных газообразных загрязняющих веществ, содержащихся в выбрасываемых в атмосферу дымовых газах котельных установок (оксидов азота в пересчете на NO₂, оксида углерода и диоксида серы), значения удельной массы ρ_j составляют:

                                                     ρ_NO2 = 2,05 кг/нм³

ρ_CO = 1,25 кг/нм³                                                                 (4)

                                                     ρ_SO2 = 2,86 кг/нм³.

Формулы (4) получены в предположении, что перечисленные газы являются идеальными.²

² Погрешность, вносимая этим предположением, значительно меньше погрешности измерений.

Коэффициент избытка воздуха α с достаточной степенью точности может быть найден по приближенной кислородной формуле

                                                                        (5)

где О₂ - измеренная концентрация кислорода в месте отбора пробы дымовых газов, %¹.

¹ Для более точного определения α в уравнение (5) применяется значение концентрации избыточного кислорода

O₂^изб = O₂ - 0,5(CO + H₂) - 2CH₄ - 3C_nH_m

Однако, если обеспечен нормальный топочный режим, содержание СО, Н₂, СН₄ и С_nН_m не превышает 0,01 % по объему, и можно считать, что

O₂^изб @ O₂

При расчете максимальных выбросов загрязняющего вещества в граммах в секунду берутся максимальные значения массовой концентрации этого вещества при наибольшей нагрузке за отчетный период.

При определении валовых выбросов в тоннах в год используется среднее значение массовой концентрации загрязняющего вещества за год. Среднее значение массовой концентрации определяется по средней за рассматриваемый промежуток времени нагрузке котла. При этом пользуются заранее построенными зависимостями концентраций загрязняющих веществ от нагрузки котла. Построение указанных зависимостей проводится не менее чем по трем точкам - при минимальной, средней и максимальной нагрузках.²

² При определении валовых выбросов диоксида серы за длительный, промежуток времени используется расчетный метод (см. п. 2.2 раздела 2, данной Методики).

1.3 Расчетный расход топлива В_р, т/ч (тыс. нм³/ч) или т/год (тыс. нм³/год), определяется по соотношению

                                                               (6)

где В - полный расход топлива на котел, т/ч (тыс. нм³/ч) или т/год (тыс. нм³/год);

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

Значение В определяется по показаниям прибора или по обратному тепловому балансу (при проведении испытаний котла).

1.4 Расчет объема сухих дымовых газов V_сг проводится по нормативному методу¹ по химическому составу сжигаемого топлива или табличным данным. Расчетные формулы приведены в Приложении А.

¹ Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод, М., Энергия, 1973.

При недостатке информации о составе сжигаемого топлива объем сухих дымовых газов может быть рассчитан по приближенной формуле

V_сг = K · Q_i^r,                                                                         (7)

где Q_i^r - низшая рабочая теплота сгорания топлива, МДж/кг (МДж/нм³);

K - коэффициент, учитывающий характер топлива и равный:

для газа.................................................... 0,345

для мазута............................................... 0,355

для каменных углей............................... 0,365

для бурых углей..................................... 0,375

1.5 С учетом (3), (5) и (7) соотношение (1) для расчета суммарного количества загрязняющего вещества j (при использовании приборов, измеряющих объемную концентрацию в ppm) записывается в виде

                                   (8)

С учетом (4) выбросы оксидов азота, оксида углерода и диоксида серы определяются по соотношениям

                               (9)

                                 (10)

                               (11)

1.6 В связи с установленными раздельными ПДК для оксида и диоксида азота и с учетом трансформации оксида азота в атмосферном воздухе суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие (с учетом различия в молекулярной массе этих веществ)

M_NO2 = 0,8 · M_NOx,                                                                (12)

                        (13)

где μ_NO и μ_NO2 - молекулярные массы NO и NO₂, равные 30 и 46 соответственно;

0,8 - коэффициент трансформации оксида азота в диоксид¹.

¹ Численное значение коэффициента трансформации может устанавливаться расчетно-экспериментальным методом, утверждаемым Госкомэкологией России.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ГАЗООБРАЗНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ РАСЧЕТНЫМИ МЕТОДАМИ

2.1 Оксиды азота

2.1.1 Расчет выбросов оксидов азота при сжигании природного газа

Суммарное количество оксидов азота NO_x в пересчете на NO₂ (в г/с, т/год), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, определяются по формуле

M_NOx = B_р · Q_i^r · K_NO2^г · β_к · β_t · β_α · (1 - β_г) · (1 - β_δ) · k_п,                        (14)

где B_р - расчетный расход топлива, нм³/с (тыс. нм³/год);

при работе котла в соответствии с режимной картой с достаточной степенью точности может быть принято B_р = В - фактическому расходу топлива на котел;

Q_i^r - низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³;

K_NO2^г - удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г/МДж.

Для паровых котлов

                                                      (15)

где D - фактическая паропроизводительность котла, т/ч.

Для водогрейных котлов

                                                (16)

где Q_т - фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу, МВт, определяемая по формуле

Q_т = B_p · Q_i^r,                                                                  (17)

β_к - безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки.

Для всех дутьевых горелок напорного типа (т.е. при наличии дутьевого вентилятора на котле) принимается β_к = 1,0.

Для горелок инжекционного типа принимается β_к = 1,6.

Для горелок двухступенчатого сжигания (ГДС) β_к = 0,7.

β_t - безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения

β_t = 1 + 0,002 · (t_гв - 30),                                                      (18)

где t_гв - температура горячего воздуха, °С.

β_α - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота.

В общем случае значение β_α = 1,225.

При работе котла в соответствии с режимной картой β_α = 1.

Для котлов с напорными (дутьевыми) горелками или горелками ГДС при наличии результатов испытаний котла с измерением О₂ и СО для более точного учета избытка воздуха используется формула^*)

^*) Снижение коэффициента β_α (т.е. уменьшение выбросов NO_x) за счет снижения концентрации кислорода О₂ ограничивается ростом концентрации СО сверх 0,01 %. Увеличивать концентрацию кислорода О₂ для снижения β_α не рекомендуется по причине роста потерь с уходящими газами q₂.

                               (19)

где О₂ - концентрация кислорода в дымовых газах за котлом, %;

 - относительная тепловая нагрузка котла, равная отношению

 или

где Q_ф, D_ф, Q_н и D_н - соответственно фактические и номинальные тепловая нагрузка и паропроизводительность котла, МВт, т/ч.

Для котлов с инжекционными горелками влияние избытка воздуха учитывается коэффициентом β_α^и

                                                         (20)

где S"_т - разрежение в топке, кгс/м² (мм вод. ст.)

β_г - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота.

При подаче газов рециркуляции в смеси с воздухом

                                                                 (21)

где r - степень рециркуляции дымовых газов, %.

β_δ - безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру

β_δ = 0,022 · δ,                                                                 (22)

где δ - доля воздуха, подаваемого в промежуточную зону факела (в процентах от общего количества организованного воздуха);

k_п - коэффициент пересчета;

при определении выбросов в граммах в секунду k_п = 1;

при определении выбросов в тоннах в год k_п = 10^-3.

При определении максимальных выбросов оксидов азота в граммах в секунду по формуле (14) значения входящих в формулу величин определяются при максимальной тепловой мощности котла.

При определении валовых выбросов оксидов азота за год значения входящих в формулу (14) величин определяются по средней за рассматриваемый промежуток времени нагрузке котла.

2.1.2 Расчет выбросов оксидов азота при сжигании мазута

Суммарное количество оксидов азота NO_x в пересчете на NО₂ (в г/с, т/год), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, определяется по формуле

M_NOx = B_р · Q_i^r · K_NO2^м · β_t · β_α · (1 - β_г) · (1 - β_δ) · k_п,                                   (23)

где В_р - расчетный расход топлива, кг/с (т/год), определяемый по формуле

                                                               (24)

где В - фактический расход топлива на котел кг/с (т/год);

q₄ - потери тепла от механической неполноты сгорания, %;

Q_i^r - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

K_NO2^м - удельный выброс оксидов азота при сжигании мазута, г/МДж;

Для паровых котлов

                                                         (25)

где D - фактическая паропроизводительность котла, т/ч.

Для водогрейных котлов

                                                   (26)

где Q_т - фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу, определяемая по формуле (17).

Приведенные зависимости K_NO2^м от D и Q_т справедливы для мазутов, поставляемых отечественными НПЗ.

β_t - безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения; определяется по формуле (18);

β_α - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота при сжигании мазута.

В общем случае значение β_α = 1,113.

При работе котла в соответствии с режимной картой β_α = 1.

При наличии результатов испытаний котла с измерением О₂ и СО для более точного учета избытка воздуха используют формулу^*).

^*) Снижение коэффициента β_α (т.е. уменьшение выбросов NO_x) за счет снижения концентрации кислорода О₂ ограничивается ростом концентрации СО сверх 0,01 %. Увеличивать концентрацию кислорода О₂ для снижения β_α не рекомендуется по причине роста потерь с уходящими газами q₂.

                                             (27)

где О₂ концентрация кислорода в дымовых газах за котлом, %;

 - относительная тепловая нагрузка котла, равная отношению

 или

где Q_ф, D_ф, Q_н и D_н - соответственно фактические и номинальные тепловая нагрузка и паропроизводительность котла, МВт, т/ч.

β_г - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота.

При подаче газов рециркуляции в смеси с воздухом

                                                                      (28)

где r - степень рециркуляции дымовых газов, %.

β_δ - безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру:

β_δ = 0,018 · δ,                                                                       (29)

где δ - доля воздуха, подаваемого в промежуточную зону факела (в процентах от общего количества организованного воздуха);

k_п - коэффициент пересчета;

при определении выбросов в граммах в секунду k_п = 1;

при определении выбросов в тоннах в год k_п = 10^-3.

2.1.3 Расчет выбросов оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива

Для котлов, оборудованных топками с неподвижной, цепной решеткой, с пневмомеханическим забрасывателем и для шахтных топок с наклонной решеткой суммарное количество оксидов азота NO_x в пересчете на NO₂ (в г/с, т/год), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, определяется по формуле

M_NOx = B_р · Q_i^r · K_NO2^т · β_г · k_п,                                             (30)

где B_р - расчетный расход топлива, определяемый по формуле (24), кг/с (т/год);

Q_i^r - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

K_NO2^т - удельный выброс оксидов азота при слоевом сжигании твердого топлива, г/МДж.

Величина K_NO2^т определяется по формуле

                         (31)

где α_т - коэффициент избытка воздуха в топке, определяемый по формуле

                                                                      (32)

где О₂ - концентрация кислорода в дымовых газах за котлом, %;

при отсутствии информации о концентрации кислорода в дымовых газах за котлом можно принимать α_т = 2,5;

R₆ - характеристика гранулометрического состава угля - остаток на сите с размером ячеек 6 мм, %;

принимается по сертификату на топливо;

q_R - тепловое напряжение зеркала горения, МВт/м². Величина q_R определяется по формуле

q_R = Q_т/F.                                                                             (33)

где F - зеркало горения (определяется по паспортным данным котельной установки), м²;

β_г - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов, подаваемых в смеси с дутьевым воздухом под колосниковую решетку, на образование оксидов азота;

                                                               (34)

где r - степень рециркуляции дымовых газов, %;

k_п - коэффициент пересчета;

при определении выбросов в граммах в секунду k_п = 1;

при определении выбросов в тоннах в год k_п = 10^-3.

В связи с установленными раздельными ПДК на оксид и диоксид азота и с учетом трансформации оксидов азота суммарные выбросы оксидов азота разделяются на составляющие, расчет которых проводится согласно п. 1.6 данной Методики.

2.2 Оксиды серы

Суммарное количество оксидов серы M_SO2, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год), вычисляют по формуле

M_SO2 = 0,02 · B · S^r · (1 - η'_SO2) · (1 - η"_SO2),                         (35)

где В - расход натурального топлива за рассматриваемый период, г/с (т/год);

S^r - содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η'_SO2 - доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле;

η"_SO2 ^_ доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с улавливанием твердых частиц.

Ориентировочные значения η'_SO2 при сжигании различных видов топлива составляют:

                                                      Топливо                                    η'_SO2

торф............................................................................................ 0,15

сланцы эстонские и ленинградские........................................ 0,8

сланцы других месторождений............................................... 0,5

экибастузский уголь................................................................. 0,02

березовские угли Канско-Ачинского бассейна

для топок с твердым шлакоудалением.................... 0,5

для топок с жидким шлакоудалением..................... 0,2

другие угли Канско-Ачинского бассейна

для топок с твердым шлакоудалением.................... 0,2

для топок с жидким шлакоудалением.................... 0,05

угли других месторождений.................................................... 0,1

мазут........................................................................................... 0,02

газ.................................................................................................. 0

Доля оксидов серы (η"_SO2), улавливаемых в сухих золоуловителях, принимается равной нулю. В мокрых золоуловителях эта доля зависит от общей щелочности орошающей воды и от приведенной сернистости топлива S^пр.

                                                                             (36)

При характерных для эксплуатации удельных расходах воды на орошение золоуловителей 0,1 - 0,15 дм³/нм³ η"_SO2 определяется по рисунку Б1 Приложения Б.

При наличии в топливе сероводорода к значению содержания серы на рабочую массу S^r в формуле (35) прибавляется величина

ΔS^r = 0,94 · H₂S,                                                                  (37)

где H₂S - содержание на рабочую массу сероводорода в топливе, %.

Примечание. - При разработке нормативов предельно допустимых и временно согласованных выбросов (ПДВ, ВСВ) рекомендуется применять балансово-расчетный метод, позволяющий более точно учесть выбросы диоксида серы. Это связано с тем, что сера распределена в топливе неравномерно. При определении максимальных выбросов в граммах в секунду используются максимальные значения S^r фактически использовавшегося топлива. При определении валовых выбросов в тоннах в год используются среднегодовые значения S^r.

2.3 Оксид углерода

Расчет количества выбросов СО выполняется по данным инструментальных замеров в соответствии с разделом 1 данной Методики.

При отсутствии данных инструментальных замеров оценка суммарного количества выбросов оксида углерода, г/с (т/год), может быть выполнена по соотношению

                                             (38)

где В - расход топлива, г/с (т/год);

С_СО - выход оксида углерода при сжигании топлива, г/кг (г/нм³) или кг/т (кг/тыс. нм³). Определяется по формуле

C_CO = q₃ · R · Q_i^r,                                                                  (39)

где 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 оксида углерода; принимается для

твердого топлива..................... 1,0

мазута........................................ 0,65

газа............................................. 0,5

Q_i^r - низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/кг (МДж/нм³);

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

При отсутствии эксплуатационных данных значения q₃, q₄ принимаются по таблице В1 Приложения В.

Ориентировочная оценка суммарного количества выбросов оксида углерода М_CO, (г/с, т/год) может проводиться по формуле

                                    (40)

где K_CO - количество оксида углерода, образующееся на единицу тепла, выделяющегося при горении топлива, кг/ГДж; принимается по таблице В2 Приложения В.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ ТВЕРДЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

1 Определение выбросов твердых частиц поданным инструментальных замеров

Максимальный (г/с) выброс твердых частиц М_тв, поступающих в атмосферу с дымовыми газами, определяется по соотношению

М_тв = с_эксп · V_г^p,                                                                    (41)

где с_эксп - замеренная массовая концентрация твердых частиц в дымовых газах при работе котла на максимальной нагрузке, г/м³;

V_г^p - реальный объем дымовых газов, замеренный в том же сечении газохода, где замерялась запыленность, или рассчитанный по составу топлива (ориентировочные данные приведены в Приложении З)¹ при рабочих условиях и работе котла на максимальной нагрузке, м³/с.

¹ Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод, М., Энергия, 1973.

В том случае, если замерить V_г^p не представляется возможным, а также при отсутствии данных по химическому составу топлива, для определения реального объема газов можно воспользоваться приближенным соотношением

                             (42)

где В - секундный расход натурального топлива, кг/с (нм³/с);

α - коэффициент избытка воздуха, замеренный в том же сечении;

t_p - температура дымовых газов в том же сечении, °С;

k_i - численные коэффициенты, подобранные для каждого вида топлива методом наименьших квадратов:

При совместном сжигании топлив разных видов расчет максимальных выбросов твердых частиц (г/с) проводится по данным инструментальных замеров, сделанных при работе котла на максимальной нагрузке и максимальной доле (по теплу) наиболее зольного вида топлива.

Валовые выбросы твердых частиц (т/год) за отчетный период определяются расчетным методом.

3.2 Расчет выбросов твердых частиц

3.2.1 Суммарное количество твердых частиц (летучей золы и несгоревшего топлива) М_тв, поступающих в атмосферу с дымовыми газами котлов (г/с, т/год), вычисляют по одной из двух формул

                                         (43)

или

                             (44)

где В - расход натурального топлива, г/с (т/год);

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

а_ун - доля золы, уносимой газами из котла (доля золы топлива в уносе); при отсутствии данных замеров можно использовать ориентировочные значения, приведенные в нормативном методе «Тепловой расчет котельных агрегатов»;

η_з - доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях¹;

¹ В расчете не учитывается влияние сероулавливающих установок.

Г_ун - содержание горючих в уносе, %; при отсутствии данных замеров расчет М_тв ведется по формуле (44);

q₄ - потери тепла от механической неполноты сгорания топлива, %; при отсутствии данных можно использовать ориентировочные значения, приведенные в таблице В1 Приложения В.

Q_i^r - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

32,68 - теплота сгорания углерода, МДж/кг.

3.2.2 Количество летучей золы (М_з) в г/с (т/год), входящее в суммарное количество твердых частиц, уносимых в атмосферу, вычисляют по формуле

М_з = 0,01 · В · а_ун · А^r · (1 - η_з)                                            (45)

3.2.3 Количество коксовых остатков при сжигании твердого топлива и сажи при сжигании мазута (М_к) в г/с (т/год), образующихся в топке в результате механического недожога топлива и выбрасываемых в атмосферу, определяют по формуле

М_к = М_тв - М_з.                                                             (46)

Примечание. - При определении максимальных выбросов в г/с используются максимальные значения А^r фактически использовавшегося топлива. При определении валовых выбросов в т/год используются среднегодовые значения А^r.

3.3 Расчет выбросов мазутной золы в пересчете на ванадий

Мазутная зола представляет собой сложную смесь, состоящую в основном из оксидов металлов. Биологическое ее воздействие на окружающую среду рассматривается как воздействие единого целого. В качестве контролирующего показателя принят ванадий, по содержанию которого в золе установлен санитарно-гигиенический норматив (ПДК).

Суммарное количество мазутной золы (М_мз) в пересчете на ванадий, в г/с или т/год, поступающей в атмосферу с дымовыми газами котла при сжигании мазута, вычисляют по формуле

                                  (47)

где G_v - количество ванадия, находящегося в 1 т мазута, г/т.

G_v в г/т может быть определено одним из двух способов:

- по результатам химического анализа мазута:

G_v = a_v · 10⁴,                                                                    (48)

где a_v - фактическое содержание элемента ванадия в мазуте, %;

10⁴ - коэффициент пересчета;

- по приближенной формуле (при отсутствии данных химического анализа):

G_v = 2222 · А^r,                                                               (49)

где 2222 - эмпирический коэффициент;

А^r - содержание золы в мазуте на рабочую массу, %.

Примечание. - При отсутствии данных химического анализа значения A^r принимаются по данным, опубликованным в справочнике «Энергетическое топливо СССР», М.; Энергоатомиздат, 1991 или по таблице Г1 Приложения Г.

В - расход натурального топлива;

при определении выбросов в г/с В берется в т/ч;

при определении выбросов в т/год В берется в т/год;

η_ос - доля ванадия, оседающего с твердыми частицами на поверхности нагрева мазутных котлов, которую принимают равной:

0,07 - для котлов с промпароперегревателями, очистка поверхностей которых производится в остановленном состоянии;

0,05 - для котлов без промпароперегревателей при тех же условиях очистки.

η^v_зy - степень очистки дымовых газов от мазутной золы в золоулавливающих установках, % (см. Приложение Д);

k_п - коэффициент пересчета;

при определении выбросов в г/с k_п = 0,278 · 10^-3;

при определении выбросов в т/год k_п = 10^-6.

3.4 Расчетное определение выбросов бенз(а)пирена в атмосферу паровыми и водогрейными котлами

Выброс бенз(а)пирена, поступающего в атмосферу с дымовыми газами (г/с, т/год), рассчитывается по уравнению (1).

3.4.1 Расчет концентрации бенз(а)пирена в дымовых газах промтеплоэнергетических котлов малой мощности

3.4.1.1 Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания мазута на выходе из топочной камеры определяется по формулам:

- для α"_т = 1,08 ÷ 1,25:

                        (50)

- для α"_т > 1,25:

                             (51)

3.4.1.2 Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны промтеплоэнергетических котлов малой мощности определяется по формулам:

- при α"_т = 1,08 ÷ 1,25:

                                   (52)

- при α"_т > 1,25:

                                     (53)

В формулах (50) - (53):

R - коэффициент, учитывающий способ распыливания мазута:

для паромеханических форсунок R = 0,75;

для остальных случаев R = 1;

α"_т - коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки;

q_v - теплонапряжение топочного объема, кВт/м³;

При сжигании проектного топлива величина q_v берется из технической документации на котельное оборудование;

При сжигании непроектного топлива величина q_v рассчитывается по соотношению

q_v = B_p · Q_i^r/V_т,

где В_р = В · (1 - q₄/100) - расчетный расход топлива на номинальной нагрузке, кг/с (м³/с);

В - фактический расход топлива на номинальной нагрузке, кг/с (м³/с);

Q_i^r - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м³);

V_т - объем топочной камеры, м³; берется из техдокументации на котел.

K_д - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, (определяется по графику рис. Е1 Приложения Е);

K_р - коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, (определяется по графику рис. Е2 Приложения Е);

K_ст - коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, (определяется по графику рис. Е3 Приложения Е).

Для расчета максимальных и валовых выбросов по формуле (1) концентрации бенз(а)пирена, рассчитанные по формулам (50) - (53) приводятся к избыткам воздуха α = 1,4 по формуле (2) настоящей методики.

3.4.2 Расчет концентрации бенз(а)пирена в дымовых газах водогрейных котлов

3.4.2.1 Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания мазута на выходе из топочной камеры водогрейных котлов определяется по формулам:

- для α"_т = 1,05 ÷ 1,25 и q_v = 250 ÷ 500 кВт/м³:

                                (54)

- для α"_т > 1,25 и q_v = 250 ÷ 500 кВт/м³:

                                   (55)

3.4.2.2 Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны водогрейных котлов малой мощности определяется по формулам:

- для α"_т = 1,05 ÷ 1,25 и q_v = 250 ÷ 500 кВт/м³:

                                                    (56)

- для α"_т > 1,25 и q_v = 250 ÷ 500 кВт/м³:

                                                    (57)

В формулах (54) - (57) обозначения те же, что и в формулах (50) - (53); коэффициенты K_д, K_р, K_ст принимаются по графикам рисунков Е1 - Е3 Приложения Е.

Коэффициент K_o, учитывающий влияние дробевой очистки конвективных поверхностей нагрева на работающем котле, принимается:

при периоде между очистками 12 ч............................ 1,5

при периоде между очистками 24 ч............................ 2,0

при периоде между очистками 48 ч............................ 2,5

Для расчета максимальных и валовых выбросов по формуле (1) концентрации бенз(а)пирена, рассчитанные по формулам (54) - (57) приводятся к избыткам воздуха α = 1,4 по формуле (2) настоящей методики.

3.4.3 Расчет концентраций бенз(а)пирена в уходящих газах котлов малой мощности при сжигании твердых топлив

Концентрацию бенз(а)пирена в сухих дымовых газах котлов малой мощности при слоевом сжигании твердых топлив c_бп (мг/нм³), приведенную к избытку воздуха в газах α = 1,4, рассчитывают по формуле:

                                      (58)

где А - коэффициент, характеризующий тип колосниковой решетки и вид топлива;

Коэффициент А принимают равным

для углей и сланцев..................................... 2,5

для древесины и торфа................................ 1,5

Q_i^r - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

R - коэффициент, характеризующий температурный уровень экранов;

для t_н ≥ 150 °С............................................... R = 350

для t_н < 150 °С............................................... R = 290

где t_н - температура насыщения при давлении в барабане паровых котлов или на выходе из котла для водогрейных котлов; (см. нормативный метод «Тепловой расчет котельных агрегатов»);

К_д - коэффициент, учитывающий нагрузку котла;

                                                                      (59)

где D_н - номинальная нагрузка котла, кг/с;

D_ф - фактическая нагрузка котла, кг/с;

К_зу - коэффициент, учитывающий степень улавливания бенз(а)пирена золоуловителем и определяемый по соотношению

К_зу = 1 - η_зу · z,                                                                     (60)

где η_зу - степень очистки газов в золоуловителе по золы, %;

z - коэффициент, учитывающий снижение улавливающей способности золоуловителем бенз(а)пирена:

при температуре газов перед золоуловителем t'_зу ≥ 185 °С

z = 0,8 - для сухих золоуловителей

z = 0,9 - для мокрых золоуловителей

при температуре газов перед золоуловителем t'_зу < 185 °С.

z = 0,7 - для сухих золоуловителей

z = 0,8 - для мокрых золоуловителей.

Методика разработана по материалам экспериментов на котлах типа ДКВР-10, КЕ-10, ДКВР-4, КВТС-20, КС и КЧМ-3.

Примеры расчета концентрации бенз(а)пирена в продуктах сгорания различных видов топлива приведены в Приложении Ж.

Приложение А

(справочное)

Расчет объема сухих дымовых газов

А1 Объем сухих дымовых газов при нормальных условиях определяется по уравнению

V_дг = V_г⁰ + (α - 1) · V⁰ - V⁰_Н2O                                             (A1)

где V⁰, V_г⁰ и V⁰_Н2О - соответственно объемы воздуха, дымовых газов и водяных паров при стехиометрическом сжигании одного килограмма (1 нм³) топлива, нм³/кг (нм³/нм³).

А2 Для твердого и жидкого топлива расчет выполняют по химическому составу сжигаемого топлива по формулам

V⁰ = 0,0889 · (С^г + 0,375 · S^r_op+k) + 0,265 · H^r - 0,0333 · O^r                    (A2)

V⁰_Н2О = 0,111 · Н^r + 0,0124 · W^r + 0,0161 · V⁰                              (A3)

   (А4)

где С^r, S^r_op+k, Н^u, О^r, N^r - соответственно содержание углерода, серы (органической и колчеданной), водорода, кислорода и азота в рабочей массе топлива, %;

W^r - влажность рабочей массы топлива, %.

A3 Для газообразного топлива расчет выполняется по формулам

                  (А5)

                    (A6)

                     (A7)

где СО, С0₂, Н₂, H₂S, C_mH_n, N₂, O₂ - соответственно, содержание оксида углерода, диоксида углерода, водорода, сероводорода, углеводородов, азота и кислорода в исходном топливе, %;

m и n - число атомов углерода и водорода соответственно;

d_г.тл. - влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 нм³ сухого газа, г/нм³.

Химический состав твердого, жидкого и газообразного топлива может быть определен по справочнику «Энергетическое топливо СССР», - М.: Энергоатомиздат, 1991 или по аналогичным справочникам.

Приложение Б

Щелочность орошающей воды, мг-экв./дм³: -                            1 - 10

                                                                                                                        2 - 5

                                                                                                                        3 - 0

Рисунок Б1 - Степень улавливания оксидов серы в мокрых золоуловителях в зависимости от приведенной сернистости топлива и щелочности орошающей воды

Приложение В

Таблица В1 - Характеристика топок котлов малой мощности

Таблица В2 - Значения коэффициента К_СО в зависимости от типа топки и вида топлива

Приложение Г

(справочное)

Таблица Г1 - Зольность и общая влага мазутов

Приложение Д

Определение степени улавливания мазутной золы в пересчете на ванадий в золоулавливающих установках

Д1 Степень очистки газов от мазутной золы (в пересчете на ванадий), η^v_зу, %, в специально применяемых для этого батарейных циклонах определяют по формуле

η^v_зу = 0,076 · (η_зу.общ)^1,85 - 2,32 · η_зу.общ,                                (Д1)

где 0,076 и 2,32 - эмпирические коэффициенты;

1,85 - эмпирический показатель степени;

η_зу.общ - общая степень улавливания твердых частиц, образующихся при сжигании мазута в котлах ТЭС и котельных, %.

Зависимость (Д1) действительна при выполнении условия

65 % < η_зу.общ < 85 %.

Д2 При совместном сжигании мазута и твердого топлива в пылеугольных котлах степень улавливания мазутной золы в пересчете на ванадий, η^v_зу, %, в золоулавливающих установках определяется по формуле

η^v_зу = η_у · С,                                                                          (Д2)

где η_у - общая степень улавливания твердых частиц при сжигании угля, %;

С - коэффициент, равный:

0,6 - для электрофильтров;

0,5 - для мокрых аппаратов;

0,3 - для батарейных циклонов.

Приложение Е

Коэффициенты, учитывающие влияние различных факторов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания

Рисунок Е1 - Зависимость К_д от относительной нагрузки котла

Рисунок Е2 - Зависимость К_р от степени рециркуляции

1 - в дутьевой воздух или кольцевой канал вокруг горелок

2 - в шлицы под горелками

Рисунок Е3 - Зависимость К_ст от доли воздуха, подаваемого помимо горелок

Приложение Ж

Примеры расчета концентрации бенз(а)пирена в продуктах сгорания паровых котлов малой мощности и водогрейных котлов, работающих на мазуте и природном газе

Ж1 Промтеплоэнергетические котлы малой мощности

Ж1.1 Топливо - мазут

Исходные данные:

Концентрация бенз(а)пирена в сухих продуктах сгорания на выходе из топочной камеры определяется по формуле (50):

где К_д = 1,5 - определяется по графику рис. Е1;

К_р = 1,78 - определяется по графику рис. Е2.

Ж1.2 Топливо - природный газ

Исходные данные:

Концентрация бенз(а)пирена в сухих продуктах сгорания на выходе из топочной камеры определяется по формуле (52):

где К_д = 1,0 - определяется по графику рис. Е1;

К_р = 1,35 - определяется по графику рис. Е2;

К_ст = 1,35 - определяется по графику рис. Е3.

Ж2 Водогрейные котлы

Ж2.1 Топливо - мазут

Исходные данные:

Концентрация бенз(а)пирена в сухих продуктах сгорания на выходе из топочной камеры определяется по формуле (54):

где К_д = 1,85 - определяется по графику рис. Е1;

К_о = 1,5 - при периоде между очистками конвективных поверхностей нагрева на работающем котле, равном 12 ч.

Ж2.2 Топливо - природный газ

Исходные данные:

Концентрация бенз(а)пирена в сухих продуктах сгорания на выходе из топочной камеры определяется по формуле (56):

где К_д = 1,85 - определяется по графику рис. Е1;

К_р = 1,8 - определяется по графику рис. Е2;

К_ст = 2,1 - определяется по графику рис. Е3.

Приложение З

(справочное)

Таблица З1 - Расчетные характеристики углей различных месторождений

Таблица З2 - Расчетные характеристики природного газа различных месторождений

Таблица З3 - Расчетные характеристики мазута различных классов