OCHRONA POWIETRZA. Opracował: Damian Wolański

Transkrypt

1 OCHRONA POWIETRZA Policzenie aktualnej emisji pyłu, dwutlenku siarki SO2, tlenku węgla CO i tlenku azotu NO przeliczanego na dwutlenku azotu NO2 Opracował: Damian Wolański

2 Wzory wykorzystywane w projekcie Ei = Ci Vsp B n Ei emisja zanieczyszczenia [kg/h] Vsp objętość spalin suchych [Nm3/kg paliwa] Ci stężenie i-tego zanieczyszczenia [kg/nm3 spalin suchych] B godzinowe zużycie paliwa [kg/h] n liczba kotłów B= W η Q W wydajność cieplna kotła [kj/h] η sprawność kotła [%] Q wartość opałowa paliwa [kj/kg] W = D (h p h w ) D wydajność kotła [ton pary/h] hp entalpia pary [kj/kg] hw entalpia wody [kj/kg] 2

3 wvsp = Vsp (1 X w ) wvsp objętość spalin wilgotnych [Nm3/kg paliwa] Xw zawartość wilgoci w spalinach [%] w Vsp = Vsp,w + (λ 1) + λ V pow,t 1,602 y w Vsp,w jednostkowa objętość spalin [Nm3/kg paliwa] λ współczynnik nadmiaru powietrza [-] yw zawartość wilgoci w powietrzu [kg/kg powietrza suchego] Vpow,t teoretyczna objętość powietrza do procesu spalania [Nm 3/kg paliwa] Vsp,w = 0,212 Q + 1, V pow,t = 0,241 Q + 0, C pylu = a u Vsp Cpyłu stężenie pyłu [kg/nm3 spalin suchych] a zawartość popiołu [%] u unos popiołu z paleniska [%] 3

4 C SO2 = 2 s Vsp CSO2 stężenie dwutlenku siarki [kg/nm3 spalin suchych] s zawartość siarki [%] C NO 2 = c NO 2 M NO 2 Vm 10 6 CNO2 stężenie dwutlenku azotu [kg/nm3 spalin suchych] cno2 stężenie dwutlenku azotu [ppm] MNO2 masa molowa NO2 [kg/kmol] 46,01 Vm objętość molowa [Nm3/kmol] 22,41 C CO = c CO M CO 10 6 Vm CCO stężenie tlenku węgla [kg/nm3 spalin suchych] cco stężenie tlenku węgla [ppm] MCO masa molowa CO [kg/kmol] 28,01 Vm objętość molowa [Nm3/kmol] 22,41 C i6% = C i 0,21 x 2 0,21 x 1 Ci6% - stężenie i-tego zanieczyszczenia przy 6% zawartości O2 [mg/nm3] x1 zawartość tlenu w gazach odlotowych [%] 4

5 x2 standardowa zawartość tlenu w gazach odlotowych [%] x 2 = 6% x1 = 0,21 (λ 1) V pow,t 100% XwwVsp (1 ) 100 M= W 3600 M moc cieplna źródła [MW] C i6% D i ηi = 100% C i6% Tabela 1.Dopuszczalne stężenia gazów i pyłów wprowadzanych do powietrza Substancje zanieczyszczające pył SO2 NO2 CO Dopuszczalne stężenia [mg/nm3] Tabela 2.Jednostkowe stawki opłat za gazy lub pyły wprowadzane do powietrza Substancji zanieczyszczające pył SO2 NO2 CO Wysokość opłat i kar [zł/kg] 0,25 0,38 0,38 0,1 5

6 DANE : PARAMETR LICZBA KOTŁÓW WYDAJNOŚĆ KOTŁA SPRAWNOŚĆ KOTŁA UNOS POPIOŁU Z PALENISKA WSPÓŁCZYNNIK NADMIARU POWIETRZA PARAMETRY CIŚNIENIE PARY ŚWIEŻEJ TEMPERATURA TEMPERATURA WODY ŚWIEŻEJ WARTOŚĆ OPAŁOWA WĘGLA ZAWARTOŚĆ SIARKI ZAWARTOŚĆPOPIOŁU ZAWARTOŚĆ WILGOCI W SPALINACH ZAWARTOŚĆ WILGOCI W POWIETRZU ENTALPIA PARY PERWONIE OGRZEWANEJ ENTALPIA WODY ZASILAJĄCEJ STĘŻENIE TLENKÓW AZOTU W ĆWICZENIE NR t pary/h 82% 80% 1,23 13,5 MPa 540ºC 200ºC kj/kg 0,9% 15% 10% 10% 3350 kj/kg 852,45 kj/kg 240 ppm ĆWICZENIE NR t pary/h 78% 70% 1,23 13MPa 540ºC 200ºC kj/kg 15% 10% 7% 7% 3350 kj/kg 852,45 kj/kg 190 ppm SPALINACH W PRZELICZENIU NA NO2 STĘŻENIE CO W SPALINACH 140 ppm 150 ppm CHARAKTERYSTYKA PRACY KOTŁÓW W CIĄGU ROKU 10 DNI maksymalne obciążenie 5 kotłów 70 DNI pracują 5 kotły z obciążeniem 80% 100 DNI pracują 4 kotły z obciążeniem 80% 60 DNI pracuje 3 kotły z obciążeniem 80% 60 DNI pracują 3 kotły z obciążeniem 90% 60 DNI pracują 3 kotły z obciążeniem 70% 6

7 Obliczenie ćwiczenie numer 1 1. Obliczenie stężeń zanieczyszczeń w spalinach wprowadzanych od powietrza Obliczenie wydajności kotła W W = kg h (3350 kj kg 852,45 kj kg) W = kj h Obliczenie godzinowego zużycia paliwa B= kj h 0, kj kg B = 15228,96 kg h Obliczenie jednostkowej objętości spalin Vsp,w = 0, kj kg + 1, Vsp, w = 6,314 Nm 3 / kg paliwa Obliczenie teoretyczna objętość powietrza do procesu spalania V pow,t = 0, kj kg + 0, V pow,t = 5,802 Nm 3 / kg paliwa Obliczenie objętości spalin wilgotnych wvsp = 6,314 Nm 3 kg + (1,23 1) + 1,23 5,802 Nm 3 kg 1,602 0,1 wvsp = 7,68 Nm 3 kg paliwa Obliczenie objętości spalin suchych Vsp = 7,68 Nm 3 kg (1 0,1) Vsp = 6,912 Nm 3 / kg paliwa 7

8 Obliczenie stężenia pyłu C pylu = 0,15 0,8 6,912 C pylu = 0,01736kg / Nm 3 = 17000mg / Nm 3 Obliczenie stężenia dwutlenku siarki C SO2 = 2 0,009 6,912 C SO2 = 2, kg / Nm 3 = 2600mg / Nm 3 Obliczanie stężenia dwutlenku azotu C NO2 = ,01 kg kmol ,41 Nm kmol C NO2 = 0, kg / Nm 3 = 496mg / Nm 3 Obliczenie stężenia tlenku węgla CCO = ,01 kg kmol ,41 Nm kmol CCO = 0, kg / Nm 3 = 174mg / Nm 3 Emisja zanieczyszczenia pyłem E pyły = 0,0173 kg Nm 3 6,912 Nm 3 kg 15228,96 kg h 5 E pyły = 9105,21kg / h Emisja zanieczyszczenia dwutlenkiem siarki ESO2 = 2, kg Nm 3 6,912 Nm 3 kg 15228,96 kg h 5 ESO2 = 1368,41kg / h 8

9 Emisja zanieczyszczenia tlenkiem węgla ECO = 0, kg Nm 3 6,912 Nm 3 kg 15228,96 kg h 5 ECO 91,58kg / h Emisja zanieczyszczenia dwutlenkiem azotu E NO2 = 0, kg Nm 3 6,912 Nm 3 kg 15228,96 kg h 5 E NO2 = 259,47kg / h Zbiorcze zestawienie wyliczonej emisji: E pylu = 9105,21kg / h ESO2 = 1368,41kg / h ECO = 91,58kg / h E NO2 = 259,47kg / h Obliczanie mocy cieplnej źródła M = M = 76,314 Obliczanie zawartości tlenu w gazach odlotowych 0,21 (1,23 1) 5,802 Nm 3 kg x1 = 100% 0,137,68 Nm kg (1 ) 100 x1 = 4% 9

10 2. Obliczanie stężeń substancji w gazach odlotowych przy standardowej zawartości tlenu w gazach 6%C pylu = mg Nm 3 = mg Nm 3 6%C SO2 = 2600 mg Nm 3 = 2294,117 mg Nm 3 6%C NO2 = 496 mg Nm 3 = 437,64 mg Nm 3 6%CCO = 174 mg Nm 3 = 153,53 mg Nm 3 Tabela 3.Porównanie wyliczonych stężeń emitowanych zanieczyszczeń ze stężeniami dopuszczanymi. Pogrubione liczby oznaczają przekroczenie normy. Cpyłu CSO2 CNO2 CCO emitowane zanieczyszczenia przy standardowej zawartości tlenu [mg/nm3] , ,64 153,53 dopuszczalna emisja zanieczyszczeń [mg/nm3] Określenie stopnia redukcji emisji zanieczyszczenia w przypadku przekroczenia dopuszczalnych emisji η pylu mg Nm mg Nm 3 = 100% mg Nm 3 η pylu = 97% η SO ,117 mg Nm mg Nm 3 = 100% 2294,117 mg Nm 3 η SO = 61% 2 10

11 4. Wyznaczenie rocznej wartości opłat za wprowadzanie zanieczyszczeń do powietrza oraz kar w wysokości 10-krotnej wysokości jednostkowej stawki opłat za wprowadzenie zanieczyszczeń do powietrza. Opłata za wprowadzanie pyłu do powietrza D pylu = 350 mg Nm 3 E pylu = 350 mg Nm 3 6,912 Nm 3 kg 15228,96 kg h 5 E pylu = ,2 mg h = 208,17 kg h O pyl = 0,25 zl kg 208,17 kg h [10 24h h 5 0, h 4 0,8] O pyl = zł Kara za wprowadzanie pyłu do powietrza D pylu = 350 mg Nm 3 6%C pylu = mg Nm 3 E pylu = ( mg Nm mg Nm 3 ) 6,912 Nm 3 kg 15228,96 kg h 5 E pylu = mg h = 8712,85 kg h O pyl = 10 0,25 zl kg 8712,82 kg h [10 24h h 5 0, h 4 0,8] O pyl = zł Opłata za wprowadzanie dwutlenku siarki do powietrza DSO2 = 850 mg Nm 3 E SO2 = 850 mg Nm 3 6,912 Nm 3 kg 15228,96 kg h 5 ESO2 = ,7 mg h = 505,52 kg h 11

12 OSO2 = 0,38 zl kg 505,52 kg h [10 24h h 5 0, h 4 0,8] OSO2 = ,56 zł Kara za wprowadzanie dwutlenku siarki do powietrza DSO2 = 850 mg Nm 3 6%C SO2 = 2294,12 mg Nm 3 ( E SO2 = 2294,12 mg Nm mg Nm 3 6,912 Nm 3 kg 15228,96 kg h 5 ESO2 = mg h = 858,87 kg h ) OSO2 = 10 0,38 zl kg 858,87 kg h [10 24h h 5 0, h 4 0,8] OSO2 = ,60 zł Opłata za wprowadzanie dwutlenku azotu do powietrza E NO2 = 259,47 kg h ONO2 = 0,38 zl kg 259,47 kg h [10 24h h 5 0, h 4 0,8] ONO2 = ,16 zł Opłata za wprowadzanie tlenku węgla do powietrza ECO = 91,58 kg h OCO = 0,1 zl kg 91,58kg h [10 24h h 5 0, h 4 0,8] OCO = ,8 substancja zanieczyszczająca pył SO2 NO2 CO opłata [zł] , , ,8 kara [zł] , suma , , , ,12 12

13 Obliczenie ćwiczenie numer 2 1. Obliczenie stężeń zanieczyszczeń w spalinach wprowadzanych od powietrza Obliczenie wydajności kotła W W = kg h (3350 kj kg 852,45 kj kg) W = kj h Obliczenie godzinowego zużycia paliwa B= kj h 0, kj kg B = 17504,20 kg h Obliczenie jednostkowej objętości spalin Vsp,w = 0, kj kg + 1, Vsp,w = 4,4,83Nm 3 / kg paliwa Obliczenie teoretyczna objętość powietrza do procesu spalania V pow,t = 0, kj kg + 0, V pow,t = 4,115Nm 3 / kg paliwa Obliczenie objętości spalin wilgotnych wvsp = 4,83 Nm 3 kg + (1,23 1) + 1,23 4,115 Nm 3 kg 1,602 0,07 wvsp = 5,41 Nm 3 kg paliwa Obliczenie objętości spalin suchych Vsp = 5,41 Nm 3 kg (1 0,07) Vsp = 5,03Nm3 / kg paliwa 13

14 Obliczenie stężenia pyłu C pylu = 0,10 0,70 5,03 C pylu = 0,013916kg / Nm 3 = 13916mg / Nm 3 Obliczenie stężenia dwutlenku siarki C SO2 = 2 0,15 5,03 C SO2 = 0,0596kg / Nm 3 = 59600mg / Nm 3 Obliczanie stężenia dwutlenku azotu C NO2 = ,01 kg kmol ,41 Nm kmol C NO2 = 0, kg / Nm 3 = 287,88mg / Nm 3 Obliczenie stężenia tlenku węgla CCO = ,01 kg kmol ,41 Nm kmol CCO = 0, kg / Nm 3 = 237mg / Nm 3 Emisja zanieczyszczenia pyłem E pyły 0, kg Nm3 5,03 Nm3 kg 17504,20 kg h 3 E pyły 3675,75kg / h Emisja zanieczyszczenia dwutlenkiem siarki ESO2 = 0,0596 kg Nm3 5,03 Nm3 kg 17504,20 kg h 3 ESO ,65kg / h 14

15 Emisja zanieczyszczenia tlenkiem węgla ECO = 0, kg Nm3 5,03 Nm3 kg 17504,20 kg h 3 ECO = 62,60kg / h Emisja zanieczyszczenia dwutlenkiem azotu E NO2 = 0, kg Nm3 5,03 Nm3 kg 17504,20 kg h 3 E NO2 = 75,81kg / h Zbiorcze zestawienie wyliczonej emisji: E pylu = 3675,75kg / h ESO2 = 15742,65kg / h ECO = 62,60kg / h E NO2 = 75,81kg / h Obliczanie mocy cieplnej źródła M= M = 56,89 Obliczanie zawartości tlenu w gazach odlotowych 0,21 (1,23 1) 4,115 Nm 3 kg x1 = 100% 0,135,41 Nm kg (1 ) 100 x1 = 4% 15

16 2. Obliczanie stężeń substancji w gazach odlotowych przy standardowej zawartości tlenu w gazach 6%C pylu = mg Nm 3 = 12246,08 mg Nm 3 6%CSO2 = mg Nm 3 = mg Nm 3 6%C NO2 = 287,88 mg Nm 3 = 253,33 mg Nm 3 6%CCO = 237 mg Nm 3 = 208,56 mg Nm 3 Tabela 4.Porównanie wyliczonych stężeń emitowanych zanieczyszczeń ze stężeniami dopuszczanymi. Pogrubione liczby oznaczają przekroczenie normy. Cpyłu CSO2 CNO2 CCO emitowane zanieczyszczenia przy standardowej zawartości tlenu [mg/nm3] 12246, ,33 203,56 dopuszczalna emisja zanieczyszczeń [mg/nm3] Określenie stopnia redukcji emisji zanieczyszczenia w przypadku przekroczenia dopuszczalnych emisji η pylu 12246,08 mg Nm mg Nm 3 = 100% ,08 mg Nm η pylu = 97% η SO mg Nm mg Nm 3 = 100% mg Nm 3 η SO = 98% 2 208,56 mg Nm mg Nm 3 η co = 100% 208,56 mg Nm 3 η SO = 4% 2 16

17 4. Wyznaczenie rocznej wartości opłat za wprowadzanie zanieczyszczeń do powietrza oraz kar w wysokości 10-krotnej wysokości jednostkowej stawki opłat za wprowadzenie zanieczyszczeń do powietrza. Opłata za wprowadzanie pyłu do powietrza D pylu = 350 mg Nm 3 E pylu = 350 mg Nm 3 5,03 Nm 3 kg 17504,20 kg h 3 E pylu = ,5 mg h = 104,47 kg h O pyl = 0,25 zl kg 104,47 kg h [60 24h 3 0, h 3 0, h 3 0,7] O pyl = 87629,44 zł Kara za wprowadzanie pyłu do powietrza D pylu = 350 mg Nm 3 6%C pylu = 12246,08 mg Nm3 ( ) 0,,21 0,,04 5,03 Nm0 21 E pylu = 12246,08 mg Nm mg Nm E pylu = mg h = 3550,66 kg h 3 kg 17504,20 kg h 3 O pyl = 10 0,25 zl kg 3550 kg h [0 24h 3 0, h 3 0, h 3 0,7] O pyl = ,08zł Opłata za wprowadzanie dwutlenku siarki do powietrza DSO2 = 850 mg Nm 3 ESO2 = 850 mg Nm 3 5,03 Nm 3 kg 17504,20 kg h 3 ESO2 = ,1mg h = 253,70 kg h 17

18 OSO2 = 0,38 zl kg 253,70 kg h [0 24h 3 0, h 3 0, h 3 0,7] OSO2 = ,41zł Kara za wprowadzanie dwutlenku siarki do powietrza DSO2 = 850 mg Nm 3 6%CSO2 = mg Nm3 ( ) 0,,21 0,,04 5,03 Nm0 21 ESO2 = mg Nm mg Nm ESO2 = 1, mg h = 15400,78 kg h 3 kg 17504,20 kg h 3 OSO2 = 10 0,38 zl kg 15400,78 kg h [0 24h 3 0, h 3 0, h 3 0,7] OSO2 = ,60 zł Opłata za wprowadzanie tlenku węgla do powietrza DCO = 200 mg Nm3 ECO = 200 mg Nm 3 5,03 Nm 3 kg 17504,20 kg h 3 ECO = ,4 mg h = 59,70 kg h OCO = 0,1 zl kg 59,70 kg h [0 24h 3 0, h 3 0, h 3 0,7] O pyl = 20030,54 zł Kara za wprowadzanie tlenku węgla do powietrza DCO = 200 mg Nm3 6%CCO = 208,56 mg Nm3 ( ) 0,,21 0,,04 5,03 Nm0 21 ECO = 208,56 mg Nm mg Nm kg 17504,20 kg h 3 18

19 ECO = ,51mg h = 2,56 kg h OCO 10 0,1 zl kg 2,56 kg h [0 24h 3 0, h 3 0, h 3 0,7] O pyl = 8589,312 zł Opłata za wprowadzanie dwutlenku azotu do powietrza E NO2 = 75,81kg h ONO2 = 0,38 zl kg 75,81kg h [0 24h 3 0, h 3 0, h 3 0,7] ONO2 = 96655,93zł substancja zanieczyszczająca pył SO2 NO2 CO opłata [zł] , , , ,54 kara [zł] , , ,31 suma , , , ,3 Na podstawie powyższych ćwiczeń i zastosowaniu podanych wzorów ustaliliśmy opłaty za emisję poszczególnych zanieczyszczeń dla wybranej miejscowości w odniesieniu do danych zawartych w projekcie. Wyniki wykazują następująco: - SO2-129,15 Mg/rok 129,15 - CO 35,86 Mg/rok 35, kg1000 = 129,15 = 14,74kg / h h kg1000 = 35,86 = 4,09kg / h h NO2 79,03 Mg/rok 79, kg1000 = 79,03 = 9,02kg / h h CO ,13 Mg/rok brak danych o dopuszczalnej emisji 19

20 Bazując na danych mogliśmy obliczyć stężenia Ei = Ci Vsp B n Vsp = 5,03Nm3 / kg paliwa B = 15228,96 kg h n = 5 kotłów nie przekroczono nie przekroczono nie przekroczono Opłaty za wprowadzanie dwutlenku siarki do powietrza ESO2 = 14,74 kg h ONO2 = 0,38 zl kg 14,74 kg h [10 24h h 5 0, h 4 0,8] ONO2 = 87378,72 zł Opłata za wprowadzanie dwutlenku azotu do powietrza E NO2 = 4,09 kg h ONO2 = 0,38 zl kg 4,09 kg h [10 24h h 5 0, h 4 0,8] ONO2 = 24245,52 zł Opłata za wprowadzanie tlenku węgla do powietrza ECO = 9,02 kg h OCO = 0,1 zl kg 9,02kg h [10 24h h 5 0, h 4 0,8] OCO = 14071,20 zł 20