МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РБ
БЕЛОРУСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине: Инженерная экология

Эколого-экономическое обоснование промышленного объекта
Выполнил:

Бурблис В.С. гр.110411

МИНСК-2004


СОДЕРЖАНИЕ


1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1.1 Краткое описание технологического процесса

2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ

2.1 Расчет выбросов твердых частиц

2.2 Расчет выбросов оксида серы

2.3 Расчет содержания оксида углерода в дымовых газах

2.4 Расчет выброса двуокиси азота

3. АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ

3.1 Выявление веществ обладающих суммацией вредного действия и определение для них приведенных концентраций и массового выброса

3.2 Нахождение доминирующих веществ

4. Расчёт рассеивания вредных веществ газовых выбросов

5. Расчет ПДВ

6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОП

7. ВЫБОР И РАСЧЕТ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ

8. РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

9. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ИХ АНАЛИЗ

ЛИТЕРАТУРА


1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Номер варианта : 5

Город : Витебск

Высота трубы : H_м=50м.

Средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника:

ω_о=5м/с.

Степень очистки газов от вредных примесей : η=0,9.

Выброс B=750+30(N+5),

где N номер варианта;

B=750+30(5+5)=1050 т/год

B(г/с)=(Вт 10⁶)/(3600 τ)=182,29 (г/с)

Температура t=100+2.5N=100+2,5*5=112,5 ⁰C

Время τ =1000+30(N+15)=1600 (час/год).

Координаты точки:

X=300+42(N+2)=594 (м)

Y=10+15N=85 (м)

Топливом для работы котельной является каменный уголь Донецкого Бассейна ТР

Его основные параметры следующие:

Влажность W^P=6 %

Зольность Ap= 25 %

Содержание серы Sp=2,7 %

Низшая теплота сгорания Qн= 24,03 МДж/кг

Количество воздуха необходимого для сжигания топлива L⁰_г=7,48 м³/кг

Город расположен на 52 градусах северной широты, температура t=36


1.1 Краткое описание технологического процесса
В городе Витебск находится отопительная котельная на твердом топливе, в которой сжигается уголь в количестве В=1050т/год. Котельная имеет трубу высотой H=50м. В атмосферу при этом выделяются следующие вредности: зола, оксид углерода, двуокись азота, оксид серы.

Задачей курсовой работы является эколого-экономическое обоснование данных котельной, т.е. выявление количества выделяемых вредностей и предотвращение нанесения ущерба окружающей среде.


2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ
2.1 Расчет выбросов твердых частиц


Количество золы и несгоревшего топлива(т/год,г/с),выбрасываемого в атмосферу с дымовыми газами от котлоагрегатов при сжигании твердого топлива, находят по следующей формуле:
M_т=BA^pѓ(1-η)
Где Ap -зольность топлива в %

η _з -степень очистки газов в золоуловителях

ѓ=0,0026
 (г/с)

(г/с)

 (т/год)
2.2 Расчет выбросов оксида серы
Расчет выбросов в атмосферу окислов серы в пересчёте на SO₂ (т/год, г/с) при сжигании твердого и жидкого топлива производится по следующей формуле:
Mso₂=0,02 B S^p (1- η^’so₂ ) (1- η^’’so₂ ),
Где S^p – содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η^’so_2-доля окислов серы, связываемых летучей золой топлива (принимается при сжигании углей равной 0,1, мазута 0,02);

η^’’so₂- доля окислов серы, улавливаемых в золоуловителях, принимается равной нулю для сухих золоуловителей, для мокрых зависит от щёлочности орошаемой воды и приведенной сернистости топлива.

2.3 Расчет содержания оксида углерода в дымовых газах


Расчет образования оксида углерода в еденицу времени(г/с, т/год) ведется по следующей формуле:
Mco=0,001 Cco B (1-q₄/100),
Где Ссо- выход оксида углерода при сжигании топлива;

Cco=q₃ R Q_н,

Где q₃- потери теплоты вследствие химческой неполноты сгорания топлива.%;

R-Коэффициент, учитывающий долю потерь теплоты вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленной наличием в продуктах сгорания оксида углерода(для твёрдого топлива R=1, для газа – 0,5. для мазута – 0,65);

q_4- потери теплоты вследствие неполноты сжигания топлива.
 МДж/кг

 (г/с)

 (т/год)


2.4 Расчет выброса двуокиси азота


Количество оксида азота, в пересчёте на NO₂, выбрасываемых в единицу времени (г/с, т/год), рассчитывается по формуле:
M_NO2=0,001 B Q K _NO2 (1-β),
где B- расход натуральног топлива за рассматриваемый период времени(г/с,тыс.м³/год,л/с т/год);

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


K _NO2-параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1ГДж теплоты, кг/ГДж;

β – коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применения технических решений.
Значения K _NO2 определяются по графикам (рис 3.2 в методическом пособии) для различных видов топлива в завмсимости от еоминальной нагрузки теплогенератора. При нагрузке котла, отличающейся от номинальной, K _NO2, следует умножить на (Qф/Qр)^0,25, где Qф,Qр- соответственно фактическая и номинальная мощности топливосжигающей установки, кВт.

Теплопроизводительность топливоиспользующего оборудования (кВт) определяется по формуле:


K _NO2=0,24

 (кВт)
где B- расход топлива, кг/ч, м³/ч;

Qн- теплота сгорания топлива, кДж/кг, кДж/м³.
 (г/с)

(т/г)


3. АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ
3.1 Выявление веществ, обладающих суммацией вредного действия и определение для них приведенных концентраций и массового выброса
Основными критериями качественной воздушной среды является предельно допустимая концентрация (ПДК). При этом требуется выполнение соотношения:
ПДК³С
С-концентрация вещества в воздухе, мг/м³.
К вредным веществам однонаправленного действия, следует относить вещества, близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на организм человека.

Суммацией вредного воздействия обладают двуокись азота (NO₂) и сернистый ангидрид (SO₂).

Приведенная концентрация (С_п) к веществу с концентрацией С₁ и ПДК₁ рассчитывается по формуле:



При одновременном выбросе в атмосферу из одного источника нескольких вредных веществ, обладающих суммацией действия, расчеты выполняют после приведения всех вредных к валовому выбросу Мп одного из них М₁, по последующей зависимости:



 
Объём удаляемых дымовых газов:
,
где α- коэффициент, зависящий от класса опасности (α=1,3)

- температура дымовых газов, К
 К



 кг/ч

м³/с
Концентрации веществ в дымовых газах определяем следующим образом:


 (г/м³)

 (г/м³)

 (г/м³)

 (г/м³)
3.2 Нахождение доминирующих веществ
Для проектируемой котельной согласно данным по выбросу вредных веществ в атмосферу, приведенных в графах 1-8 таблицы 1, рассчитаем максимальное значение параметра П (характеризующего степень воздействия проектируемого объекта на загрязнение атмосферного воздуха).

Решение приведено в графах 9-13 таблицы 1.
Табл.1 определение доминирующего вещества



На основании анализа полученных результатов (табл.1) делаем вывод: степень воздействия проектируемой котельной на загрязнение атмосферного воздуха характеризуется максимальным значением параметра П=1968363 м³/с, по действию SO₂.


4. РАСЧЁТ РАССЕИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ
Расчет рассеивания вредных веществ в атмосфере выполняется согласно нормативному документу ОНД-86. Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризуется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответствующей неблагоприятным метеорологическим условиям. В том числе и опасной скорости ветра.

При расчётах определяют приземную концентрацию в двухметровом слое над поверхностью земли, а в случае необходимости – в заданной точке в вертикальном направлении.

В зависимости от высоты H устья источника выброса вредного вещества над земной поверхностью они относятся к одному из четырёх классов: высокие H>50 м; средней высоты H=10…50; низкие - H=2…10; наземные H<2.

Опасная скорость ветра - это скорость определяемая на уровне 10 м. от земной поверхности, при которой для заданного состояния атмосферы концентрация вредных примесей на уровне дыхания людей(высота – 2 м.) достигает максимальной величины.

Максимальное значение приземных концентраций и входящие в них коэффициенты определяют в зависимости от параметров f, υ_м, υ^’_м, f_е.

Из формулы для скорости выхода газовых выбросов из устья трубы :

выражаем диаметр устья трубы(м):

 (м)
Вычисляем вспомогательный параметр – f:

где ω₀- средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника, м/с;

Δt – разность между температурой выброса и окружающим воздухом;

Так как f<100 и Δt=82>0, то расчет ведём по формулам для нагретых газов. Находим параметр υ_м (м/с) и опасную скорость ветра ω (м/с).

где L- количество выброса в атмосферу, м³/с
 (м/с)
Так как 0,5< υ_м≤2,то
ω= υ_м =1,018 (м/с)


Определяем коэффициенты F,n,m и вычисляем максимальную приземную концентрацию вредности.

F-безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газов F=1)

m и n – коэффициенты , учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из устья источника;

Коэффициент m определяют в зависимости от f
При f<100




Коэффициент n при f<100 определяют в зависимости от υ_м

при 0,5≤υ_м<2 его определяют по формуле:

так как υ_м=1,1 (м/с) ,то условие выполняется. Следовательно, считаем по вышеприведенной формуле:

Определяем максимальную концентрацию (мг/м³):
;


где А- коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы для неблагоприятных метеорологических условий, определяющих рассеивание вредных веществ(для Европейской территории СНГ и Урала севернее 52⁰ с.ш.-160,ниже 50⁰ с.ш.-200)

η_р- безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности(при условии перепада высот не превышающей 50 м. на 1 км. η_р=1)
 (мг/м³)
Находим безразмерный параметр d и вычисляем расстояние по оси X, на котором наблюдается максимальная приземная концентрация .

При f<100 и 0,5< υ_м≤2 коэффициент d находим по формуле:
 

 

Xм=dH

 (м.)
Определяем S₁-безразмерный коэффициент, зависящий от Xср=X/Xм
При 1<X/Xм≤8



так как  и 1<2,12≤8 , то




При опасной скорости ветра приземная концентрация по оси факела С_X на расстоянии X_М, м, определяется по формуле:
Сx= S₁Cм

 
Определяем коэффициент t_y в зависимости от скорости ветра ω и коэффициент S₂, зависящий от ω и t_y

при ω≤5







Значение приземной концентрации в атмосфере Сy на расстоянии Y, м, по перпендикуляру к оси факела выброса определяют по формуле:



Определяем действительную концентрацию в заданной точке и сравниваем с допустимой
С= Сy+С_ф







С<ПДКм.р.

0,15<0,5
Следовательно, нет необходимости ставить дополнительные очистные устройства.


5. РАСЧЕТ ПДВ (предельно допустимого выброса)
Расчет ПДВ ведется в зависимости от класса вещества:

1и2 классы (NO₂)-наибольшая опасность, для них ПДВ рассчитывается по полной программе;

3 класс (тв.вещ.,SO₂)-ПДВ рассчитывается по сокращенной программе;

4 класс (СО)-ПДВ можно не рассчитывать.

Рассмотрим пример расчета ПДВ вещества 3 класса (SO₂).

Значение ПДВ для одиночного источника в случае, когда f<100 определяют по формуле:

h_р=1 – коэффициент учитывающий влияние рельефа местности.
Dt=112.5-36=76,5 °С
Подставив значения в формулу, получим значения (для каждого вещества) :









6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОП
Расчет коэффициента опасности предприятия определяется по формуле:

n - количество вредностей

М_i-количество i-го загрязняющего вещества

ПДК_i-допустимая норма i-го вещества

a_i-безразмерный коэффициент, позволяющий привести степень вредности i-го вещества к вредности SO₂.
Для веществ 1 класса-a_i=1.7

2 класса-a_i=1.3

3 класса-a_i=1.0

4 класса-a_i=0.9
Условие:

1)                М_i/ПДК_i>1, КОП рассчитывается.

2)                М_i/ПДК_i<1, КОП не рассчитывается, т.е. » равен нулю.
Тогда для нашего случая
376,88
Таким образом, т.к.КОП <10³ размер санитарно-защитной зоны 100м


7.ВЫБОР И РАСЧЕТ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ
В каждом конкретном случае размеры санитарно-защитной зоны и возможности отклонения должны подтверждаться расчетом. Полученный при расчете размер зоны уточняется в сторону увеличения или уменьшения в зависимости от розы ветров и относительно расположения котельной и зоны застройки. Корректировка производится по формуле

Расчет ведется по следующей формуле:

где -определяемая величина санитарной зоны, м;

-величина зоны в соответствии с классификацией;

-повторяемость ветра в заданном направлении согласно розе ветров, %;

 -средняя повторяемость ветра при круговой розе ветров=12,5%.

Роза ветров и санитарно–защитная зона изображены на формате под номером 2.

Исходные данные для расчета розы ветров: средняя повторяемость ветра за июль месяц
С=10;СВ=11;В=8;ЮВ=9;Ю=13;ЮЗ=14;З=18;СЗ=17;ШТИЛЬ=6;

С

CВ

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ


8. РАСЧЁТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ
Под экономическим ущербом подразумеваются фактические и возможные потери, урон или отрицательные изменения природы, которые вызваны загрязнением окружающей среды, выраженные в денежной форме.

Экономический ущерб может быть фактическим(Yф), возможным(Yв) или предотвращённым(Yп).

Возможный экономический ущерб(Yв) рассчитывается для случаев отсутствия природоохранных предприятий.

Предотвращенный экономический ущерб(Yп) равен разности между ущербом возможным и ущербом фактическим.
Yп=Yв-Yф
Расчет экономического ущерба ведётся по формуле:
Y=γ f  M,
где γ- костанта(γ=2,4)

f- поправка, учитывающая характер рассеивания вредных веществ в атмосферу.

-константа, учитывающая характер местности (для леса =0,2, пасбища-0,05, пашни-0,25).
М=∑Ai mi
где Ai-коэффициент опасности вещества;

mi- выброс вещества предприятием(т/г);


Все данные сводим в таблицу
табл. 2 Расчет экономического ущерба без учёта природоохранных мероприятий.



Ущерб от налогов и штрафов равен ( считается для каждого вещества) :

где mi- предельно допустимый выброс(ПДВ)

m_ш- количество выброшенного вещества, кот облагается штрафом

n_ш- ставка, по которой облагают штрафом (n_ш=15n)

n- по которой облагают налогом.
Δmi=mф-ПДВ
где mф - количество вредного вещества, которое выбрасывает предприятие.

Рассчитаем ущерб от налогов и штрафов для таблицы 2.
 (у.е.)

 (у.е.)

 (у.е.)

 (у.е.)



 (у.е.)
табл. 3 Расчет экономического ущерба с учётом природоохранных мероприятий.



Вычислим ущерб от налогов и штрафов для таблицы 3.
 (у.е.)

 (у.е.)

 (у.е.)

 (у.е.)



 (у.е.)
Рассчитаем возможный и фактический экономический ущерб:
Yв=Y₁+Yн.ш.₁

Yф=Y₂+Yн.ш.₂

Yв=9391,286+2086,1191=11474,4051 (у.е.)

Yф=1592,5392+1489,6135=3082,1527 (у.е.)
Путём нахождения разности возможного и фактического экономического ущерба получим первую стадию экономической эффективности.
Yп=Yв-Yф=11474,4051-3082,1547=8392,2524 (у.е.)
Текущие затраты на эксплуатацию систем очистки от вредных выбросов считаются по формуле:
Зт=Зэ+Зам+Зр
где Зт - затраты текущие;

Зэ - затраты энергетические;

Зам - затраты на амортизацию;

Зр - затраты на ремонт.



Зэ= N_г η_з Сэ;

Зам=0,0273 Кз;

Зр=0,0333 Кз;





N_Г=Nτ=0,263*2090=549,67 кВт/год
P-давление (P=200Па)

Сэ- стоимость электроэнергии (Сэ=0,076 у.е./кВт)

Кз- капитальные затраты:

Кз=(3N+300) ,
Где N-номер студента по списку

Кз=354 (у.е.)

Зэ=0,076*549,67=41,77 (у.е.)

Зам=0,0273*354 (у.е.)

Зр=0,33*354=11,68 (у.е.)

Зт=63,1142у.е.
Посчитаем вторую стадию экономического эффекта:
Эо=Yп- Зт,

Эо=8392,2524-63,1142=8329,1382 (у.е)
Суммарный экономический эффект от очистки выбросов вредных веществ будет равен:
Эк=Эо-Зт Кн,
где Кн- коэффициент, равный Кн=0,12
Эк=8329,1382-63,1142*0,12=8321,5644 (у.е)


9. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ИХ АНАЛИЗ
Очистка газовых выбросов это отделение от них или превращение в безвредное состояние загрязняющих атмосферу веществ. Промышленная очистка имеет последующую утилизацию или возврат в производство отделенного от газа или превращенного в безопасное состояние вещество.

Санитарная очистка имеет место, когда остаточное содержание в газе загрязняющих веществ позволяет обеспечить установленные предельно допустимые концентрации в воздухе населенных мест или промышленных помещений.

Выбор системы очистки зависит от исходного состава удаляемых газов, вредных примесей, воздухоохранных требований.

В нашей работе мы очищаем удаляемый воздух от пыли,CO,NO₂,SO₂.

В учебных целях устанавливаем сухой циклон со степенью очистки h=0.75…0.9.


ЛИТЕРАТУРА


1.ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ: ХРУСТАЛЬВ Б.М.,СЕНЬКЕВИЧ Э.В., МИНСК «ДИЗАЙН ПРО»1997.

2.МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОНЦЕНТРАЦИЙ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В ВЫБРОСАХ ПРЕДПРИЯТИЙ. ОНД -86 . Л :ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ ,1987.-93С.