книги / Справочное пособие по теплотехнологическому оборудованию промышленных предприятий

азота Nr ) и способа шлакоудаления; (}2 — коэффициент, характеризующий эффек­ тивность воздействия рециркуляционных газов в зависимости от условий подачи их в топку; г — степень рециркуляции дымовых газов, %; р3 — коэффициент, учиты­ вающий конструкцию горелок; £уд — удельный выход NOa, кг/т у. т.

Величина /гуд определяется следующим образом: для котлов производительностью свыше 70 т/ч

k	1 2 0 ф
	(3.2)
уд	200 + D ’

где D, Иф — номинальная и фактическая нагрузка котла, т/ч;

Рис. 3.1. Зависимость степени улавлива­ ния серы в мокрых золоуловителях от приведенной сернистости топлива:

1—3 — щелочность воды соответственно 10; 5 и 0 мг-экв/л.

для котлов производительностью от 70 до 30 т/ч
	* у д - 20		’				(3.3)
для водогрейных котлов
	*	20 - f	Q				(3.4)
	у«
где Q, Qф — номинальная и	фактическая		тепловая	производительность			кот­
ла, ГДж/ч.		(3.2) — (3.4) заключаются			в	том, что	при
Особенности применения формул
высокотемпературном сжигании	твердого топлива с нагрузками менее 75 % номи­
нальной вместо Ь ф и фф подставляются соответственно				0,75£>ф	и	0,75фф.	При

низкотемпературном сжигании твердого топлива в формулы подставляются значения £ф "и <2ф.

Величины коэффициентаPi при сжигании твердого топлива в котлах приве­ дены в табл. 3.2. При сжигании в котлах газа Pi равно 0,85, мазута — 0,8 и 0,7 соответственно при а ^ 1 ,0 5 и а<1,05. Если одновременно сжигаются два вида топлива и доля одного из них по выделяющейся в процессе сгорания тепловой энергии не менее 10 %, определяется средневзвешенный коэффициент Pi.

Значения коэффициента 02 приведены в табл. 3.3.

Коэффициенты р3 принимаются равными 1 для вихревых и 0,85 для прямо­ точных горелок.

Данные о величинах выбросов из различного теплотехнологического обору­ дования приведены в работах (1, 6, 87, 91, 93, 115, 117], Ниже приводятся соотношения для расчета выделений вредных веществ вследствие негерметичности оборудования и за счет испарения с открытых поверхностей.

При давлении среды внутри технологического оборудования р |> 2 -1 0 5 Па массовый расход (кг/с) токсигена определяется по формуле f!6]

41

В	уравнениях (3 .5 )— (3.8)	приняты	следующие обозначения:	коэффи­
циент	расхода; f — суммарная	площадь	всех неплотностей, м2; k — показать
адиабаты; р\ — давление среды,		Па; pi — плотность среды внутри оборудования,

кг/м3; р2 — давление в окружающей среде, Па; Ap=Pi—Pt; V—расход газа, м3/с; л — число сквозных пор; d — диаметр сквозных пор, м; v — кинематическая вяз­ кость, Ст; I — средняя длина каналов сквозных пор, м.

Суммарное значение \if можно определить по данным аэродинамических испытаний, используя формулу

ц/ = Щ VpJ2glt

где mi — расход воздуха при испытаниях, м3/с: mi = Vp-°-5; рв — плотность возду­ ха, кг/м3; р — разрежение, создаваемое во время испытаний оборудования, у ко­ торого заглушены все отверстия, кроме присоединенного к вентилятору, для создания испытательного разрежения: р=10_3 Па.

Потери газов через уплотнения движущихся частей оборудования для пере­ качки нефтепродуктов рассчитываются по следующим формулам:

через штоковый сальник (при возвратно-поступательном движении)

G = nad Ур ,

где	а — опытный	коэффициент, равный				5	для высоконнтенсивных нефтепродук­
тов	(полибензолы, алкилаты) и 2,5 для						бензинов, лигроинов, керосинов; d —
диаметр штока; р — избыточное давление: р=10- 5 Па;
	через лабиринтное уплотнение
где	/ — площадь	зазора,		10-4	м2; ри Рг — давление			до и после	лабиринта,
10-5	Па; п — число		камер	лабиринта;			р — плотность	фильтрующейся среды,
кг/м3.							поверхностей	обусловлены	разностью
	Потерн при испарении с открытых
парциальных давлений (концентраций)						над поверхностью и вдали от нее. При
испарении с объектов малых размеров при G rPr'C l потери жидкости
				G — 2Dd (сж — с0) ,
где	D — коэффициент		диффузии,		м:'/с;	d — диаметр капли, м; сж, Со — соответ­

ственно концентрации паров жидкости над поверхностью испарения и в помеще­ нии, кг/м3.

Критерий Прандтля Рг' принимается равным 0,66 [67].

При естественной конвекции для ламинарного и турбулентного режимов, когда 2 0 0 < G rP r'< (GrPr^Kp и G rP r'> (GrPr')Kp, количество испаряющейся с го­ ризонтальной поверхности жидкости может быть определено по формулам, при­

веденным в табл. 3.4.				следующие обозначения: F — площадь
В формулах (3.9)— (3.16) приняты
испарения,	м2; I — определяющий		размер	поверхности, м;	D — коэффициент мо­
лекулярной	диффузии, м2/ч	[67];	рм, сж — соответственно		парциальное давление
(10—5 Па)	и концентрация	паров	над поверхностью жидкости (10-3 кг/м3), при­

нимаемые при температуре поверхности жидкости и полном насыщении воздуха

ее парами; р0> с0— соответственно		парциальное	давление		(10 Па) и концентра­
ция	(принимается равной ПДК)	паров жидкости		в	окружающей	среде.
10_3	кг/м3; Мп — относительная молекулярная		масса	паров [67]; М„ — относи­
тельная молекулярная масса воздуха, равная			29,27;	рж — плотность		воздуха

над поверхностью жидкости 10 - 3 кг/м3.

Температуру поверхности жидкости в стационарном режиме нагрева пли охлаждения можно определить по условиям теплообмена (баланса тепла). Разница АТ температуры поверхности жидкости и окружающего воздуха умень­ шается со снижением температуры кипения и для различных веществ составляет [16]: для этилового спирта — 48, ацетона — 37, спирта, бензола, этилацетата — 20—25, хлорбензола, амилового спирта, амилацетата и других веществ с тем­ пературой кипения 400—410 К — 6—9, анилина, тетраэтилсвинца, нитробензола,

43

Отделения подготовки шихты для доменной плавки — второй (после коксо­ химического производства) по величине источник выбросов на металлургическом заводе. Основная доля в выбросах токсигенов здесь принадлежит агломерацион­ ной фабрике, дающей 10—20 % загрязнений всего предприятия. Большая часть пыли выделяется при разгрузке руды, разломе, грохочении, транспортировке. Содержание серы в отходящих агломерационных газах может составлять до 1500 мг/м3 [87], в выбросах содержатся окислы железа, натрия, магния, кальция, калия и др. В выбросах доменных печей имеются С02, СО, SO2, H2S, пары цин­ ка, свинца, марганца. Удельный выход пыли — от 20 до 200 кг на 1 т чугуна.

Пыль мартеновских печей состоит из капель металла, частиц шлака и шихты. Она содержит сернистые соединения, окислы кальция, кремния, магния, алюми­ ния, марганца. Состав отходящих газов зависит от вида топлива. Всего на 1 т выплавляемой стали образуется 2500—3000 м3 газов, температура которых в дымоходе находится в пределах 600—1000 °С.

Удельный выход пыли в дуговых сталеплавильных электропечах может изме­ няться от 1 до 17 кг на 1 т стали.

Значительное количество вредных или загрязняющих веществ поступает в биосферу со сточными водами. Примерный состав сточных вод прокатного про­ изводства следующий: взвешенные вещества — 50—1500; нефтепродукты— 10— 2000; сухой остаток — 300—600; сульфаты — 100—150 мг/л; реакция (Ph) ней­ тральная или слабощелочная; температура — 20—40 °С. При травлении 1 т заго­ товок в травильных ваннах образуется 0,4—50 м3 сточных вод. В сточных водах гальванических цехов присутствуют хлориды, сульфаты, тяжелые металлы.

3.3.Нормирование выбросов

иконцентраций вредных веществ, законодательство и контроль

Одним из показателей качества воздуха является содержание в нем вредных веществ. Санитарно-гигиеническое состояние воздуха в СССР оценивается по величине предельно допустимой концентрации (ПДК) вредных веществ в атмо­ сферном воздухе [73]. Министерством здравоохранения СССР установлены вели­ чины предельно допустимых концентраций, в том числе максимально-разовые

(ПДКм.р) и среднесуточные (ПДКс.с).

Максимально-разовые ПДК устанавливаются по результатам исследования пороговых рефлекторных реакций, в том числе обоняния, биоэлектрической

активности коры больших полушарий мозга,	световой чувствительности глаз
и т. п. Среднесуточные ПДК устанавливаются	при помощи высокочувствитель­

ных методов на основе длительных исследований различных показателей состоя­ ния подопытных животных, которых содержат в течение нескольких месяцев в атмосфере, загрязненной токсичным веществом. При этом можно задавать лю­ бую концентрацию и определять, при каком ее значении проявляется токсическое

действие. • Если порог рефлекторного действия менее чувствителен, чем порог токсическо­

го действия, ПДКм.р>ПДКс.с. В противоположных случаях, когда менее чувст­ вителен порог токсического действия, в основу обоих ПДК принимается порог рефлекторного действия и устанавливается ПДКс.с= ПДКм.р- Ряд веществ (пятиокнсь ванадия, мышьяк) не выявляют порога рефлекторного действия, для них устанавливают только ПДКс.с.

Перечень веществ, на которые установлены предельно допустимые концент­ рации, ежегодно расширяется. В табл. 3.5 приведен перечень предельно допу­ стимых концентраций в атмосферном воздухе для некоторых веществ.

Кроме ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе, установлены ПДК в рабочей зоне, значения которых более высоки. Это связано с тем, что при равных концентрациях токсический эффект от периодического (интермнтнрующего) воздействия меньше, чем от непрерывного, так как в рабочей зоне люди обычно находятся временно, лишь в течение рабочей смены.

Обычно в атмосферном воздухе находится несколько токсичных вещест» одновременно,. при этом они могут трансформироваться под действием внешних условий, а также взаимодействовать друг с другом. Трансформация и взаимо-

Табл. 3.5. Предельно допустимые концентрации некоторых веществ

в атмосферном воздухе, мг/м3

	Ингредиент	Нормативы		Ингредиент	Нормативы
		ПДКм.р	ПДКс.с		ПДК„.Р | ПДКс.с
	Двуокись азота	0,085	0,040	Сернистый ангидрид	0,500	0,050
	Пятиокись ванадия	—	0,002	Сероводород	0,008	0,008
	Мышьяк	—	0,003	Моноокись углерода	5,000	3,000
	Нетоксичная пыль	0,500	0,150	Формальдегид	0,035	0,012
	Сажа	0,150	0,005	Фтористые соедине­	0,020	0,035
	Серная кислота	0,300	0,100	ния (по фтору)
				Хлор	0,100	0,030
				Бенз(о)пирен		0,000001

действие могут приводить к образованию новых веществ. В результате такого взаимодействия иногда образуется фотохимический смог, характерный сильным раздражающим и удушающим действием. Бейз (о) пирен под влиянием солнеч­ ного или ультрафиолетового излучения разрушается. В настоящее время про­ цессы трансформации токсичных веществ в атмосфере еще недостаточно изуче­

ны, хотя этот вопрос имеет весьма важное значение при выборе						оптимальных
природоохранных мероприятий. Например, в настоящее время				в	выбрасываемых
с дымовыми газами окислах азота содержится более 90 %				N 0		и	менее	10 %
М02. Считается,	что N 0	в атмосфере доокнсляется до N 02,		и	все		вычисления
концентраций по	окислам	азота	в атмосфере осуществляются	в	расчете на			N0 2.
Однако имеется	информация о		том, что трансформация N 0	в N 0 2			происходит
медленно и не до конца		[15].	Токсичность N 0 значительно	ниже,			чем	N 02.
На N0: ПДКм.р = 0,6; ПДКс.с=0,06 мг/м3. Уточнение соотношений						N 0 и N 0 2 в

атмосферных выбросах продуктов сгорания топлива приведет к большому эконо­ мическому выигрышу вследствие уменьшения необоснованных затрат на сни­ жение выбросов н даст возможность направить освободившиеся средства на другие более важные природоохранные мероприятия.

Для некоторьи токсичных веществ характерен синергизм (суммация) воз­ действия, или усиление токсичности при взаимном присутствии. Такие вещества часто близки по химическому строению. В соответствии с нормативами [89] суммацией воздействия обладает смесь сернистого ангидрида с двуокисью азо­ та, с аэрозолью H2S0 4 , фтористым водородом, фенолом.

Суммарная безразмерная концентрация нескольких одновременно присут­ ствующих веществ, обладающих суммарным токсичным действием, определяется

из соотношения [ПО]
_	Cl	I	С2	.	, °п	<	,
4 ПДК1		п д к „		"г ' “ ‘1'п д к „		"	'
где си с2, сп — концентрации		вредных		веществ;	ПДКи	ПДК2, П ДКЯ — их		пре­
дельно допустимые концентрации.
Учет суммации резко	повысил требования к природоохранным мероприятиям
и привел к дополнительным затратам.							их ужесточения.	Ввод
Изменение норм ПДК	в СССР		происходит в сторону

в действие предприятий и установок, выбросы которых приводят к нарушению норм ПДК, запрещается. За выполнением законодательных актов по вопросам охраны окружающей среды следят органы Государственного санитарного над­ зора, объединенные Главным санитарно-эпидемиологическим управлением Мини­ стерства здравоохранения СССР.

Постоянный анализ и контроль за состоянием атмосферы, количеством ва­ ловых выбросов и концентрацией вредных веществ осуществляется территориаль­ ным управлением Гидрометеослужбы, подчиненным Государственному комитету

СССР по гидрометеорологии и контролю природный среды. Каждое террито­ риальное управление имеет разветвленную сеть стационарных и передвижных постов наблюдения, химические лаборатории. Контроль и наблюдение осущест­

46

вляются практически во всех городах страны. В крупных пунктах действуют до 15—25 стационарных постов наблюдения. Результаты наблюдения передаются для обобщения в Главную геофизическую обсерваторию (ГГО). Функционируют также посты контроля наблюдений, принадлежащие санитарно-эпидемиологиче­ ским станциям и промышленным предприятиям. Наряду с этим на промышлен­ ных предприятиях функционирует Государственная инспекция по контролю за работой газоочистных и пылеулавливающих установок, которая проверяет соблю­ дение правил эксплуатации оборудования и соответствие эксплуатационных ха­ рактеристик проектным. Промышленные предприятия постоянно осуществляют инвентаризацию выбросов топлнвосжнгающих и технологических установок в соответствии с нормами государственной статистической отчетности. Результаты инвентаризации ежегодно представляются в ЦСУ СССР.

До 1980 г. санитарно-гигиеническое нормирование осуществлялось при помо­ щи предельно допустимых концентраций. С 1980 г. введен в действие ГОСТ 17.2.3.02—78 на предельно допустимые выбросы (ПДВ). В соответствии с этим ГОСТом предельно допустимым считается такой выброс, который создает кон­ центрацию, не превышающую ПДК. При этом общий ПДВ региона распределя­ ется между отдельными предприятиями, каждое из которых не имеет права превышать величину разрешенного ему выброса. В некоторых случаях может быть установлен временно согласованный выброс (ВСВ), действующий, например, в период освоения какой-либо природоохранной технологии. В настоящее время осуществляется подготовка к переходу на гигиеническое нормирование по ПДВ.

Существующее нормирование не охватывает всех аспектов санитарного за­ конодательства. Так, например, действующие нормы стимулируют не столько ликвидацию и ограничение самих выбросов, сколько рассеивание их на большие расстояния (разбавление выброса). Действительно, с помощью увеличения высо­ ты труб можно добиться снижения концентрации в приземном слое до приемле­ мого значения, однако величина выброса при этом не изменяется и при опреде­ ленном накоплении вредных веществ в атмосфере (например, аэрозолей) может повлиять на оптические характеристики, в некоторых случаях постепенно изме­ нить кислотность почвы и т. д. Имеется информация [91] о том, что сернистый ангидрид влияет на прирост древесины некоторых пород деревьев при концент­ рациях ниже ПДК. Таким образом, ущерб лесному хозяйству в данном случае наносится даже при соблюдении санитарных норм. Вопросы нормирования ка­

чества воздуха нуждаются в дополнительном серьезном изучении.
Табл. 3.6.	Предельно допустимые концентрации некоторых вредных
ингредиентов в водоемах санитарно-бытового водоиспользования, мг/л
Ингредиент	Лимитирующий	ПДК	Ингредиент		Лимитирующий	ПДК
	показатель вред­				показатель вред­
	ности				ности
Фтор	Санитарно-	1,0	Кобальт		Санитарно-	1.0
	токсикологичес­				токсикологичес­
	кий		Свинец		кий	0.1
Хром:	Органолепти­	0,5			То же
трехва­	ческий		Мышьяк		ъ	0,05
лентный		0,1	Ртуть в неор­		»	0,005
шестива-			ганических	сое-
лентный	Органолепти-	0,001	динениях	(в
Фенол			Цианиды			0,1
	ческий		расчете на циан)
Сероуглерод	То же	1,0
Нефть и неф­	»	0,3	Цинк		Общесани­	1.0
тепродукты			Медь		тарный
Нефть много­	»	0,1			То же	0.1
тернистая	»	0,1	Никель			0,1
Керосин
Бензин		0 .1	Титан

47

учитывающие условия выхода газовой смеси из устья источника выброса; И — высота источника над уровнем земли, м; Д71— разность между температурой вы­ брасываемой газовоздушной смеси Тг и температурой окружающего атмосферно­ го воздуха Та в 13 ч наиболее жаркого месяца (по СНиП «Строительная клима­ тология и геофизика»), для отопительных котельных допускается принимать в качестве Та температуру самого холодного месяца, отвечающего условиям макси­ мального выброса в течение года, К; К — параметр, входящий в формулу для холодных выбросов, с/м2:

/с=_£_=___ != •

	8Ki	7,1 YatVt '
V\ — расход газовоздушной смеси, м3/с:		л £ I
	Vi =
		coo;
		4
©о — средняя скорость выхода	газовоздушной смеси, м/с; D — диаметр устья
круглого источника или длина	стороны	квадрата при квадратном устье.

Рис. 3.2. Графики для определения коэффициентов m (а) и п (б).

Расходные параметры выброса Ми V\ определяются нз проектных, техноло­ гических или балансовых характеристик источника (объекта). Во всех случаях в формулы (3.17), (3.18) подставляется максимальное значение М при самых не­ благоприятных условиях (максимальный расход топлива, повышение содержания вредных веществ в течение определенного периода и т. д.).

Безразмерный коэффициент m определяется в зависимости от вспомогатель­ ной величины f (м/(с2 • К ));

		1
тп= ------------------------- ------------s------ .
0,67 +		0,1 Y f	+ 0 ,3 4 у f
где		<4°
/ =
		10 3
		Н2 Д7”
либо находятся по вспомогательному графику			(см. рис. 3.2, а).
Безразмерный коэффициент п	находится		по графику рис. 3.2, б в зависимо­

сти от вспомогательного	параметра vM. При расчете рассеивания нагретых выбро­
сов ом определяется по формуле
	Vy
При ом< 0 ,3 п= 3, при ом> 2 п = 1 , а в интервале 0 ,3 ^ о м< 2
/1	= 3 — ]^ (ом — 0,3) (4,36 — о „).
4. Зак. 2571	49

Параметр vu при холодных выбросах может быть рассчитан так:

(ОрР

= 1,3

Значение опасной скорости ветра им, соответствующее наибольшему значе­ нию предельной концентрации, принимается в зависимости от 0 „. Для нагретых источников связь между ними задается в соответствии со следующей таблицей:

°м

< 0,5

“м 0,5

0,5<&м	>2
°м	»„(l + 0 .12V T 1
Для холодных выбросов при 0 „ ! ^ 2
м/с величина	опасной скорости ветра вы­

бирается по тем же формулам, что и для

нагретых, а при 0 М> 2				м/с — по форму­
ле пм = 2 ,2	0 М.			отличается от
Если	скорость ветра
неблагоприятной,		для нахождения призем­
ной концентрации		сМц	используется коэф­
фициент г:
	сми =		гсь1.

	Рис. 3.3. Зависимость	безразмерных					Величина г принимается по графику,
						представленному		на рис, 3.3. Линии на
	коэффициентов г и р от и/им.
						графике построены по формулам:
	г = 0,67	ии )	Ч~ 1,67	\		~ “ Т —	1»34	—	< 1 ;
	\				им /		\ «м /	Им

Зи/им

■ > 1.

2й Ч ^ г ) +2

Формулы (3.17), (3.18) позволяют вычислить максимальную приземную кон­ центрацию см, которая наблюдается в одной точке, расположенной на оси проек­ ции факела выбросов на поверхность земли (факел начинается у источника и всегда направлен в подветренную сторону). Расстояние от источника до точки, в которой имеет место см, можно определить по формуле

xu=dH;

лри опасной скорости ветра и F< 2

хМ{1= рхм;

при скорости ветра, отличающейся от опасной, и F ^ 2 следует использовать фор­

мулу

*„= 0,25(5 -F)dH .

Безразмерные коэффициенты р и d определяются по графикам, приведенным на рис. 3.3 и 3.4, а также по формулам:

d =	4,95и„(1 + 0 ,2 8 V	T )	при ои < 2;1		Нагретые
d =	7 ^ ( l + 2 8 ^ T	)	при »м > 2 ; ]		выбР°'“
	d = 11,40м ___при 0м ^ 2 ; |			Холодные
	d=> 16,1 y rvM при		> 2 ; |	выбросы

50