Эколого-экономическое обоснование промышленного объекта

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. Расчет рассеивания вредных веществ газовых выбросов

5. Расчет ПДВ

6.ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОП

7. ВЫБОР И РАСЧЕТ САНИТАРНО-ЗАЩИТНОЙ ЗОНЫ

8. РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ

9. ВОЗМОЖНЫЕ ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ИХ АНАЛИЗ

ЛИТЕРАТУРА

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Номер варианта : 5

Город : Витебск

Высота трубы : Hм =50м.

Средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника:

ωо =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 0 C

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 WP =6 %

Зольность Ap= 25 %

Содержание серы Sp=2,7 %

Низшая теплота сгорания Qн= 24,03 МДж/кг

Количество воздуха необходимого для сжигания топлива L0г =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:

Mт =BAp ƒ(1-η)

Где Ap – зольность топлива в %

η з – степень очистки газов в золоуловителях

ƒ=0,0026

(г/с)

(г/с)

(т/год)

2.2 Расчет выбросов оксида серы

Расчет выбросов в атмосферу окислов серы в пересчете на SO2 (т/год, г/с) при сжигании твердого и жидкого топлива производится по следующей формуле:

Mso2 =0,02 B Sp (1- η’ so2 ) (1- η” so2 ),

Где Sp – содержание серы в топливе на рабочую массу, %;

η’ so2- 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 щелочности 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 Qн,

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 твердого топлива R=1, для газа – 0,5. для мазута – 0,65);

Q4- потери теплоты вследствие неполноты сжигания топлива.

МДж/кг

(г/с)

(т/год)

2.4 Расчет выброса двуокиси азота

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

MNO2 =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 (Сп ) 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:

Объем 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

№ источ-ника

H, м

Д, м

Д H+Д

L,

М3 /с

Вещество

ПДКм. р.

Мг/м3

М,

Мг/с

Гр.8

Гр.7

М3 /с

Гр.8 ,Св,

Гр.5

М3 /с

Гр.10 ,

Гр.7

Св/ПДКм. р.

Гр.11хгр.4,

R

Гр.12хгр.9,

П, м3 /с

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

1

50

1

0,016

2,5

Зола

0,5

1180

2360

470

939,64

14,80

34922,1

SO2

0,5

8859

17718

3527

7054,47

111,09

1968363,0

CO

3

3100

1033

1234

411,42

6,48

6695,1

NO2

0,09

1050

12353

418

4918,36

77,45

956789,8

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. РАСЧЕТ 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 расчетах 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 четырех 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, υм, υ’м, fе.

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 ведем по формулам для нагретых газов. Находим параметр υм (м/с) и опасную скорость ветра ω (м/с).

Где L – количество выброса в атмосферу, м3 /с

(м/с)

Так как 0,5< υм ≤2,то

ω= υм =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 υм

При 0,5≤υм <2 его определяют по формуле:

Так как υм =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)

ηр – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности(при условии перепада высот не превышающей 50 м. на 1 км. ηр =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< υм ≤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 СX на расстоянии XМ, м, определяется по формуле:

Сx= S1 Cм

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

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+Сф

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:

Hр =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

Мi – количество i-го загрязняющего вещества

ПДКi – допустимая норма i-го вещества

Ai – безразмерный коэффициент, позволяющий привести степень вредности i-го вещества к вредности SO2 .

Для веществ 1 класса-ai =1.7

2 класса-ai =1.3

3 класса-ai =1.0

4 класса-ai =0.9

Условие:

1) Мi /ПДКi >1, КОП рассчитывается.

2) Мi /ПДКi <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

В

ЮВ

Ю

ЮЗ

З

СЗ

8. РАСЧЕТ 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 предотвращенным(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 ведется 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 учета природоохранных мероприятий.

Наименование выброса

Рас. привед. массы год. выбр.

Рас. ущерба от выбр. вредностей

Mi

Аi

Гр.3хгр4

Значение

Значение ущерба

γ

δ

F

Т/год

Т/год

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Зола

2,7616

2,5

69,04

2,4

0,4

10

662,784

2

SO2

7,587

16,5

125,185

2,4

0,4

3,78

454,2713

3

CO

17,9

1

17,9

2,4

0,4

3,78

64,9555

4

NO2

6062

41,1

249,148

2,4

0,4

3,78

904,1083

∑Yв

2086,1191

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

Где mi – предельно допустимый выброс(ПДВ)

Mш – количество выброшенного вещества, кот облагается штрафом

Nш – ставка, по которой облагают штрафом (nш =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 учетом природоохранных мероприятий.

Наименование выброса

Рас. привед. массы год. выбр.

Рас. ущерба от выбр. вредностей

Mi

Аi

Гр.3хгр4

Значение

Значение ущерба

γ

δ

F

Т/год

Т/год

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

Зола

2,7616

2,5

6,904

2,4

0,4

10

66,2784

2

SO2

7,587

16,5

125,185

2,4

0,4

3,78

454,2713

3

CO

17,9

1

17,9

2,4

0,4

3,78

64,9555

4

NO2

6062

41,1

249,148

2,4

0,4

3,78

904,1082

∑Yв

1489,6135

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.)

Путем 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= Nг ηз Сэ;

Зам=0,0273 Кз;

Зр=0,0333 Кз;

NГ =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.


Эколого-экономическое обоснование промышленного объекта