РД 153-34.1-02.316-99. Отраслевой руководящий документ. Методика расчета выбросов бенз(а)пирена в атмосферу паровыми котлами электростанций

(утв. РАО «ЕЭС России» 14.05.1999)

14 мая 1999 года

ОТРАСЛЕВОЙ РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ БЕНЗ(А)ПИРЕНА В АТМОСФЕРУ ПАРОВЫМИ КОТЛАМИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Разработан Всероссийским дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехническим научно-исследовательским институтом (ВТИ).

Разработчики С.И. Аничков, А.Ф. Гаврилов, О.В. Морозов.

Утвержден Департаментом стратегии развития и научно-технической политики РАО «ЕЭС России» 14.05.99 г.

Первый заместитель начальника Департамента стратегии развития и научно-технической политики РАО «ЕЭС России» А.И. Берсенев.

Согласован Государственным комитетом Российской Федерации по охране окружающей среды (Письмо № 05-19/35-42 от 29.03.99).

Заместитель Председателя Государственного комитета Российской Федерации по охране окружающей среды А.А. Соловьянов.

Взамен РТМ ВТИ 02.003-88.

Периодичность проверки — 5 лет.

Настоящая методика устанавливает правила расчета выбросов бенз(а)пирена с дымовыми газами паровых котлов тепловых электростанций при факельном сжигании жидкого, газообразного и твердого топлив, а также смеси указанных топлив.

Методика дает возможность рассчитывать как удельный выброс бенз(а)пирена, так и валовой.

Методика предназначена для расчета выбросов бенз(а)пирена при проведении инвентаризации выбросов, при оценке воздействия тепловых электростанций на окружающую природную среду и в научно-исследовательских целях.

1. РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИИ БЕНЗ(А)ПИРЕНА В УХОДЯЩИХ ГАЗАХ КОТЛОВ ПРИ СЖИГАНИИ МАЗУТА И ПРИРОДНОГО ГАЗА

1.1. Концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых газах котлов при сжигании мазута C_{\text{м}} (мкг/м3), приведенная к избытку воздуха в газах \alpha = 1,4 , рассчитывается по формуле:

C_{\text{м}} = \frac{q_{\text{пг}}^{- 0,53}(0,232 + 0,606 \cdot 10^{- 1} \cdot q_{v})}{e^{- 25(\alpha_{r}}\prime\prime^{- 1)}} K_{\text{г}} \cdot K_{\text{д}} \cdot K_{\text{ст}} \cdot K_{\text{пл}} \cdot K_{\text{оч}}(1)

1.2. Концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых газах котлов при сжигании природного газа C_{\text{г}} (мкг/м3), приведенная к избытку воздуха в дымовых газах \alpha = 1,4 , рассчитывается по формуле:

C_{\text{г}} = \frac{q_{\text{пг}}^{- 1,26}(0,0356 + 0,163 \cdot 10^{- 3} \cdot q_{v})}{e^{- 25(\alpha_{r}}\prime\prime^{- 1)}} K_{\text{г}} \cdot K_{\text{д}} \cdot K_{\text{ст}} \cdot K_{\text{пл}}(2)

В формулах (1) и (2):

q_{\text{пг}} — теплонапряжение поверхности зоны активного горения, МВт/м2;

q_{v} — теплонапряжение топочного объема, кВт/м3 (является проектной величиной, определяется из технической документации на котел);

\alpha_{r}\prime\prime — коэффициент избытка воздуха в дымовых газах на выходе из топки (при \alpha_{r}\prime\prime>1,08 в формулах (1) и (2) принимать e^{- 25(\alpha_{r}}\prime\prime^{- 1)} = 0,135 );

K_{\text{г}} — коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции;

K_{\text{д}} — коэффициент, учитывающий нагрузку котла;

K_{\text{ст}} — коэффициент, учитывающий ступенчатое сжигание топлива;

K_{\text{пл}} — коэффициент, учитывающий подачу влаги;

K_{\text{оч}} — коэффициент, учитывающий увеличение выброса бенз(а)пирена при очистке конвективных поверхностей нагрева на ходу котла;

(принимается по табл. 1).

q_{\text{пг}} = \frac{Q_{i}^{r} \cdot B}{2(a_{\text{т}} + b_{\text{т}}) \cdot z_{\text{яр}} \cdot h_{\text{яр}} + 1,5 \cdot a_{\text{т}} \cdot b_{\text{т}}} (3)

K_{\text{г}} = 1 + d \cdot r(4)

K_{\text{д}} = (2 - \text{Д}_{\text{ф}}/\text{Д}_{\text{н}})^{2,4}(5)

K_{\text{ст}} = 1 + b \cdot \delta(6)

K_{\text{пл}} = exp( - \lambda \cdot g)(7)

В формулах (3) — (7):

Q_{i}^{r} — низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг (МДж/м3);

B — расход топлива на котел, кг/с (м3/с) (при наличии в точке двухсветного экрана B принимается на одну ячейку);

z_{\text{яр}} — число ярусов горелок;

h_{\text{яр}} — расстояние по высоте между осями соседних горелок, м;

(для топок с однорядным расположением горелок единичной мощностью от 30 до 60 МВт произведение z_{\text{яр}} \cdot h_{\text{яр}} = 3\text{м} );

a_{\text{т}} — ширина топки (в свету), м (при наличии двухсветного экрана — ширина одной ячейки);

b_{\text{т}} — глубина топки (в свету), м;

r — степень (доля) рециркуляции дымовых газов;

d — коэффициент, характеризующий влияние рециркуляции дымовых газов на выброс бенз(а)пирена:

• при вводе в под топочной камеры d = 1;
• при вводе в воздух или отдельный канал горелки d = 4;
• при вводе в шлицы (сопла) напротив горелок d = 2;
• при вводе в шлицы под горелками d = 2,7;

\text{Д}_{\text{ф}} — фактическая паропроизводительность (нагрузка) котла, кг/с;

\text{Д}_{\text{н}} — номинальная паропроизводительность котла, кг/с;

b — коэффициент, учитывающий воздействие воздуха, подаваемого во вторую ступень горения:

• при отключении половины горелок верхнего яруса по топливу b = -1 (для мазута) и b = -0,2 (для газа);
• для схемы, реализующей ступенчатое сжигание по «вертикали», b = 7;
• для схемы, реализующей ступенчатое сжигание по «горизонтали», b = 2,7;

\delta — доля воздуха, подаваемая во вторую ступень горения;

g — водотопливное отношение при подаче влаги в зону горения;

\lambda — коэффициент, учитывающий воздействие влаги при вводе ее:

и пристенную зону топки II зональном впрыске \lambda = 15 ;

и дутьевой воздух \lambda = 2 .

Период между очистками, ч	При дробевой очистке конвективных поверхностей нагрева	При обдувках регенеративных воздухоподогревателей
12 — 24	1,2	1,1
40 — 48	1,5	1,25
72	2,0	1,5

Погрешность расчетного определения концентрации бенз(а)пирена в дымовых газах по формулам (1) и (2) составляет \approx 20\% ; большая точность обеспечивается при температуре дутьевого (горячего) воздуха 280 — 350 °C.

2. РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИИ БЕНЗ(А)ПИРЕНА ПРИ СЖИГАНИИ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА

2.1. Концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых газах котлов за золоуловителями при факельном сжигании углей C_{\text{т}} (мкг/м3), приведенная к избытку воздуха в газах \alpha = 1,4 , рассчитывается по формуле:

C_{\text{т}} = \frac{A \cdot Q_{i}^{r}}{e^{1,5\text{ат}}\prime\prime} \cdot K_{\text{д}} \cdot K_{\text{зу}},(8)

где:

A — коэффициент, характеризующий конструкцию нижней части топки:

• при жидком шлакоудалении A = 0,378;
• при твердом шлакоудалении A = 0,521;

Q_{i}^{r} — низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;

\alpha_{\text{т}}\prime\prime — коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки;

K_{\text{д}} — коэффициент, учитывающий нагрузку котла;

K_{\text{зу}} — коэффициент, учитывающий степень улавливания бенз(а)пирена золоуловителями

K_{\text{д}} = (\text{Д}_{\text{ф}}/\text{Д}_{\text{н}})^{1,1}(9)

K_{\text{зу}} = 1 - \eta_{\text{зу}} \cdot Z/100(10)

В формулах (9) и (10):

\text{Д}_{\text{ф}} — фактическая нагрузка котла, кг/с;

\text{Д}_{\text{н}} — номинальная нагрузка котла, кг/с;

\eta_{\text{зу}} — КПД золоуловителя (по золе), %;

Z — коэффициент, учитывающий снижение улавливающей способности бенз(а)пирена золоуловителями:

• для сухих аппаратов Z = 0,7;
• для мокрых аппаратов Z = 0,8.

3. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ БЕНЗ(А)ПИРЕНА

3.1 Масса выброса бенз(а)пирена M_{\text{бп}} в граммах в секунду рассчитывается по формуле:

M_{\text{бп}} = B \cdot V_{\text{сг}} \cdot C_{\text{бп}} \cdot 10^{6}(11) <*>

где:

B — расход топлива, кг/с (м3/с);

C_{\text{бп}} — концентрация бенз(а)пирена в сухом дымовом газе, приведенная к \alpha = 1,4 , мкг/м3, определяется по формулам (1), (2), (8) в зависимости от вида сжигаемого топлива;

V_{\text{сг}} — объем сухих дымовых газов при \alpha = 1,4 , м3/кг (м3/м3)

V_{\text{сг}} = V_{r}^{0} + 0,984(\alpha - 1) \cdot V^{0} - V_{H_{2}O}^{0},(12)

где:

V_{r}^{0} , V^{0} , V_{H_{2}O}^{0} — соответственно объем дымовых газов, воздуха и водяных паров при стехиометрическом сжигании одного кг (м3) топлив в м3/кг (м3/м3). Если в топку или горячий воздух вводится дополнительно влага, она также должна учитываться.

---

<*> Примечание: по формуле (11) могут рассчитываться и валовые выбросы бенз(а)пирена, г/год.

4. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ БЕНЗ(А)ПИРЕНА ПРИ СОВМЕСТНОМ СЖИГАНИИ РАЗНЫХ ТОПЛИВ

4.1. При совместном сжигании различных топлив концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых газах, приведенная к \alpha = 1,4 , мкг/м3, определяется по формуле:

C_{\text{бп}}^{\text{см}} = q_{1} \cdot (\text{С}_{\text{бп}})_{1} + q_{2} \cdot (\text{С}_{\text{бп}})_{2} + ...(13)

где:

q_{1} , q_{2} ... — доля тепловыделения в топке каждого из видов топлива:

q_{i} = Q_{i}^{r} \cdot B_{i}/Q_{r}(14)

где:

Q_{r} — суммарное тепловыделение в топке, МВт;

B_{i} — расход каждого из видов топлива, кг/с (м3/с);

Q_{i}^{r} — низшая теплота сгорания указанных топлив, МДж/кг (МДж/м3)

(C_{\text{бп}})_{1} , (C_{\text{бп}})_{2} — концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых газах, формируемая каждым из видов топлива, определяется по формулам (1), (2), (8), мкг/м3.

4.2. Масса выброса бенз(а)пирена при совместном сжигании разных топлив M_{\text{бп}} , г/с, определяется по формуле (11) по значениям V_{c\text{г}} , м3/кг (м3/м3) и B, кг/с (м3/с)

B = B_{1} + B_{2} + ...(15)

V_{c\text{г}} = V_{r}^{0} + (\alpha - 1) \cdot V^{0} - V_{H_{2}O}^{0}(16)

V_{r}^{0} = \frac{(V_{r}^{0})_{1} \cdot B_{1} + (V_{r}^{0})_{2} \cdot B_{2} + ...}{B_{1} + B_{2} + ...} (17)

V^{0} = \frac{V_{1}^{0} \cdot B_{1} + V_{2}^{0} \cdot B_{2} + ...}{B_{1} + B_{2} + ...} (18)

V_{H_{2}O}^{0} = \frac{(V_{H_{2}O}^{0})_{1} \cdot B_{1} + (V_{H_{2}O}^{0})_{2} \cdot B_{2} + ...}{B_{1} + B_{2} + ...} (19)

---