МИНИСТЕРСТВО ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ ОХРАНЫ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА
(НИИ АТМОСФЕРА)
ФИРМА «ИНТЕГРАЛ»
Утверждаю
Министр природных ресурсов
Российской Федерации
____________ Б.А. Яцкевич
«_14_» ____02____ 2001 г.
МЕТОДИКА
РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ
ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ ОТ СТАЦИОНАРНЫХ
ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Санкт-Петербург
2001
РАЗРАБОТЧИКИ:
от НИИ Атмосфера: кандидат физ. мат. наук В.Б. Миляев, кандидат геогр. наук Н.С. Буренин;
от СПб университета МВД России: доктор техн. наук, проф. В.Н. Ложкин;
от ООО «Фирма «Интеграл»: кандидат физ. мат. наук В.И. Лайхтман
При разработке данного документа учтены результаты практической оценки выбросов при проведении расчетов загрязнения атмосферы дизельэлектрическими станциями предприятий Акционерной компании «Якутскэнерго», а также замечания и предложения специалистов территориальных органов по охране окружающей среды и других организаций, занимающихся вопросами охраны атмосферного воздуха.
Методика расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных дизельных установок (далее - Методика):
устанавливает порядок расчета выбросов от стационарных дизельных установок на основе удельных показателей;
распространяется на все типы стационарных дизельных установок дизельгенераторы, буровые агрегаты, мотопомпы, мотокомпрессоры, мотовентиляторы и т.п.;
применяется территориальными органами Министерства природных ресурсов Российской Федерации и организациями, проводящими работы по инвентаризации, нормированию, учету выбросов загрязняющих веществ.
Полученные в соответствии с настоящим документом результаты используются в качестве исходных данных при учете и нормировании выбросов стационарных дизельных установок на действующих предприятиях и объектах, а также при разработке предпроектной и проектной документации на новое строительство.
СОДЕРЖАНИЕ
|
Оценки выбросов от стационарных дизельных установок. 2 Расчет выбросов с использованием усредненных показателей. 3 Приложение Оценка расхода и температуры отработавших газов. 6 |
1. Методика предназначена для расчета выбросов загрязняющих веществ в атмосферу стационарными дизельными установками при их эксплуатации.
2. В соответствии с Методикой производится расчет максимальных разовых за 20-ти минутный период времени и валовых за год выбросов в атмосферу стационарной дизельной установкой. В качестве исходных данных для расчета максимальных разовых выбросов используются сведения из технической документации завода-изготовителя дизельной установки об эксплуатационной мощности (если сведения об эксплуатационной мощности не приводятся, - то номинальной мощности), а для расчета валовых выбросов в атмосферу, - результаты учетных сведений о годовом расходе топлива дизельного двигателя.
3. Методика позволяет, в зависимости от наличия или отсутствия, а также полноты имеющейся информации по выбросам вредных веществ, приводимых в сопровождаемой технической документации на стационарную дизельную установку, или располагаемых возможностей на выполнение соответствующего инструментального контроля выбросов, осуществлять расчет выбросов:
с использованием усредненных значений удельных выбросов в зависимости от мощности и частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя;
по данным инструментального контроля выбросов в условиях эксплуатации.
4. Приведенные в документе усредненные удельные значения показателей выбросов отражают основные закономерности изменения параметров токсичности дизелей в зависимости от нагрузочно-скоростного режима работы силовой установки, а также мощности и быстроходности дизельного двигателя *[1], *[5], *[6]. При этом учитывается, что в реальной эксплуатации в течение года *[2], *[3], *[7] в соответствии с изменением характера внешних условий стационарная дизельная установка работает на некоторой совокупности установившихся дискретных режимов, для которой значения удельных выбросов усредняются *[5]. Принимаются во внимание также особенности организации рабочего процесса многоцилиндровых мощных дизельных установок.
5. Расчеты выбросов выполняются для следующих вредных веществ, поступающих в атмосферу с отработавшими газами стационарных дизельных установок:
• оксид углерода (СО);
•оксиды азота (NOх) (в пересчете на NO2);
• углеводороды (СН)1);
1) для стационарных дизельных установок при проведении расчетов загрязнения атмосферы используется ПДКм.р. по керосину (код 2732) *[4].
• сажа (С);
• диоксид серы (SO2);
• формальдегид (СН2О);
• бенз(a)пирен (БП).
В соответствии с основными классификационными признаками мощности, быстроходности, числа цилиндров дизельных двигателей *[1], которые определяют способ организации рабочего процесса и, следовательно, токсикологические свойства выделяемых веществ, стационарные дизельные установки условно подразделяются на четыре группы (Ne - номинальная мощность, n - число оборотов, i - число цилиндров):
А - маломощные, быстроходные и повышенной быстроходности (Ne < 73,6 кВт, n = 1000 - 3000 мин-1). Например, дизельгенераторы 0801 - 08011 (2Ч9,5/10), 1601 - 1612 (4Ч9,5/10), 3001 - 3012 (8Ч9,5/10); дизель-электрический агрегат 2Э-16А (4Ч8,5/11), А-01М и т.д.;
Б - средней мощности, средней быстроходности и быстроходные (Ne = 73,6 - 736 кВт, n = 500 - 1500 мин-1). Например, газомотокомпрессор КС-550/4-64 (8Д22/22,5), автоматизированный дизель-электрический агрегат АСДА-200 (дизель 1Д12В-300), дизельгенератор ДГР 300/500-4 (64Н25/34), дизель-насосная установка ДНУ 120/70 (6ЧН12/14), энергетические установки на базе дизеля ЯМЗ-238, дизельгенераторы ДГА-315, 320 (6ЧН25/34), Г-72 (6ЧН36/45), КАС 315 (12ЧН18/20), КАС 630Р (12ЧН18/20), AC 630M (12ЧН18/20) и т.д.;
В - мощные, средней быстроходности (Nе = 736 - 7360 кВт, n = 500 - 1000 мин-1). Например, буровой агрегат 1А-6Д49 (8ЧН26/26), 1-9ДГ (16ЧН26/26), 14ДГ (дизель 14Д40), Г-99 (6ЧН12А36/45), ПЭ-6 (12ЧН26/26), дизельгенератор ДГ-4000 (дизель 64Г базовой модели 61В-3) и т.д.;
Г - мощные, повышенной быстроходности, многоцилиндровые (Ne = 736 - 7360 кВт, n = 1500 - 3000 мин-1, i > 30). Например, АСДГ-800 (42ЧСПН16/17), ДГ-2000 (56ЧСПН16/17) и т.д.
Современные требования стандартов зарубежных стран к выбросам стационарных дизельных установок существенно отличаются от требований стандартов Российской Федерации *[2], *[3]. Кроме того, после капитального ремонта, происходит изменение количества выбросов дизельными двигателями. В связи с тем, что в ряде организаций Российской Федерации находятся в эксплуатации как зарубежные стационарные дизельные установки, так и установки капитально отремонтированные, данные по выбросам корректируются в соответствии с указанными обстоятельствами.
6. Максимальный выброс i-того вещества (г/с) стационарной дизельной установкой определяется по формуле:
Мi = (1/3600) · еМi · Рэ (1)
еМi (г/кВт · ч) - выброс i-го вредного вещества на единицу полезной работы стационарной дизельной установки на режиме номинальной мощности, определяемый по таблице 1 или таблице 2;
Рэ (кВт) - эксплуатационная мощность стационарной дизельной установки, значение которой берется из технической документации завода изготовителя. Если в технической документации не указывается значение эксплуатационной мощности, то в качестве Рэ принимается значение номинальной мощности стационарной дизельной установки (Ne);
(1/3600) - коэффициент пересчета «час» в «сек».
Таблица 1
Значения выбросов еМi (г/кВт · ч) для различных групп стационарных дизельных установок до капитального ремонта
|
Выброс, г/кВт · ч |
|||||||
|
СО |
NOx |
СН |
С |
SO2 |
СН2О |
БП |
|
|
А |
7,2 |
10,3 |
3,6 |
0,7 |
1,1 |
0,15 |
1,3 · 10-5 |
|
Б |
6,2 |
9,6 |
2,9 |
0,5 |
1,2 |
0,12 |
1,2 · 10-5 |
|
В |
5,3 |
8,4 |
2,4 |
0,35 |
1,4 |
0,1 |
1,1 · 10-5 |
|
Г |
7,2 |
10,8 |
3,6 |
0,6 |
1,2 |
0,15 |
1,3 · 10-5 |
Таблица 2
Значения выбросов еМi (г/кВт · ч) для различных групп стационарных дизельных установок, прошедших капитальный ремонт
|
Выброс, г/кВт · ч |
|||||||
|
СО |
NOx |
СН |
С |
SO2 |
СН2О |
БП |
|
|
А |
8,6 |
9,8 |
4,5 |
0,9 |
1,2 |
0,2 |
1,6 · 10-5 |
|
Б |
7,4 |
9,1 |
3,6 |
0,65 |
1,3 |
0,15 |
1,5 · 10-5 |
|
В |
6,4 |
8,0 |
3,0 |
0,45 |
1,5 |
0,12 |
1,4 · 10-5 |
|
Г |
8,6 |
10,3 |
4,5 |
0,75 |
1,3 |
0,2 |
1,6 · 10-5 |
7. Валовый выброс i-того вещества за год (т/год) стационарной дизельной установкой определяется по формуле:
Wэi = (1/1000) · qэi · Gт (2)
qэi (г/кг · топл.) - выброс i-го вредного вещества, приходящегося на один кг дизельного топлива, при работе стационарной дизельной установки с учетом совокупности режимов, составляющих эксплуатационный цикл *[2]; определяемый по табл. 3 или табл. 4;
Gт (т) - расход топлива стационарной дизельной установкой за год (берется по отчетным данным об эксплуатации установки);
(1/1000) - коэффициент пересчета «кг» в «т».
Таблица 3
Значения выбросов qэi (г/кг · топл.) для различных групп стационарных дизельных установок до капитального ремонта
|
Выброс, г/кг · топл. |
|||||||
|
СО |
NOx |
СН |
С |
SO2 |
СН2О |
БП |
|
|
А |
30 |
43 |
15,0 |
3,0 |
4,5 |
0,6 |
5,5 · 10-5 |
|
Б |
26 |
40 |
12,0 |
2,0 |
5,0 |
0,5 |
5,5 · 10-5 |
|
В |
22 |
35 |
10,0 |
1,5 |
6,0 |
0,4 |
4,5 · 10-5 |
|
Г |
30 |
45 |
15,0 |
2,5 |
5,0 |
0,6 |
5,5 · 10-5 |
Таблица 4
Значения выбросов qэi (г/кг · топл.) для различных групп стационарных дизельных установок, прошедших капитальный ремонт
|
Выброс, г/кг · топл. |
|||||||
|
СО |
NOx |
СН |
С |
SO2 |
СН2О |
БП |
|
|
А |
36 |
41 |
18,8 |
3,75 |
4,6 |
0,7 |
6,9 · 10-5 |
|
Б |
31 |
38 |
15,0 |
2,5 |
5,1 |
0,6 |
6,3 · 10-5 |
|
В |
26 |
33 |
12,5 |
1,9 |
6,1 |
0,5 |
5,6 · 10-5 |
|
Г |
36 |
43 |
18,8 |
3,15 |
5,1 |
0,7 |
6,9 · 10-5 |
8. Для стационарных дизельных установок зарубежного производства, отвечающих требованиям природоохранного законодательства стран Европейского Экономического Сообщества, США, Японии, значения выбросов по табл. 1, 2, 3, 4 могут быть соответственно уменьшены по СО в 2 раза; NO2 и NO в 2,5 раза; СН, С, СН2О и БП в 3,5 раза.
9. При внедрении различных природоохранных технологий (жидкостные и каталитические нейтрализаторы, сажевые фильтры, «экологически чистые» виды топлив и т.п., табл. 5), эффективность очистки отработавших газов должна быть подтверждена соответствующими данными инструментального контроля выбросов в условиях эксплуатации стационарной дизельной установки.
Таблица 5
Сведения об эффективности природоохранных технологий
|
Наименование технологии |
Вещество |
% очистки |
|
|
1. |
Окисление в каталитическом нейтрализаторе (активная фаза платина Рt) |
СО |
90 - 95 |
|
|
СН |
70 - 80 |
|
|
|
с |
30 - 50 |
|
|
|
СН2О |
50 - 60 |
|
|
2. |
Окисление в каталитическом нейтрализаторе с принудительным разогревом реактора (активная фаза платина Pt) |
со |
98 - 100 |
|
|
СН |
98 - 100 |
|
|
|
с |
50 - 60 |
|
|
|
СН2О |
90 - 95 |
|
|
3. |
Окисление и фильтрация в регенерируемых каталитических фильтроэлементах (активная фаза платина Pt) |
со |
98 - 100 |
|
|
СН |
98 - 100 |
|
|
|
с |
90 - 95 |
|
|
|
СН2О |
90 - 95 |
|
|
4. |
Применение вододиспергированного топлива |
NOх |
до 50 |
|
|
с |
60 - 80 |
|
|
5. |
Применение топлива с пониженным содержанием серы |
SО2 |
До 95 |
|
6. |
Восстановление NO2 аммиаком в сотово-блочных катализаторах (активная фаза V2O5(WO3)/(TiО2)) |
NOх |
до 80 |
|
7. |
Промывка в водных растворах (жидкостная нейтрализация) |
NOх |
до 40 |
|
|
С |
до 50 |
|
|
|
СН2О |
до 80 |
10. При наличии, в сопровождаемой стационарную дизельную установку документации, сведений о выбросах вредных веществ в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала дизеля, расчеты выбросов выполняются с использованием этих данных на основе учета в течение года режимов и времени работы на них установки. При этом значения расходов отработавших газов на стационарных режимах работы установки берутся из технической документации, или рассчитываются в соответствии с нормативным документом *[2], а для расчетов загрязнения атмосферы принимаются максимальные значения выбросов.
11. Инструментальные замеры выбросов должны выполняться на характерных, для условий реальной эксплуатации в течение года, режимах работы стационарной дизельной установки и использоваться в дальнейшем для расчета максимальных и валовых показателей выбросов аналогично п. 7 на основе учета в течение года данных по загрузке установки.
12. Допускается использовать комбинированные методы оценки выбросов стационарными дизельными установками на основе расчетов выбросов с использованием усредненных показателей и оценки выбросов по данным технической документации завода изготовителя и инструментального контроля.
*[2]. ГОСТ Р 51249-99. Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Выбросы вредных веществ с отработавшими газами. Нормы и методы определения. М., Издательство стандартов, 1999.
*[3]. ГОСТ Р 51250-99. Дизели судовые, тепловозные и промышленные. Дымность отработавших газов. Нормы и методы определения. М., Издательство стандартов, 1999.
*[4]. Перечень и коды веществ, загрязняющих атмосферный воздух. СПб., 2000.
*[6]. Жегалин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М., Транспорт, 1985.
Расход отработавших газов от стационарной дизельной установки в соответствии с *[1] определяется по выражению:
Goг = Gв · {l + l/(j · a · L0)}, (П1)
где Gв - расход воздуха, определяемый по соотношению *[1]:
Gв = (1/1000) · (1/3600) · (bэ · Рэ · j · a · L0), (П2)
где: bэ - удельный расход топлива на эксплуатационном (или номинальном) режиме работы двигателя, г/кВт · ч (берется из паспортных данных на дизельную установку);
j ≈ 1,18 - коэффициент продувки;
a ≈ 1,8 - коэффициент избытка воздуха;
L0 ≈ 14,3 кг воздуха/кг топлива - теоретически необходимое количество кг воздуха для сжигания одного кг топлива; значение остальных коэффициентов и параметров такое же, как и в (1) и (2).
После подстановки (П2) в (П1) окончательная формула для расчета расхода отработавших газов от стационарной дизельной установки приобретает вид:
Goг ≈ 8,72 · 10-6 · bэ · Рэ, кг/с. (П3)
Объемный расход отработавших газов определяется по формуле:
Qoг = Goг/γoг, м3/с, (П4)
где: γoг - удельный вес отработавших газов, рассчитываемый по формуле:
γoг = {γoг (при t = 0 °C)}/(1 + Тoг/273), кг/м3, (П5)
где: {γoг (при t = 0 °C)} - удельный вес отработавших газов при температуре, равной 0 °С; значение которого согласно *[1], *[6] можно принимать 1,31 кг/м3;
Тог - температура отработавших газов, K.
При организованном выбросе отработавших газов в атмосферу, на удалении от стационарной дизельной установки (высоте) до 5 м, значение их температуры можно принимать равным 450 °С, на удалении от 5 до 10 м - 400 °С.