1.1. Настоящий документ:

(1) Разработан в соответствии с Законом Российской Федерации "Об охране окружающей природной среды" с целью получения данных о выбросах загрязняющих веществ в атмосферу от трубчатых нагревательных печей.

(2) Устанавливает методику определения параметров выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от трубчатых нагревательных печей.

(3) Распространяется на трубчатые нагревательные печи, эксплуатируемые на предприятиях нефтехимии и нефтепереработки.

(4) Применяется предприятиями и территориальными комитетами по охране природы.

1.2. Полученные по настоящему нормативному документу результаты используются при учете и нормировании выбросов от трубчатых нагревательных печей.

2.1. ГОСТ 17.2.4.06-90. Охрана природы. Атмосфера. Метод определения скорости газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения.

2.2. ГОСТ 17.2.4.07-90. Охрана природы. Атмосфера. Метод определения давления и температуры газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения.

2.3. ОНД-90. Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы. С-Пб., ДНТП, 1991.

3.1. В Результате полного сгорания топлива в трубчатых нагревательных печах образуются продукты, содержащие кислород - , углекислый газ - ; водяные пары - ; азот - ; окислы серы; - ; окислы азота - и в случае неполного сгорания топлива - окись углерода - CO, углеводороды (, ...) и в незначительных количествах формальдегид, органические кислоты, кетоны, канцерогенные вещества.

Одним из наиболее крупных загрязнителей атмосферного воздуха, выбрасываемых с продуктами сгорания от технологических печей, являются окислы серы и . Практически вся сера топлива переходит в сернистый ангидрид .

При сжигании топлива в трубчатых печах происходит также образование окислов азота . По данным проведенных исследований, соотношение для котельных агрегатов находится в пределах 0,05 - 0,11.

3.2. При неполном сгорании топлива образуется окись углерода - CO. В условиях полного сгорания в продуктах сгорания имеется лишь незначительное количество окиси углерода, определяемое кинетикой диссоциации двуокиси углерода. Однако следует учесть, что на концентрацию CO в конечных продуктах сгорания наряду с кинетическими факторами влияет также аэродинамика топочной камеры: эффективность перемешивания топливовоздушного потока с продуктами сгорания, расположение поверхностей нагрева по отношению к факелу, взаимное расположение горелок, режим работы топки, нагрузка топки и т.д. И эти же факторы оказывают влияние на условия полноты разложения и окисления углеводородов топлива и сажеобразования.

При нарушении полноты сгорания наряду с появлением в продуктах сгорания углеводородов, окиси углерода и других продуктов (формальдегида, органических кислот, канцерогенных веществ - в основном 3,4-бенз(а)пирена) наблюдаются копоть и дымление, Концентрации углеводородов, окиси углерода, формальдегида, органических кислот, 3,4-бенз(а)пирена становятся значительными лишь при высоком содержании окиси углерода в продуктах сгорания, сопровождающееся появлением дымности, копоти. Дымность и копоть в продуктах сгорания говорят о крайне неблагополучном процессе сжигания топлива в печах, что недопустимо при эксплуатации нагревательных печей.

3.3. Выбросы золы с продуктами сгорания зависят от содержания золы в топливе. Ввиду того, что на нефтеперерабатывающих заводах в нагревательных печах используются только жидкое и газообразное топлива и экономически нецелесообразно оснащать эти печи системами золоулавливания, можно считать, что вся зола, находящаяся в жидком топливе, выбрасывается в атмосферу с продуктами сгорания.

3.4. Учитывая, что на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях рекомендуется постоянный визуальный контроль за дымностью продуктов сгорания на выходе из дымовой трубы (копоть и дымление недопустимы), то наиболее общими загрязнителями от нагревательных печей являются сернистый ангидрид, окислы азота, окись углерода, углеводороды и взвешенные вещества.

3.5. Контроль выбросов вредных веществ в атмосферу от нагревательных печей проводится при установившемся (регламентном) режиме работы печи. Контролю подлежат также печи после текущего, капитального ремонта, а также после реконструкции или изменения вида топлива, сжигаемого в печи. Контроль выбросов вредных веществ в атмосферу основан на определении объема продуктов сгорания, выбрасываемых в атмосферу из дымовых печей, и определении состава этих продуктов. Так как продукты сгорания состоят из сухих газов , , , , , CO, , , и водяных паров, а методами анализа эти ингредиенты определяются только в сухой части, то для нахождения полного объема продуктов сгорания, отходящих из дымовой трубы, необходимо определять влажность этих продуктов. При отсутствии данных измерения влажности используется расчетный метод определения полного объема продуктов сгорания как суммы сухих газов и водяных паров по результатам анализов рабочего топлива, количества сжигаемого топлива и состава сухих дымовых газов.

4.1. До начала измерения проводятся подготовительные работы:

- подготовка приборов и средств измерений согласно требованиям соответствующих ГОСТов, инструкций и методик проведения анализов;

- оценка эксплуатационного состояния печи и ее вспомогательного оборудования;

- определение мест отбора проб и замера температуры дымовых газов;

- сбор сведений из отчетной документации о расходе газообразного топлива на печь за квартал, предшествующий проведению испытаний, и на день испытаний;

- определение высоты и диаметра устья дымовой трубы печи.

4.2. Отбор проб дымовых газов, газообразного и жидкого топлива проводится при установившемся тепловом режиме печи и регламентной производительности технологической установки.

В качестве пробоотборного зонда используют трубку диаметром из инертного материала (стекло, фарфор, нержавеющая сталь) с загнутым концом, отверстие которого при отборе проб устанавливают навстречу потоку газа. Ввод зонда в газоход осуществляется через специальный штуцер (диаметр 80 мм, высота выступающей части не более 50 мм) с завинчивающейся крышкой. Штуцер должен располагаться на прямолинейном участке газохода после всех вспомогательных агрегатов (тяго-душевых, рекуператоров, котлов-утилизаторов), по возможности ближе к основанию дымовой трубы.

В случае кирпичных или бетонных газоходов штуцер врезают в металлические крышки люков (лазов) этих газоходов. Замер температуры дымовых газов проводится в точке отбора проб.

Допускается использовать показания стационарных приборов, датчики которых расположены вблизи точки отбора проб.

5.1. Метод определения выбросов вредных веществ в атмосферу с продуктами сгорания предусматривает проведение следующих измерений:

- компонентного состава газообразного топлива;

- плотности жидкого топлива и содержания в нем серы, воды, механических примесей, золы;

- компонентного состава сухих дымовых газов и концентраций в них метана, окиси углерода, окислов азота;

- расхода сжигаемого в печи газообразного и жидкого топлив (по отчетной документации предприятия за квартал и год, а также фактический на момент проведения испытаний по показаниям приборов);

- температуры дымовых газов в точке отбора проб.

5.2. Компонентный состав газообразного топлива определяется по ГОСТ 14920-79.

Отбор проб жидкого топлива проводится по ГОСТ 2517-69.

Плотность жидкого топлива определяется по ГОСТ 3900-47.

Содержание серы в жидком топливе определяют по ГОСТ 1431-64 или по ГОСТ 1437-75, воды - по ГОСТ 2477-65, механических примесей - по ГОСТ 14891-69, золы - по ГОСТ 1461-75.

5.3. Компонентный состав сухих дымовых газов и параметры газовоздушного потока определяются согласно ГОСТ 17.2.4.06-90 [5], ГОСТ 17.2.4.07-90 [6] и по согласованным в установленном порядке НИИ Атмосфера и Минприроды РФ методическим документам.

6.1. Расчет элементарного состава топлива.

В качестве топлива в нагревательных печах могут быть использованы следующие виды топлив:

- газообразное, в состав которого могут входить следующие компоненты: , , , , , , , , , , , CO, , ;

- жидкое топливо: мазут, дизтопливо и т.д., в состав которого входят: углерод (C), водород (H), кислород (O), азот (N), сера (S), зола (A), влага (W);

Для распыла жидкого топлива в горелку подается пар в количестве на 1,0 кг жидкого топлива. Водяной пар по пути своего движения вдоль трубы подогревает жидкое топливо и на выходе из сопла за счет большой скорости струи усиливает распыление жидкого топлива.

- комбинированное топливо - одновременное использование газообразного и жидкого топлива в различных соотношениях.

Перечисленные виды топлива характеризуются элементарным составом, т.е. составом топлива по количеству элементов в % масс, входящих в рабочую массу топлива, и имеет в дальнейшем следующие обозначения: , , , , , , :

Например, соответственно, по элементам:

- отсутствие влаги.

6.1.1. Газообразное топливо.

Ввиду того, что учет расхода газообразного топлива на предприятиях ведется в тоннах, расчет элементарного состава газообразного топлива удобнее вести в весовых единицах. В зависимости от типа прибора и методики анализа состав газообразного топлива может быть задан в различных размерностях:

- в % масс;

- в % объемных;

- часть компонентов в % масс, другая часть в % объемных.

В % масс обычно определяются компоненты от до , причем результаты анализа выдаются только для компонентов от до , как от суммы этих компонентов, равной 100% масс.

Другие компоненты, такие как , , , CO, , , могут быть даны по результатам анализа в % объемных от объема всех составляющих, т.е. вместе с до .

I. Расчет элементарного состава газообразного топлива при задании его состава в % массовых (кг на 100 кг топлива).

Расчет массовой доли каждого элемента в компонентах газообразного топлива производится по следующей формуле:

где

n - количество атомов i-го элемента;

A - атомный вес i-го элемента;

M - молекулярный вес компонента.

Результаты расчета массовых долей элементов в компонентах газообразного топлива приведены в таблице 6.1.

Зная массовую долю каждого элемента в каждом компоненте газообразного топлива и зная массовое содержание каждого компонента в газообразном топливе, можно найти фактический элементарный состав топлива как сумму элементарных составов каждого компонента.

Для примера рассмотрим порядок расчета элементарного состава газообразного топлива при задании компонентного состава в % масс.

где - 0,75 и 0,25 принимаются из таблицы 6.1.

Сумма фактических концентраций элементов в % масс каждого компонента газа данного состава характеризует рабочую массу газообразного топлива (, , , , ):

Таким образом, общие формулы для перевода газообразного топлива к рабочей массе при задании топлива в % масс имеют следующий вид:

где

; ; ; ; - суммы произведений массовых % каждого компонента на количество атомов определяемого элемента и на молекулярный вес элемента, деленное на молекулярный вес компонента газообразного топлива;

1, 12, 16, 32, 14 - атомные веса элементов;

H, C, O, S, N - соответственно, величины постоянные.

II. Расчет элементарного состава газообразного топлива при задании его состава в У. объемных (м3 на 100 м3 топлива).

Предположим, что состав газообразного топлива дан в % объемных. Необходимо его пересчитать в % массовые.

Пример:

Общая формула перевода состава топлива из объемных в весовые проценты:

III. Пример расчета состава топливного газа, в случае, когда по результатам анализа часть компонентов дана в % масс, а другая часть в % объемных.

Для расчета используются следующие формулы:

Пример:

- для метана :

6.1.2. Жидкое топливо.

Рабочая масса жидкого топлива выражается в % масс:

где , , , , - химические компоненты (элементы):

углерод, водород, кислород, азот, сера в топливе;

, - негорючие минеральные примеси в виде золы и влаги соответственно.

Пример:

По результатам анализа пробы жидкого топлива определены:

Содержание водорода в жидком топливе определяется по формуле:

Содержание углерода определяется из уравнения:

6.1.3. Комбинированное топливо (совместное сжигание жидкого и газообразного топлива).

При совместном сжигании жидкого и газообразного топлив элементарный состав рабочей смеси определяется по формуле:

где

, - массы химических элементов,

, , , , , - в жидком и газообразном топливах, % масс,

, - соответственно расход жидкого и газообразного топлива, кг/час.

Пример:

В печи П-I установки АВТ-I сжигается 400 кг/час жидкого топлива и 600 кг/час газообразного топлива. Элементарный состав газообразного топлива соответствует данным, приведенным в табл. 6.2. Элементарный состав жидкого топлива соответствует данным, приведенным в разделе 6.1.2. В табл. 6.5 приведены результаты расчета элементарного состава комбинированного топлива.

Порядок расчета:

6.2. Расчет объема дымовых газов и выбросов вредных веществ в атмосферу.

6.2.1. Объем дымовых газов, образующихся при сжигании топлива в печах, рассчитывается на основе анализа сухих дымовых газов, отходящих из печи.

Дымовые газы состоят из сухих газов, куда входят: азот, кислород, водород, окислы углерода, окислы азота, окислы серы, несгоревшие углеводороды и водяные пары, образующиеся за счет водорода в топливе, и пара, идущего на распыл жидкого топлива.

Состав отходящих сухих дымовых газов определяется физико-химическими методами анализа.

Пример:

Определяемые компоненты:

Коэффициент избытка воздуха в дымовых газах определяется по формуле:

Теоретический объем воздуха , необходимый для полного сгорания 1 кг топлива, определяется по формуле:

Величины , , , принимаются из таблицы 6.5.

Объем сухих дымовых газов , образующихся при сгорании 1 кг топлива, определяется по формуле:

Объем водяных паров , образующихся при полном сгорании 1 кг топлива, определяется по формуле:

- расход пара на распыл жидкого топлива принимается 0,5 кг на 1 кг жидкого топлива.

Влажность дымовых газов (г/мм3 сухих газов) определяется по формуле:

где - 768 - плотность водяных паров, г/мм3.

Полный объем дымовых газов V, мм3/час при количестве сожженного топлива в кг/час определяется по формуле:

В том числе сухих дымовых газов:

6.2.2. Выбросы вредных веществ в атмосферу с дымовыми газами (CO, , ) при нормальных условиях определяется по формуле:

где

- концентрация CO, , в сухих дымовых газах в % об.

- плотности соответствующего компонента (CO, , ) принимаются как величины постоянные:

Пересчет объема дымовых газов на температурные условия газового потока в устье дымовой трубы производится по формуле:

где

t - температура дымовых газов в устье дымовой трубы (для примера принимается 300 °C) <*>,

--------------------------------

<*> Примечание:

1. Для металлических труб температура уходящих газов на выходе из трубы может быть принята на 15 - 20 °C ниже температуры уходящих газов в борове печи.

2. Для кирпичных и железобетонных дымовых труб снижением температуры в устье дымовой трубы можно пренебречь и можно принимать равной температуре уходящих газов в борове печи.

P - атмосферное давление в день замера (для примера 750 мм рт. ст.),

Скорость истечения дымовых газов (W, м/с) из устья дымовой трубы определяется по формуле:

где

D - диаметр устья трубы, м, (D = 1 м).

Выброс сернистого ангидрида определяется по формуле:

где

B - расход топлива, кг/час;

- содержание серы в рабочей массе топлива (по таблице 6.5)

Выброс золы мазутной в пересчете на ванадий определяется по формуле:

где

- количество ванадия, находящегося в 1 тонне мазута, г/т, может быть рассчитано по формуле:

где - содержание золы в мазуте на рабочую массу, %;

B - расход топлива, г/с (т/г).

Для рассматриваемого примера:

Выброс бенз(а)пирена при отсутствии данных замеров определяется по следующей формуле [9]:

где

- объем выходящих дымовых газов, м3/час;

- концентрация бенз(а)пирена, которая для газообразного топлива принимается равной , для жидкого и комбинированного топлива - .

Для рассматриваемого примера:

Фактическая концентрация вредных веществ в условиях выхода дымовых газов из устья дымовой трубы определяется по формуле:

где - выбросы вредных веществ (CO, , , , A) соответственно, кг/час.

6.2.3. Валовые выбросы вредных веществ в атмосферу с дымовыми газами определяются по формуле:

где

ПР - продолжительность работы печи в часах за год (для нашего примера ПР = 8000).

Валовые выбросы вредных веществ:

6.2.4. При наличии статистически обеспеченного ряда измерений [10] могут быть определены удельные нормативы выбросов для компонентного состава используемого топлива, типа, мощности и компоновки горелок по следующей формуле:

где

- удельный выброс i-го вещества по каждому из j-х измерений.

В этом случае расчет валового выброса вредных веществ в атмосферу будет определяться по формуле:

где

B - расход топлива, т/год (период).

Для рассматриваемого примера при условии, что рассчитанные значения выбросов были получены на статистически надежном ряде измерений, можно определить удельные нормативы выбросов и валовые выбросы за рассматриваемый период (G) (при B = 1000 тонн).

1. Сигал И.Я. Защита воздушного Бассейна, Л., "Недра", 1977.

2. Методические указания по Расчету валовых выбросов вредных веществ в атмосферу для предприятий нефтепереработки и нефтехимии. (РД-17-86). Казань, 1987.

3. Эрих В.Н. Технический анализ нефтепродуктов и газа, Л., "Химия", 1975.

4. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод), М., "Энергия", 1973.

5. ГОСТ 17.2.4.06-90. Охрана природы. Атмосфера. Метод определения скорости газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения.

6. ГОСТ 17.2.4.07-90 Охрана природы. Атмосфера. Метод определения давления и температуры газопылевых потоков, отходящих от стационарных источников загрязнения.

7. Сборник методик по определению концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах. Л., Гидрометеоиздат, 1987.

8. Перечень методик по определению концентраций загрязняющих веществ в выбросах промышленных предприятий, допущенный к применению. С.-Пб., 1994.

9. Инвентаризация источников выбросов бенз(а)пирена на Туапсинском НПЗ. Казань, ВНИИУС, 1991.

10. ОНД-90. Руководство по контролю источников загрязнения атмосферы. С.-Пб., ДНТП, 1991.