Галузь використання

Ця методика встановлює порядок визначення викидів основних забруднювальних речовин та парникових газів, що надходять у атмосферне повітря з димовими газами, які утворюються під час спалювання органічного палива в енергетичних установках.

Межі використання методики поширюються на котли та камери згоряння газотурбінних установок, які розміщені на теплових електричних станціях та котельних і працюють на твердому, рідкому та газоподібному паливі.

Основні напрями використання керівного документа:

- складання державної та галузевої звітності;

- прогнозні оцінювання обсягів викидів забруднювальних речовин.

2 Нормативні посилання

У цій методиці є посилання на такі нормативні документи:

- Закон України “Про охорону навколишнього природного середовища”. ¾ Затв. пост. Верховної Ради України від 25.06.1991 № 1264-XII;

- Закон України “Про внесення змін до Закону України “Про охорону навколишнього природного середовища”. ¾ Затв. пост. Верховної Ради України від 05.02.1998 № 186/98-ВР;

- Закон України “Про охорону атмосферного повітря”. ¾ Затв. пост. Верховної Ради України від 16.10.1992 № 2707-XII;

- Закон України “Про внесення змін до Закону України “Про охорону атмосферного повітря”. ¾ Затв. пост. Верховної Ради України від 21.06.2001 № 2556-ІІІ;

- Закон України “Про електроенергетику”. ¾ Затв. пост. Верховної Ради України від 16.10.1997 № 575/97-ВР;

- Закон України “Про внесення змін до Закону України “Про електроенергетику”. ¾ Затв. пост. Верховної Ради України від 22.06.2000 № 1821-III.

- ГОСТ 11022¾95 (ISO 1171¾81) Топливо твердое минеральное. Методы определения зольности;

- ГОСТ 27313¾95 (ISO 1170¾77) Топливо твердое минеральное. Обозначение показателей качества и формулы пересчета результатов анализа для различных состояний топлива.

3 Основні положення

Під час спалювання органічного палива в енергетичних установках у атмосферне повітря разом з димовими газами надходять забруднювальні речовини та парникові гази. За цією методикою обліковуються такі забруднювальні речовини та парникові гази:

- речовини у вигляді суспендованих твердих частинок;

- оксиди сірки SО_x у перерахунку на діоксид сірки або сірчистий ангідрид SО₂;

- оксиди азоту NО_x у перерахунку на діоксид азоту NО₂;

- оксид вуглецю СО;

- важкі метали та їх сполуки;

- діоксид вуглецю CO₂;

- метан CH₄;

- азоту (І) оксид або оксид діазоту N₂O.

Валові викиди забруднювальних речовин та парникових газів визначаються на основі:

- постійних вимірювань концентрацій забруднювальних речовин у димових газах енергетичних установок;

- розрахункових методів за даними про витрати та склад використаного палива і характеристики енергетичних та газоочисних установок.

Валові викиди інших забруднювальних речовин, (наприклад, неметанових летких органічних сполук, стійких органічних забруднювачів та ін.) будуть визначатись окремими нормативними документами.

4 Визначення викидів забруднювальних речовин за даними постійних вимірювань

Під час проведення постійних вимірювань концентрацій забруднювальних речовин і поточних витрат димових газів, які надходять у атмосферне повітря від енергетичної установки, валовий викид E_j, т, j -ї забруднювальної речовини за проміжок часу P визначається за формулою

(1)

де P – проміжок часу звітності;

c_j (t) – масова концентрація j -ї забруднювальної речовини в сухих димових газах, яка вимірюється в момент часу t, мг/м³;

V (t) – витрата сухих димових газів, яка вимірюється в момент часу t, м³/с;

D t – дискретність вимірювань, с.

Масова концентрація c_j, мг/м³, j -ї забруднюючої речовини в сухих димових газах, розраховується через об’ємну концентрацію за співвідношенням

, (2)

де c_vj – об’ємна концентрація j -ї забруднювальної речовини в сухих димових газах, см³/м³;

r _j – густина j -ї забруднювальної речовини в умовах вимірювання її концентрації, кг/м³.

Густина забруднювальної речовини r _j, кг/м³, в умовах вимірювання концентрації розраховується за формулою

, (3)

де r _{j 0} – густина j -ї забруднювальної речовини при нормальних умовах (тиску p ₀ та температурі T ₀), кг/нм³;

p – тиск в умовах вимірювання концентрації, МПа;

T – температура в умовах вимірювання концентрації, K.

Під час проведення постійних вимірювань тільки масової концентрації забруднювальної речовини c_j (t) поточна витрата димових газів V (t) розраховується через обсяги витрат палив, які спалюються в енергетичній установці:

, (4)

де (v_ДГ)_i – питомий об’єм сухих димових газів на робочу масу під час спалювання i -го палива при нормальних умовах, нм³/кг;

b_i (t) – витрата i -го палива в момент часу t, кг/с.

Питомий об’єм v _ДГ сухих димових газів розраховується при стандартному вмісті кисню і нормальних умовах. Формула (1) для визначення валового викиду j -ї забруднювальної речовини приймає вигляд:

, (5)

де E_j – валовий викид j -ї забруднювальної речовини за проміжок часу P, т;

c¢_j (t) – приведена масова концентрація j -ї забруднювальної речовини в сухих димових газах при стандартному вмісті кисню і нормальних умовах в момент часу t, мг/нм³;

(v_ДГ)_i – питомий об’єм сухих димових газів на робочу масу під час спалювання i -го палива при стандартному вмісті кисню і нормальних умовах, нм³/кг;

b_i (t) – витрата i -го палива в момент часу t, кг/с;

D t – дискретність вимірювань, с.

Приведену масову концентрацію c¢_j (t), мг/нм³, j -ї забруднювальної речовини в сухих димових газах при стандартному вмісті кисню та нормальних умовах в момент часу t можна отримати через значення виміряної масової концентрації j -ї забруднювальної речовини с_j (t) за формулою

, (6)

де c_j (t) – виміряна масова концентрація j -ї забруднювальної речовини в сухих димових газах при нормальних умовах в момент часу t, мг/нм³;

O₂ – вміст кисню в димових газах при вимірюванні концентрації, %;

a – коефіцієнт надлишку повітря при вимірюванні концентрації;

a₀ – коефіцієнт надлишку повітря при стандартному вмісті кисню в димових газах.

Формули розрахунку питомого об’єму сухих димових газів під час спалювання палива з урахуванням його механічного недопалу наведено в додатку A. Для розрахунку питомого об’єму сухих димових газів у випадку використання газоподібного палива попередньо необхідно перерахувати об’ємні характеристики палива в масові. Формули перерахунку об’ємних характеристик газоподібного палива в масові наведено в додатку Б. Усі розрахунки провадяться для робочої маси палива. Формули перерахунку характеристик палива з сухої беззольної маси на робочу або суху наведено в додатку В. За відсутності фактичних даних про елементний склад палива використовуються значення, наведені в додатку Г.

5 Визначення викидів забруднювальних речовин розрахунковими методами

Розрахункові методи визначення викиду забруднювальної речовини базуються на використанні показника емісії. Показник емісії характеризує масову кількість забруднювальної речовини, яка викидається енергетичною установкою в атмосферне повітря разом з димовими газами, віднесену до одиниці енергії, що виділяється під час згоряння палива. Він залежить від багатьох чинників. Існують два показники емісії ¾ узагальнений та специфічний.

Узагальнений показник емісії забруднювальної речовини є середньою питомою величиною викиду для певної категорії енергетичних установок, певної технології спалювання палива, певного виду палива з урахуванням заходів щодо зниження викиду забруднювальної речовини. Він не враховує особливостей хімічного складу палива.

Специфічний показник емісії є питомою величиною викиду, яка визначається для конкретної енергетичної установки з урахуванням індивідуальних характеристик палива, конкретних характеристик процесу спалювання та заходів щодо зниження викиду забруднювальної речовини.

При наявності обох показників емісії забруднювальної речовини необхідно використовувати специфічний.

Валовий викид j -ї забруднювальної речовини E_j, т, що надходить у атмосферу з димовими газами енергетичної установки за проміжок часу Р, визначається як сума валових викидів цієї речовини під час спалювання різних видів палива, у тому числі під час їх одночасного спільного спалювання:

, (7)

де E_ji – валовий викид j -ї забруднювальної речовини під час спалювання i -го палива за проміжок часу P, т;

k_ji – показник емісії j -ї забруднювальної речовини для i -го палива, г/ГДж;

B_i – витрата i -го палива за проміжок часу P, т;

(Q^r_i) _i – нижча робоча теплота згоряння i -го палива, МДж/кг.

Показники емісії забруднювальних речовин визначаються за формулами, наведеними в розділах 5.1 ¾ 5.8.

5.1 Речовини у вигляді суспендованих твердих частинок

Показник емісії речовини у вигляді суспендованих твердих частинок (далі – твердих частинок) визначається як специфічний і розраховується за формулою

, (8)

або

, (9)

де k _тв - показник емісії твердих частинок, г/ГДж;

Q_i^r - нижча робоча теплота згоряння палива, МДж/кг;

A ^r - масовий вміст золи в паливі на робочу масу, %;

a _вин - частка золи, яка виходить з котла у вигляді леткої золи;

Q_С - теплота згоряння вуглецю до CO₂, яка дорівнює 32,68 МДж/кг;

q ₄ - втрати тепла, пов’язані з механічним недопалом палива, %;

h_зу - ефективність очищення димових газів від твердих частинок;

G _вин - масовий вміст горючих речовин у викидах твердих частинок, %;

k _твS - показник емісії твердих продуктів взаємодії сорбенту та оксидів сірки і твердих частинок сорбенту, г/ГДж.

Вміст золи A^r в паливі та горючих у викиді твердих частинок G _вин визначаються при проведенні технічного аналізу за ГОСТ 11022¾95 (ISO 1171¾81) палива і леткої золи, яка виходить з енергетичної установки, відповідно.

Зола палива виходить з енергетичної установки у вигляді леткої золи (виносу) та або донної золи (шлаку). Частка золи, яка виноситься з енергетичної установки у вигляді леткої золи, a_вин залежить від технології спалювання палива і визначається за даними останніх випробувань енергетичної установки, а за їх відсутності – за паспортними даними. За відсутності таких даних значення a _вин приймаються згідно з таблицею Д.1 (додаток Д).

Значення ефективності очищення димових газів від твердих частинок h_зу визначається за результатами останніх випробувань золоуловлювальної установки або за її паспортними даними. Ефективність золоуловлювальної установки визначається як різниця між одиницею та відношенням масових концентрацій твердих частинок після і до золоуловлювальної установки.

При використанні сорбенту для зв’язування оксидів сірки в топці котла (наприклад, за технологіями спалювання палива в киплячому шарі) чи при застосуванні технологій сухого або напівсухого зв’язування сірки утворюються тверді частинки сульфату та сульфіту і невикористаного сорбенту. Показник емісії твердих частинок невикористаного в енергетичній установці сорбенту та утворених сульфатів і сульфітів k _твS, г/ГДж, розраховується за формулою

, (10)

де Q_i^r - нижча робоча теплота згоряння палива, МДж/кг;

S^r - масовий вміст сірки в паливі на робочу масу, %;

a _вин - частка золи, яка виходить з котла у вигляді леткої золи;

m_прод - молекулярна маса твердого продукту взаємодії сорбенту та оксидів сірки, кг/кмоль;

m_сорб - молекулярна маса сорбенту, кг/кмоль;

m_S - молекулярна маса сірки, яка дорівнює 32 кг/кмоль;

m - мольне відношення активного хімічного елементу сорбенту та сірки (таблиця Д.2 додатка Д);

h _I - ефективність зв’язування сірки сорбентом у топці або при застосуванні сухих та напівсухих методів десульфуризації димових газів (таблиці Д.2 і Д.3 додатка Д);

h_зу - ефективність очистки димових газів від твердих частинок.

5.2 Діоксид сірки SO₂

Показник емісії г/ГДж, оксидів сірки SO₂ та SO₃, у перерахунку на діоксид сірки SO₂, які надходять у атмосферу з димовими газами, є специфічним і розраховується за формулою

, (11)

де Q_i^r - нижча робоча теплота згоряння палива, МДж/кг;

S ^r – вміст сірки в паливі на робочу масу за проміжок часу P, %;

h _I – ефективність зв’язування сірки золою або сорбентом у енергетичній установці;

h _II – ефективність очистки димових газів від оксидів сірки;

b – коефіцієнт роботи сіркоочисної установки.

Масовий вміст сірки в робочій масі потрібно визначати під час технічного аналізу палива відповідно до ГОСТ 27313¾95 (ISO 1170¾77).

Усереднені значення вмісту сірки для різних видів і марок палива наведено в додатку Г. Ці значення беруться у випадку відсутності достовірних даних технічного аналізу.

Ефективність зв’язування оксидів сірки золою або сорбентом у енергетичній установці h _I залежить від технології спалювання та хімічного складу палива, яке спалюється, і типу сорбенту. Під час спалювання твердого палива, до мінеральної складової якого входять сполуки лужних та лужноземельних металів, відбувається часткове зв’язування сірки з утворенням сульфатів або сульфітів. Під час спалювання твердого палива за технологіями киплячого шару подача сорбенту разом з паливом забезпечує ефективне зв’язування сірки в топці енергетичної установки. За відсутності даних для енергетичної установки про ефективність зв’язування сірки в топковому просторі значення h _I для різних технологій спалювання палива приймаються згідно з таблицею Д.2 (додаток Д).

Димові гази можуть бути очищені від оксидів сірки в сіркоочисних установках шляхом застосування технологій десульфуризації димових газів з різною ефективністю очищення h _II. Коефіцієнт роботи сіркоочисної установки b визначається як відношення часу роботи сіркоочисної установки до часу роботи енергетичної установки. Для розрахунків необхідно використовувати значення h _II, одержане під час останнього випробування сіркоочисної установки, і значення b, одержане при аналізі даних про роботу очисної та енергетичної установок у цілому. За відсутності таких даних значення ефективності сіркоочищення димових газів та коефіцієнта роботи сіркоочисної установки за різними технологіями десульфуризації приймаються згідно з таблицею Д.3 (додаток Д).

До установок десульфуризації димових газів відносяться і деякі види золоуловлювальних установок. Для електростатичних фільтрів та циклонів ефективність уловлення оксидів сірки h _II є незначною і дорівнює нулю. Для мокрих золоуловлювальних установок (мокрих скруберів типу МС та МВ) величина h _II залежить від загальної лужності води на зрошення та від вмісту сірки в паливі S¢. Приведений вміст сірки визначається як відношення масового вмісту сірки на робочу масу палива до нижчої робочої теплоти згоряння палива (S¢ = S ^r / Q_i^r). Дані про ефективність уловлення оксидів сірки в мокрих скруберах наведено в таблиці Д.4 (додаток Д).

5.3 Оксиди азоту NO_x

Під час спалювання органічного палива утворюються оксиди азоту NO_x (оксид азоту NO та діоксид азоту NO₂), викиди яких визначаються в перерахунку на NO₂.

Показник емісії оксидів азоту k _{NO x} , г/ГДж, з урахуванням заходів скорочення викиду розраховується як

, (12)

де (k _{NO x} )₀ - показник емісії оксидів азоту без урахування заходів скорочення викиду, г/ГДж;

f _н - ступінь зменшення викиду NO_x під час роботи на низькому навантаженні;

h _I - ефективність первинних (режимно-технологічних) заходів скорочення викиду;

h _II - ефективність вторинних заходів (азотоочисної установки);

b - коефіцієнт роботи азотоочисної установки.

Для конкретної енергетичної установки специфічний показник емісії оксидів азоту може бути визначено на основі результатів випробувань енергетичної установки, документально підтверджених відповідними актами. Формулу перерахунку значення виміряної концентрації забруднювальної речовини в показник емісії приведено в додатку A.

Значення узагальненого показника емісії оксидів азоту під час спалювання органічного палива за різними технологіями без урахування заходів щодо скорочення викиду NO_x визначаються згідно з таблицею Д.5 (додаток Д).

Під час роботи енергетичної установки на низькому навантаженні зменшується температура процесу горіння палива, завдяки чому скорочується викид оксидів азоту. Ступінь зменшення викиду NO_x при цьому визначається за емпіричною формулою

, (13)

де f _н - ступінь зменшення викиду оксидів азоту під час роботи на низькому навантаженні;

Q _ф - фактична теплова потужність енергетичної установки, МВт;

Q _н - номінальна теплова потужність енергетичної установки, МВт;

z - емпіричний коефіцієнт, який залежить від виду енергетичної установки, її потужності, типу палива тощо.

Якщо відома тільки продуктивність парового котла D, його теплова потужність Q визначається згідно з додатком Ж. Емпіричний коефіцієнт z визначається під час випробувань енергетичної установки. За їх відсутності значення z береться з таблиці Д.6 (додаток Д).

Первинні (режимно-технологічні) заходи спрямовано на зменшення утворення оксидів азоту в топці або камері згоряння енергетичної установки. До цих заходів відносяться: використання малотоксичних пальників, ступенева подача повітря та палива, рециркуляція димових газів тощо. Значення ефективності застосування первинних заходів h _I, окремих та їх комбінацій, визначаються за результатами випробувань енергетичної установки після їх впровадження і затверджуються відповідними актами. Орієнтовні значення ефективності первинних заходів зменшення викиду оксидів азоту наведено в таблиці Д.7 (додаток Д).

За неможливості досягти за допомогою первинних заходів допустимої концентрації оксидів азоту в димових газах для їх очищення від NO_x використовують азотоочисну установку. Значення ефективності h _II та коефіцієнта роботи азотоочисної установки (відношення часу роботи азотоочисної установки до часу роботи енергетичної установки) визначаються під час випробувань, а за їх відсутності ¾ згідно з таблицею Д.8 (додаток Д).

5.4 Важкі метали

Викид важких металів та їх сполук пов’язано з наявністю в мінеральній частині палива сполук важких металів. До важких металів, сполуки яких найбільш шкідливі для навколишнього середовища, відносяться: арсен (As), кадмій (Cd), хром (Cr), мідь (Cu), ртуть (Hg), нікель (Ni), свинець (Pb), селен (Se), цинк (Zn)[1]⁾. Під час спалювання мазуту або важкого дизельного палива до важких металів цієї групи віднесено також ванадій (V) та його сполуки. У частинках леткої золи більшість цих елементів зустрічається у вигляді оксидів і хлоридів. У газоподібних викидах можлива наявність ртуті, селену та арсену, які частково випаровуються з палива.

5.4.1 Спалювання вугілля

Під час спалювання вугілля показник емісії важкого металу k _в.м, г/ГДж, є специфічним і визначається за формулою

, (14)

де с _в.м - масовий вміст важкого металу у паливі, мг/кг;

Q^r_i - нижча робоча теплота згоряння палива, МДж/кг;

a _вин - частка золи, яка виходить з котла у вигляді леткої золи;

f _зб - коефіцієнт збагачення важкого металу;

h_зу - ефективність золоуловлювальної установки;

f _г - частка важкого металу, яка виходить у газоподібній формі;

h_гзу - ефективність уловлення газоподібної фракції важкого металу в золоуловлювальній установці.

Частка золи a_вин, яка виноситься з енергетичної установки у вигляді леткої золи, залежить від технології спалювання палива (див. таблицю Д.1 додатка Д).

Масовий вміст важкого металу в паливі визначається під час проведення елементного аналізу палива, що спалюється в енергетичній установці.

За відсутності можливості вимірювання вмісту важких металів у паливі орієнтовні значення с _вм визначають згідно з таблицею Г.2 (додаток Г).

Коефіцієнт збагачення f _зб характеризує властивість “збагачення” (підвищення вмісту) важкого металу в частинках золи. Вміст важких металів у різних фракціях золи різний: у дрібній фракції золи вміст їх вищий, ніж у крупній. Оскільки в золоуловлювальній установці найбільш ефективно уловлюється крупна фракція, то в атмосферне повітря викидається дрібна фракція, в якій вміст важких металів більший. Діапазон значень та рекомендовані величини f _зб наведено в таблиці Д.9 (додаток Д).. Ці значення застосовуються у випадку відсутності даних для конкретних видів і марок твердого палива, яке спалюється в енергетичній установці.

Частка важкого металу, яка виходить з вугілля у газоподібному вигляді, f _г залежить від фізико-хімічних властивостей важкого металу. Орієнтовні значення цієї частки наведено в таблиці Д.10 (додаток Д).

Ефективність уловлювання твердих частинок золоуловлювальною установкою h _зу залежить від типу очисного обладнання, встановленого на енергетичній установці, наприклад електростатичного фільтра, рукавного фільтра, мокрого скрубера чи батарейного циклона.

Ефективність уловлювання газоподібних важких металів h_гзу залежить від властивостей важкого металу, типу золоуловлювальної установки і наявності інших заходів очистки димових газів, таких, як сіркоочисні та азотоочисні установки. Ефективність повинна визначатися під час проведення випробувань установки. Значення ефективності уловлення газоподібної фракції важких металів h _гзу в електрофільтрах наведено в табл. Д.11 (додаток Д).