МЕТОДИКА

РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ ОТ СТАЦИОНАРНЫХ ДИЗЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

 

 

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

 

УТВЕРЖДЕНА министром природных ресурсов Российской Федерации Б.А.Яцкевич 14.02.2001 г.

 

 

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.

 

 

Общие положения

 

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 (CO);

- оксиды азота (NO_x) (в пересчете на NO₂)

- углеводороды (CH)¹⁾;

- сажа (C);

- диоксид серы (SO₂);

- формальдегид (CH₂O);

- бенз(a)пирен (БП).

_______________________

¹⁾ для стационарных дизельных установок при проведении расчетов загрязнения атмосферы используется ПДК_м.р. по керосину (код 2732) *[4].

 

Оценки выбросов от стационарных дизельных установок

 

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), ди-зельгенератор ДГР 300/500-4 (6ЧН 25/34), дизель-насосная установка ДНУ 120/70 (6ЧН12/14), энергетические установки на базе дизеля ЯМЗ-238, дизелыенераторы ДГА-315,320 (6ЧН25/34), Г-72 (6ЧН36/45), КАС 315 (12ЧН18/20), КАС 630Р (12ЧН18/20), АС 630М (12ЧН18/20) и т.д.;

В - мощные, средней быстроходности (Ne = 736-7360 кВт, n = 500-1000 мин^-1). Например, буровой агрегат 1А-6Д49 (8ЧН26/26), 1-9ДГ (16ЧН26/26), 14ДГ (дизель14Д40), 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.

 

Расчет выбросов с использованием усредненных показателей

 

6. Максимальный выброс i - того вещества (г/с) стационарной дизельной установкой определяется по формуле:

M_i = (1 / 3600) · e_Mi · P_э                                                       (1)

e_Mi (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;

Р_э (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 Р_э принимается значение номинальной мощности стационарной дизельной установки (Ne);

(1/3600) - коэффициент пересчета "час" в "сек".

 

 

Таблица 1

 

Значения выбросов e_Mi (г/кВт·ч) для различных групп стационарных дизельных установок до капитального ремонта

 

Группа	Выброс, г/кВт·ч
	CO	NOx	CH	C	SO2	CH2O	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 e_Mi (г/кВт·ч) для различных групп стационарных дизельных установок, прошедших капитальный ремонт

 

Группа	Выброс, г/кВт·ч
	CO	NOx	CH	C	SO2	CH2O	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:

W_эi = (1 / 1000) · q_эi · G_т                                                      (2)

q_эi (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;

G_т (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 q_эi (г/кг.топл.) для различных групп стационарных дизельных установок до капитального ремонта

 

Группа	Выброс, г/кг.топл.
	CO	NOx	CH	C	SO2	CH2O	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 q_эi (г/кг.топл.) для различных групп стационарных дизельных установок, прошедших капитальный ремонт

 

Группа	Выброс, г/кг.топл.
	CO	NOx	CH	C	SO2	CH2O	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 CO в 2 раза; NO₂ и NO в 2.5 раза; CH, C, CH₂O 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

 

№ п/п	Наименование технологии	Вещество	% очистки
1.	Окисление в каталитическом нейтрализаторе (активная фаза платина Pt)	CO	90-95
		CH	70-80
		C	30-50
		CH2O	50-60
2.	Окисление в каталитическом нейтрализаторе с принудительным разогревом реактора (активная фаза платина Pt)	CO	98-100
		CH	98-100
		C	50-60
		CH2O	90-95
3.	Окисление и фильтрация в регенерируемых каталитических фильтроэлементах (активная фаза платина Pt)	CO	98-100
		CH	98-100
		C	90-95
		CH2O	90-95
4.	Применение вододиспергированного топлива	NOx	до 50
		C	60-80
5.	Применение топлива с пониженным содержанием серы	SO2	До 95
6.	Восстановление NO аммиаком в сотово-блочных катализаторах (активная фаза V2O5 (WO3) / (TiO2))	NOx	до 80
7.	Промывка в водных растворах (жидкостная нейтрализация)	NOx	до 40
		C	до 50
		CH2O	до 80

 

Оценки выбросов по данным технической документации завода-изготовителя и инструментального контроля

 

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.

Литература

 

*[1]. Теория двигателей внутреннего сгорания /Под. ред. проф. д-ра техн. наук Н.Х.Дьяченко. Л., Машиностроение (Ленингр. отделение), 1974.

*[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 вешеств, загрязняющих атмосферный воздух. СПб. 2000.

*[5]. Экспериментально-расчетная оценка выбросов вредных веществ с отработавшими газами ДВС на эксплуатационных режимах работы / О.И.Демочка, В.Н.Ложкин и др. Технический отчет по НИР. СПб., НПО ЦНИТА, 1990.

*[6]. Жегалин О.И., Лупачев П.Д. Снижение токсичности автомобильных двигателей. М., Транспорт, 1985.

*[7]. Орлов Н.И., Смайлис В.И. Временные рекомендации по расчету выбросов от стационарных дизельных установок. Л., 1988.

 

 

Приложение

к методике расчета выбросов

загрязняющих веществ в атмосферу

от стационарных дизельных

установок

 

Оценка расхода и температуры отработавших газов

 

Расход отработавших газов от стационарной дизельной установки в соответствии с *[1] определяется по выражению:

G_ог = G_в · {1 + 1 / (j·a·L₀)},                                                 (П1)

где G_в - расход воздуха, определяемый по соотношению *[1]:

G_в = (1 / 1000) · (1 / 3600) · (b_э · Р_э ·j·a·L₀),                                     (П2)

где: b_э - 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:

G_ог » 8,72 · 10^-6 · b_э ·Р_э, кг/с.                                                (П3)

Объемный расход отработавших газов определяется по формуле:

Q_ог = G_ог / g_ог, м³/c,                                                          (П4)

где: g_ог - удельный вес отработавших газов, рассчитываемый по формуле:

g_ог = {g_ог (при t = 0 °C)} / (1 + Т_ог / 273), кг/м³,                       (П5)

где: {g_ог (при t = 0 °C)} - удельный вес отработавших газов при температуре, равной 0 °С; значение которого согласно *[1], *[6] можно принимать 1,31 кг/м³;

Т_ог - температура отработавших газов, К.

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.