ЗАТВЕРДЖЕНО

Наказом Мінбуду України

від 16.03.06 № 67

ГАЛУЗЕВА МЕТОДИКА

РОЗРАХУНКУ ШКІДЛИВИХ ВИКИДІВ, ЯКІ НАДХОДЯТЬ ВІД ТЕПЛОГЕНЕРУЮЧИХ УСТАНОВОК КОМУНАЛЬНОЇ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКИ УКРАЇНИ

1. Галузь використання

Ця методика встановлює порядок визначення викидів забруднюючих речовин в атмосферу від, комунальних котельних побутового сектору та окремих котлів при спалюванні природного газу вхідною тепловою потужністю менше 50 МВт.

Основні напрями використання методики:

- прогнозування та оцінка обсягів викидів забруднюючих речовин;

- складання державної статистичної звітності в галузі охорони атмосферного повітря;

проведення інвентаризації викидів, видів та обсягів забруднюючих речовин на зазначених об`єктах.

2. Нормативні посилання

У цій методиці є посилання на такі нормативні документи:

- Закон України “Про охорону навколишнього природного середовища” (із змінами).

Закон України “Про охорону атмосферного повітря” (із змінами).
Закон України “Про електроенергетику” (із змінами).
Закон України “Про теплопостачання”.
Національний план заходів з реалізації положень Кіотського протоколу до Рамкової конвенції ООН про зміну клімату, затверджений розпорядженням Кабінету Міністрів України від 18.08.05 №346-р.

3. Основні положення

3.1. Джерела викидів

В методиці розглядаються викиди забруднюючих речовин від окремих котлів, котельної. Котельня може включати один або серію котлів різних розмірів, які розміщені на даній площадці. Якщо в котельній розташовано більше одного котла, необхідно прийняти рішення про їх об`єднання з урахуванням агрегації їх викидів. При цьому всі котли, які розміщені на даній площадці, об`єднані в одну трубу розглядаються як одне джерело викиду.

3.2. Визначення

Котел технічний засіб, в якому відбувається спалювання палива з метою виробництва тепла для місцевого індивідуального використання.

Котельня це один або більше котлів на даній площадці сумарні викиди від яких зведені до однієї можливої труби і розглядаються як одне джерело.

Викид надходження в атмосферне повітря забруднюючих речовин або суміші таких речовин.

3.3. Викиди

При спалюванні газу основними забруднюючими речовинами є оксиди азоту ( N0х ), діоксид вуглецю ( СО2), оксид вуглецю (СО ), леткі органічні сполуки ( неметанові ЛОС) і метан (СН4), азоту оксид N2О. На механізм їх утворення однаково впливають умови спалювання. Викиди проходять через трубу. Витіки із щільностей не враховуються.

Оксиди азоту NОх (NО разом з NО2 розглядаються як оксиди азоту NОх) при спалюванні газу, в основному, утворюються шляхом окислення азоту повітря, яке бере участь в спалюванні. В природному газі відсутній органічно зв`язаний азот.

Утворення оксиду вуглецю (СО) завжди супроводжує процес спалювання, особливо при умовах протікання реакцій у стехіометричному співвідношенні. На механізм утворення СО впливають умови спалювання.

Викиди неметанових летких органічних сполук, такі як олефіни, кетони, альдегіди є результатом неповного спалювання газу і утворюються в незначній кількості. Можуть мати місце викиди складових палива, що не згоріли, таких як метан (СH4).

Діоксид вуглецю (СО2) є основним продуктом спалювання газу. Викиди СО2 безпосередньо зв`язані з вмістом вуглецю в паливі.

Механізм утворення закису азоту ( N2О) до кінця не з`ясовано. При спалюванні природного газу утворюється незначна кількість N2О.

При спалюванні газу викиди важких металів відсутні. Можливий викид ртуті тільки при її наявності в газі. В природному газі, який споживається в Україні ртуть не визначена, тому викиди ртуті, як правило, відсутні і не розраховуються.

4. Методика визначення викидів забруднюючих речовин при спалюванні природного газу

Визначення валових викидів забруднюючих речовин при спалюванні газу в котлах комунального сектору визначається на основі розрахунку показника емісії забруднюючої речовини.

Показник емісії характеризує масову кількість забруднюючої речовини, яка викидається теплосиловою 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 ? узагальнений та специфічний.

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

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

При наявності обох показників емісії забруднюючої речовини необхідно використовувати специфічний.

Специфічний (конкретний) показник емісії може визначатися як на основі характеристик палива, так і на основі вимірювань концентрацій забруднюючих речовин, наприклад, оксидів азоту, при проведенні режимних випробувань котлів.

Специфічний показник емісії j-ї забруднюючої речовини для конкретного джерела викиду розраховується через виміряну концентрацію за формулою:

, (1)

де kj показник емісії j-ї забруднюючої речовини, г/ГДж;

с?j виміряна масова концентрація j-ї забруднюючої речовини в сухих димових газах, приведена до нормальних умов та стандартного вмісту кисню, мг/нм3;

fн ступінь зміни викиду забруднюючої речовини при зменшенні навантаження теплосилової установки (для оксидів азоту див. розділ 1, для інших забруднюючих речовин fн = 1);

vдг питомий обєм сухих димових газів, приведений до нормальних умов та стандартного вмісту кисню, нм3/кг;

Qir нижча робоча теплота згоряння палива, МДж/кг;

q4 втрати тепла через механічний недопал палива, %.

У Додатку А наведено формули визначення питомого обєму димових газів через масовий вміст елементарних складових палива. При невідомому вмісті складових природного газу значення відношення vдг/Qir становлять 0,285 нм3/МДж при 3 % кисню у сухих димових газах та 0,345 нм3/МДж при 6 % кисню у сухих димових газах.

Валовий викид j-ї забруднюючої речовини Ej, т, що надходить у атмосферу з димовими газами теплосилової 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:

, (2)

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

kji показник емісії j-ї забруднюючої речовини для i-го палива, г/ГДж;

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

(Qri)i нижча робоча теплота згоряння i-го палива, МДж/кг.

4.1. Оксиди азоту NOx

При спалюванні природного газу в установках спалювання утворюються оксиди азоту NOx (оксид азоту NO та діоксид азоту NO2), викиди яких визначаються в перерахунку на NO2.

Для конкретної установки спалювання специфічний показник емісії оксидів азоту може бути визначено на основі результатів випробувань установки спалювання, документально підтверджених відповідними актами. Тоді показник емісії оксидів азоту kNOx визначається за формулою (1).

Узагальнений показник емісії оксидів азоту kNOx, г/ГДж, з урахуванням заходів скорочення викиду розраховується як

(3)

де (kNOx)0 ? показник емісії NОх без урахування заходів скорочення викиду, г/ГДж;

fн ? ступінь зменшення викиду NOx під час роботи на низькому навантаженні;

?I ? ефективність первинних (режимно-технологічних) заходів скорочення викиду;

?II ? ефективність вторинних заходів (азотоочисної установки);

Значення узагальненого показника емісії оксидів азоту під час спалювання природного газу за різними технологіями без урахування заходів щодо скорочення викиду NOx визначаються згідно з таблицею 1.

Таблиця 1 . Узагальнені показники емісії (питомі викиди) NOx для установок спалювання на природному газі, г/ГДж (без урахування методів зниження)

Введена теплова потужність	Показник емісії NOx, г/ГДж
Котел з введеною тепловою потужністю більше 50 МВт	100
Котел з введеною тепловою потужністю не більше 50 МВт:	95
Котел з введеною тепловою потужністю не більше 10 МВт:	90

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

, (4)

де fн ? ступінь зменшення викиду оксидів азоту під час роботи на низькому навантаженні;

Qф ? фактична введена теплова потужність установки спалювання, МВт;

Qн ? номінальна введена теплова потужність установки спалювання, МВт;

z ? емпіричний коефіцієнт, який залежить від виду установки спалювання, її потужності.

Введена теплова потужність це енергетичний вміст палива, введеного в установку спалювання для одержання установленої вихідної потужності, за одиницю часу. Визначається як добуток нижчої робочої теплоти згоряння палива на витрату введеного палива і вимірюється у МВт.

За відсутності даних про витрату палива та його калорійність замість відношення Qф/Qн можна брати відношення фактичної та номінальної паропродуктивностей установки спалювання або відношення кількості відпущеного тепла (Гкал) за певний період часу до добутку номінальної теплопродуктивності (Гкал/год) на кількість годин роботи установки спалювання за той же час.

Емпіричний коефіцієнт z визначається під час випробувань установки спалювання. За їх відсутності значення z береться з таблиці 2.

Таблиця 2. Значення емпіричного коефіцієнта z

Теплова потужність (паропродуктивність) котельної установки	Природний газ
Котел з введеною тепловою потужністю більше 50 МВт	1,25
Котел з введеною тепловою потужністю не більше 50 МВт	0,45
Котел з введеною тепловою потужністю не більше 10 МВт	0,35

Первинні (режимно-технологічні) заходи спрямовано на зменшення утворення оксидів азоту в топці або камері згоряння котла. До цих заходів відносяться: використання малотоксичних пальників, ступенева подача повітря та палива, рециркуляція димових газів тощо. Значення ефективності застосування первинних заходів ?I, окремих та їх комбінацій, визначаються за результатами випробувань котла після їх впровадження і затверджуються відповідними актами. Орієнтовні значення ефективності первинних заходів зменшення викиду оксидів азоту наведено в таблиці 3.

Таблиця 3. Ефективність первинних заходів ?I скорочення викиду NOx

Тип первинних заходів	Ефективність ?I
Малотоксичні пальники	0,20
Ступенева подача повітря	0,30
Подача третинного повітря (ПТП)	0,20
Рециркуляція димових газів (РДГ)	0,10
Малотоксичні пальники + ступенева подача повітря	0,45
Малотоксичні пальники + ПТП	0,40
Малотоксичні пальники + РДГ	0,30
Ступенева подача повітря + ПТП	0,45
Ступенева подача повітря + РДГ	0,40
Малотоксичні пальники + ступенева подача повітря + РДГ	0,50
Малотоксичні пальники + ступенева подача повітря + ПТП	0,60

4.2. Оксид вуглецю CO

Утворення оксиду вуглецю CO є результатом неповного згоряння вуглецю органічного палива. При зменшенні потужності установки спалювання концентрація CO в димових газах зростає.

За відсутності постійних вимірювань концентрації CO валовий викид оксиду вуглецю визначається за формулами (1) і (2).

Для конкретного котла може бути визначено специфічний показник емісії оксиду вуглецю на основі актів випробувань теплосилової установки.

У випадку відсутності таких даних, показник емісії оксиду вуглецю, kCO, г/ГДж, під час спалювання природного газу береться з таблиці 5

Таблиця 5. Узагальнені показники емісії (питомі викиди) CO для установок спалювання на природному газі різної потужності, г/ГДж (за відсутності мехнедопалу)

Теплова потужність (паропродуктивність) котельної установки	Показник емісії, г/ГДж
Котел з введеною тепловою потужністю більше 50 МВт	17
Котел з введеною тепловою потужністю не більше 50 МВт	24,7
Котел з введеною тепловою потужністю не більше 10 МВт	7,9

4.3. Діоксид вуглецю CO2

Діоксид вуглецю (вуглекислий газ CO2) відноситься до парникових газів і є основним газоподібним продуктом окислення вуглецю органічного палива. Обсяг викиду CO2 безпосередньо повязано із вмістом вуглецю в паливі та ступенем окислення вуглецю палива в установці спалювання.

Показник емісії діоксиду вуглецю, kCO2, г/ГДж, під час спалювання органічного палива визначається за формулою

, (7)

де Cr ? масовий вміст вуглецю в паливі на робочу масу, %;

Qir ? нижча робоча теплота згоряння палива, МДж/кг;

?C ? ступінь окислення вуглецю палива;

kC ? показник емісії вуглецю палива, г/ГДж.

Масовий вміст вуглецю в паливі визначається на основі елементного аналізу палива, що спалюється. Для газоподібного палива його може бути визначено, якщо відомий обємний вміст компонентів газоподібного палива (додаток Б). За відсутності даних про склад природний газу, що спалюється, слід користуватися даними додатку В.

Специфічний показник емісії вуглецю kC, г/ГДж, ? це відношення вмісту вуглецю палива до його теплоти згоряння:

, (8)

де Cr масовий вміст вуглецю в паливі на робочу масу, %;

Qir нижча робоча теплота згоряння палива, МДж/кг.

За відсутності даних про вміст вуглецю в паливі та його теплоту згоряння необхідно користуватись узагальненим показником емісії вуглецю, що становить 15300 г/ГДж.

4. 4. Азоту оксид (і) N2O

Азоту оксид (або оксид азоту (І)) N2O відноситься до парникових газів. За відсутності постійних вимірювань концентрації N2O валовий викид азоту оксиду визначається за формулою (2). Значення узагальненого показника емісії N2O для котлів на природному газі становить 0.1 г/ГДж.

4.5. Метан CH4

Метан CH4 також відноситься до парникових газів. Утворення метану під час спалювання органічного палива в котлах дуже незначне. Воно повязане з неповним згорянням органічного палива і зменшується з підвищенням температури згоряння та масштабу котла. За відсутності прямих вимірювань валовий викид метану визначається за формулою (2). Значення узагальненого показника емісії метану при спалюванні природного газу становить 1,0 г/ГДж.

Начальник Управління

теплоенергетики В.М.Бербенець

Додаток А (довідковий)

Визначення обєму сухих димових газів

Питомий обєм сухих димових газів, які утворюються під час повного згоряння палива, визначається на підставі даних про масовий елементний склад робочої маси палива та витрати повітря для його спалювання відповідно до стехіометричних співвідношень між паливом та повітрям. Для газоподібного палива перерахунок обємного вмісту його компонентів (індивідуальних газів) у масовий вміст хімічних елементів горючої маси наведено у додатку Б. За відсутності інформації про елементний склад палива можна використовувати дані додатку В або відповідну довідкову літературу.

Під час спалювання палива можливе його неповне згоряння, у першу чергу механічний недопал, внаслідок чого до викидів твердих частинок та шлаку потрапляють горючі речовини, головним чином вуглець.

Масовий вміст вуглецю Cвзг, який згоряє, % на робочу масу, виражається через масовий вміст вуглецю в паливі Cr за формулою

, (А.1)

де ?C ступінь окислення вуглецю палива;

C r масовий вміст вуглецю в паливі на робочу масу, %.

Для природного газу рекомендоване значення ?C становить 0,995.

Під час спалювання 1 кг робочої маси палива з урахуванням механічного недопалювання питомий обєм сухих димових газів , нм3/кг (за відсутності в них кисню) визначається за формулою1).

, (А.2)

де C взг масовий вміст вуглецю палива, що згорів, на робочу масу, %;

N r масовий вміст азоту в паливі на робочу масу, %;

питомий обєм азоту повітря, необхідного для горіння палива, нм3/кг.

Питомий обєм азоту , нм3/кг, в повітрі, яке необхідне для спалювання палива, визначається за формулою

, (А.3)

де питомий обєм кисню, необхідного для проходження стехіометричних реакцій окислення, нм3/кг.

Питомий обєм кисню , нм3/кг, необхідного для проходження стехіометричних реакцій окислення,

, (А.4)

де C взг масовий вміст вуглецю палива, що згорів, на робочу масу, %;

H r масовий вміст водню в паливі на робочу масу %,

O r масовий вміст кисню в паливі на робочу масу, %.

Константи в рівняннях (А.3) (А.5) є стереометричними множниками.

Густина сухих димових газів визначається як відношення питомої маси сухих димових газів до питомого обєму сухих димових газів (під час спалювання 1 кг робочої маси палива). Питома маса сухих димових газів визначається за відсутності в них кисню та водяної пари, яка утворилася в результаті випарювання вологи палива та окислення водню.

Густина сухих димових газів , кг/нм3, визначається за формулою

, (А.5)

де питома маса сухих димових газів, кг/кг;

питомий обєм сухих димових газів, нм3/кг.

Питома маса сухих димових газів , кг/кг, вираховується за формулою

, (А.6)

де C взг масовий вміст вуглецю палива, що згоряє, на робочу масу, %;

N r масовий вміст азоту в паливі на робочу масу, %;

питомий обєм кисню, необхідного для проходження стехіометричних реакцій окислення, нм3/кг.

Одержане значення за відсутності кисню в сухих димових газах (коефіцієнт надлишку повітря ? = 1) може бути приведене до стандартного вмісту кисню в сухих димових газах, наприклад, до 3 або 6 %, за допомогою рівняння

, (А.7)

де vдг питомий обєм сухих димових газів, приведений до стандартного вмісту кисню в димових газах, нм3/кг;

питомий обєм сухих димових газів при O2 = 0 %, нм3/кг;

O2ст стандартний обємний вміст кисню в сухих димових газах, %.

Додаток Б (довідковий)

Перерахунок характеристик газоподібного палива

Для газоподібного палива, як правило, відомі його обємні характеристики:

- склад метан (CH4), етан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10), пентан (C5H12) та більш важкі вуглеводні, азот (N2), сірководень (H2S), оксид (CO) і діоксид (CO2) вуглецю;

- теплота згоряння;

- обємна витрата;

- обєм використаного палива за певний проміжок часу.

У додатку А для визначення величин викидів та питомого обєму використовуються масові характеристики палива масовий елементний склад, масова теплота згоряння, маса використаного палива. Тому для газоподібного палива обємні характеристики необхідно перерахувати в масові.

Питома маса кожного індивідуального газу в сухому стані газоподібного палива визначається за формулами:

, (Б.1)

, (Б.2)

, (Б.3)

, (Б.4)

, (Б.5)

, (Б.6)

, (Б.7)

, (Б.8)

, (Б.9)

, (Б.10)

, (Б.11)

де m i питома маса i-го індивідуального газу в 1 нм3 сухого палива, кг/нм3;

(i)v обємний вміст i-го індивідуального газу, %.

Густина сухого газоподібного палива r н, кг/нм3, при нормальних умовах визначається як сума питомих мас індивідуальних газів, що входять до складу палива,

, (Б.11)

де m i питома маса i-го індивідуального газу в 1 нм3 сухого палива при нормальних умовах, кг/нм3;

mCpHq питома маса вуглеводню CpHq, який складається з p атомів вуглецю та q атомів водню при нормальних умовах, кг/нм3.

Масовий елементний склад сухого газоподібного палива визначається за формулами:

, (Б.12)

, (Б.13)

, (Б.14)

, (Б.15)

, (Б.16)

де C daf масовий вміст вуглецю в паливі на горючу масу, %;

H daf масовий вміст водню в паливі на горючу масу, %;

N daf масовий вміст азоту в паливі на горючу масу, %;

S daf масовий вміст сірки в паливі на горючу масу, %;

O daf масовий вміст кисню в паливі на горючу масу, %;

r н густина сухого газоподібного палива при нормальних умовах, кг/нм3;

m i питома маса i-го індивідуального газу в 1 нм3 сухого газоподібного палива, кг/нм3.

Для перерахунку обємної витрати газоподібного палива в масову використовують формулу

, (Б.17)

де b масова витрата газоподібного палива, кг/с;

bv обємна витрата газоподібного палива при нормальних умовах, нм3/с;

r н густина газоподібного палива при нормальних умовах, кг/нм3.

Маса використаного газоподібного палива В, т, за проміжок часу Р та масова теплота згоряння розраховуються за формулами:

, (Б.18)

, (Б.19)

де Bv обєм використаного газоподібного палива за проміжок часу P при нормальних умовах, тис. нм3;

Qir масова нижча теплота згоряння газоподібного палива, МДж/кг;

обємна нижча теплота згоряння газоподібного палива при нормальних умовах, МДж/нм3;

r н густина газоподібного палива при нормальних умовах, кг/нм3.

Додаток В (довідковий)

Склад і характеристики різних видів природного газу

У таблиці В.1 наведено орієнтовний склад (обємні частки в сухому газі, %), теплоту згоряння та густину природного газу, який постачається з двох газопроводів: Уренгой Ужгород та Середня Азія Центр

Джерело інформації: Энергетическое топливо СССР (ископаемые угли, горючие сланцы, мазут и горючий природный газ): Справочник / В.С. Вдовченко, М.И. Мартынова, Н.В. Новицкий, Г.Д. Юшина. М.: Энергоатомиздат, 1991- 184 с.

Таблиця В.1. Характеристики природного газу для різних газопроводів

Газопровід	CH4, %	C2H6, %	C3H8, %	C4H10, %	C5H12, %	CO2, %	N2, %	H2S, %	Qid, МДж/нм3	?п, кг/нм3
Уренгой?Ужгород	98.90	0.12	0.011	0.01	0.00	0.06	0.90	0.00	33.08	0.723
Середня Азія?Центр	94.29	2.80	0.73	0.15	0.03	1.00	1.00	0.00	34.21	0.764

1 Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) / Под ред. Н.В. Кузнецова, В.В. Митора, И.Е. Дубровского, Э.С. Карасиной. М.: Энергия, 1973. 295 с.