СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf ·...

56
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Российской Федерации ГОУВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» А.Ю.Никифоров, А.Н.Тростин СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВ Часть 1. Общие вопросы Часть 2. Атмосфера Учебное пособие для студентов специальности 280200 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов» Иваново, 2007

Transcript of СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf ·...

Page 1: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

ГОУВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет»

А.Ю.Никифоров, А.Н.Тростин

СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВ

Часть 1. Общие вопросы Часть 2. Атмосфера

Учебное пособие

для студентов специальности 280200 «Охрана окружающей среды и

рациональное использование природных ресурсов»

Иваново, 2007

Page 2: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

УДК 628.5:66 Никифоров А.Ю., А.Н.Тростин. Стоимость подавления отходов. В 2 ч.

Ч.1. Общие вопросы. Ч.2. Атмосфера / А.Ю.Никифоров, А.Н.Тростин; Иван. гос. хим.-технол. Ун-т: учебное пособие для студентов специальности 28.02.00 «Охрана окружающей среды и рациональное использование при-родных ресурсов». – Иваново, 2007 г. – с. ISBN 5-9616-0198-6.

Учебное пособие предназначено для студентов специальности 28.02.00 «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ре-сурсов» с учетом требований Государственного образовательного стандарта. Оно может стать полезным студентам-экологам при изучении ими специаль-ных дисциплин «Экономика и прогнозирование промышленного природо-пользования», «Техника защиты окружающей среды», Промышленная эколо-гия», «Экологический менеджмент» и, в особенности, при разработке курсо-вых и дипломных проектов. Табл. 21. Ил. 9. Библиогр.: назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУВПО

«Ивановского государственного химико-технологического университета»

Рецензент: Доктор химических наук А.В.Невский (ГОУВПО «Ивановский государст-венный химико-технологический университет») ISBN 5-9616-0198-6 © ГОУВПО «Ивановский государственный

химико-технологический университет», 2007

Page 3: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 4 ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ 5

1.1. ОЦЕНКА КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ 71.2. ОЦЕНКА ГОДОВЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ 9

1.2.1. Затраты труда на эксплуатацию 101.2.2. Профилактика и ремонт 121.2.3. Замена материалов и деталей 121.2.4. Услуги 131.2.5. Размещение отходов 141.2.6. Налоги, страховые выплаты и административные расходы 141.2.7. Возмещение капитала 151.2.8. Накладные расходы 17

ЧАСТЬ 2. ОЦЕНКА ЗАТРАТ НА ПОДАВЛЕНИЕ ВЫБРО-СОВ В АТМОСФЕРУ

18

2.1. Стоимость вспомогательного оборудования 182.1.1. Вытяжные колпаки 182.1.2. Газоходы 192.1.3. Вентиляторные и насосные системы 202.1.4. Электродвигатели и пусковые вспомогательные устройства 222.1.5. Шнековые транспортеры 222.1.6 Фундаменты, опоры и иные строительные конструкции 222.1.7. Контрольно-измерительное оборудование 232.1.8. Дымовые трубы 232.2. УСТРОЙСТВА ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ДИСПЕРСНОЙ

ФАЗЫ 24

2.2.1. Устройства предварительной очистки и подготовки газа 252.2.2. Электрофильтры 262.2.3. Мокрые скрубберы 272.2.4. Тканевые фильтры 282.2.5. Относительная стоимость различных типов пылеочистных

устройств 31

2.3. УСТРОЙСТВА ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ГАЗОВ 362.3.1. Термические дожигатели 362.3.2. Каталитические дожигатели 382.3.3. Факелы 402.3.4. Газовые абсорберы 422.3.5. Угольные и иные адсорберы 472.3.6. Биохимическая очистка газов 50

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53 Библиографический список 55

Page 4: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

ВВЕДЕНИЕ Пособие состоит из четырех частей. В первой части рассмотрен общий

подход к оценке стоимости вариантов технических решений, направленных на улучшение качества окружающей среды и подавление отходов, приведено описание структуры капитальных и эксплуатационных затрат на осуществ-ление природоохранных мероприятий, связанных с внедрением типовой сре-дозащитной техники, а также методики исчисления этих затрат. Вторая, тре-тья и четвертая части содержат методики и справочные материалы для оцен-ки стоимости типового оборудования, необходимого для подавления соот-ветственно выбросов в атмосферу, сбросов в водные объекты и твердых (пас-тообразных) отходов. Настоящее издание включает первую и вторую части.

Пособие не претендует на полноту охвата всего существующего арсе-нала методов подавления отходов и природоохранной техники. Вместе с тем, используемые подходы, возможно, помогут и в тех случаях, которые нами не рассмотрены.

Ввиду быстро меняющейся экономической ситуации почти все удель-ные и макро- стоимостные показатели приведены в твердой валюте. При осуществлении соответствующих оценок необходимо перевести их в рубли по действующему курсу. Если в тексте или в подписях к рисункам и табли-цам указан год исчисления цен на оборудование сырье и материалы, то сле-дует учитывать инфляцию в размере 1.5÷2.0 % в год.

Составители с благодарностью примут все замечания и предложения, направленные на улучшение содержания пособия.

Page 5: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

ЧАСТЬ 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование систем подавления отходов, как правило, являются специфичными для каждой сис-темы. Однако стоимость – единственный параметр, используемый для харак-теристики всех систем. Оценка стоимости особенно необходима в том слу-чае, когда для обеспечения требуемой степени подавления отходов могут быть применены системы различных типов. Здесь стоимость является крите-рием, определяющим выбор оптимальной системы.

При оценке стоимости системы вначале необходимо тщательно изу-чить объекты и источники, отходы которых подлежат подавлению. Это озна-чает:

• комплексное изучение технологии производства (технологических па-раметров, сырья, промежуточных и конечных продуктов и т.д.);

• предварительное измерение или расчет объема, температуры и состава и др. параметров источника образования отходов;

• определение ассимиляционной емкости природных ресурсов и скоро-сти переработки отходов в месте расположения источника;

• оценка необходимой степени подавления отходов (массовая скорость, пределы концентраций, нормативы предельно допустимых выбросов, сбросов, лимиты размещения отходов и др.). Эти и другие исходные данные должны составлять основу оценки

стоимости и, что не менее важно, основу формулировки альтернативных ре-шений которые могут включать все, вплоть до отсутствия необходимости в системах улавливания и перенесения источника в другое место (или его лик-видации). Ниже приведены некоторые возможные формулировки альтерна-тивных решений:

• подавления отходов не требуется; • модифицирование технологического процесса (изменение рецептур,

смена сырья, смена топлива, изменение конструкций технологических аппаратов, производительности, другие изменения в технологическом регламенте);

• предварительная обработка сырья (например, десульфуризация угля, мазута);

• установка дополнительных очистных устройств или усовершенствова-ние существующих;

• частичное или полное закрытие объекта и др. Если после предварительного анализа объекта и источников загрязне-

ния не принято ни одного из указанных выше альтернативных решений мож-но приступать к стоимостным оценкам.

Прежде чем рассматривать факторы, влияющие на стоимость систем подавления отходов, нужно решить насколько точной должна быть оценка, учитывая, что время и затраты труда растут с увеличением необходимой точ-ности оценки. Для большинства целей более чем достаточна исследователь-ская оценка, погрешность которой составляет ±30 %. Исследовательские

Page 6: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

оценки представляют собой разумный компромисс между оценками по по-рядку (±50 %) и твердыми определенными оценками с погрешностью ±(5÷10) %. Оценки по порядку слишком грубы для серьезного анализа, а точные – требуют знания специфических параметров (например, конкретное место размещения очистных устройств, наличие и состояниие коммуникаций и др.), которые часто недоступны инженерам по защите окружающей среды, осуще-ствляющим эти оценки, и, в особенности, специалистам, работающим в му-ниципальном или федеральном аппарате. Заметим, тем не менее, что очист-ное оборудование нередко создают для каждого отдельного случая, поэтому значительная часть суммарной стоимости может приходиться на установку «по месту». Данное обстоятельство становится менее важным, если прово-дится сравнительная эколого-экономическая оценка нескольких подходящих по требуемой степени подавления систем, так как соответствующие затраты в этом случае присутствуют в каждом варианте технических решений и, бу-дучи, как правило, однопорядковыми, взаимокомпенсируются.

При оценке стоимости i-й системы подавления отходов обычно ис-пользуют метод полных (приведенных) годовых затрат Зi, которые включа-ют:

• капитальные (установочные, единовременные) вложения Ki; • эксплуатационные (текущие, операционные) издержки Ci; • платежи за размещение отходов в природных средах Пi:

,iПiСЕiКiЗ ++⋅= (1.1)

где Е – коэффициент эффективности капитальных вложений (инвестиций), позволяющий относить единовременные капитальные затраты к од-ному году.

Значение Е в формуле (1.1) чаще всего соответствует нормативной ве-личина Ен = 0.15 руб./(руб.⋅год), требующей, чтобы каждая 1000 руб. капи-тальных вложений приносила в год 150 руб. прибыли. Отметим, однако, что действующая величина Ен, строго говоря, имеет нормативный характер лишь при проведении государственных или муниципальных инвестиций, посколь-ку частные инвесторы, естественно, вправе самостоятельно определять рен-табельность предстоящих затрат.

Метод полных годовых затрат является лишь одним из нескольких су-ществующих методов оценки и сравнения стоимости систем защиты окру-жающей среды. Существуют также метод чистой современной стоимости или дисконтированного потока средств и метод внутренней скорости оборота. Между тем, метод полных годовых затрат предпочтительнее из-за гибкости, простоты и наглядности. Он особенно ценен, когда альтернативные сравни-ваемые системы имеют различную эффективность и срок службы. Некоторые трудности его применения возникают, когда имеется необходимость учиты-вать инфляцию и изменение налоговой политики.

Page 7: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

1.1. ОЦЕНКА КАПИТАЛЬНЫХ ЗАТРАТ

Капиталовложения складываются из прямых и косвенных расходов. Ниже приведена структура капитальных затрат:

Прямые затраты: а) Покупное оборудование:

• основное (реактор, адсорбер, скруббер, флотатор и др.); • вспомогательное (насосы, задвижки, трубопроводы и др.); • приборы и средства контроля; • инструмент и инвентарь для монтажа и эксплуатации; • налоги; • перевозка.

б) Оборудование, изготавливаемое собственными силами. в) Установка (монтаж):

• отчуждение земли; • подготовка места; • новые здания и сооружения (реконструкция имеющихся); • фундамент (под оборудование) и поддерживающие конструкции; • монтаж; • электропроводка; • трубопроводы; • изоляция; • окраска.

г) Оборотный капитал, представляющий собой материалы и комплектую-щие для запуска(!) (исходный засевный слой для биоочистки, регенери-руемый в дальнейшем активный уголь и др.);

д) Иные необесценивающиеся вклады. Косвенные затраты:

• научно-исследовательские работы; • модельные исследования; • разработка и экспертиза проекта; • инженерный надзор (монтаж, наладка, пуск и испытания); • конструирование; • наладка и пуск; • рабочие испытания; • процентная ставка в период строительства; • непредвиденные расходы и обстоятельства.

Существует несколько путей оценки капиталовложений. Наиболее точный результат, естественно, может быть получен, если

складывать рассчитываемые отдельно стоимости оборудования каждого вида и его установки (монтажа). Данный подход, помимо того, что он требует больших затрат времени, неосуществим при исследовательских оценках, так как детальные сведения, касающиеся размещения систем «по месту», обычно неизвестны. При его реализации точность неоправданно (по трудозатратам) высока.

Page 8: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Наиболее сложен постатейный подсчет косвенных капиталовложений. Так, например, известно, что расходы на проектно-монтажные работы зави-сят от типа и месторасположения предприятия. В ряде работ установлен диа-пазон затрат капитала на проектные работы в размере от 4 до 21 %. Однако эти цифры могут быть и выше, если предполагаемое предприятие намечается к строительству в удаленном районе. Точно так же, выплаты строительно-монтажным подрядчикам составляют от 2 до 7 %, но могут достигать и 10 % для отдаленных площадок. Непредвиденные расходы составляют обычно от 8 до 20 %; наиболее реальная сумма – 10 %. Все эти расходы составляют 35 % и добавляются к стоимости средней установки, однако они могут дости-гать 50 % для удаленных объектов.

К организационным расходам относятся также пусковые издержки. Для простых газоочистных установок они довольно низки, но к ним следует отнести и расходы на надзор и независимые приемочные испытания установ-ки. Ниже (табл.1.1) приведена типичная структура организационных расхо-дов.

Таблица 1.1 Структура организационных расходов (в % от основного капитала)

Статья расходов Расходы Среднее значение Разработка Проектирование Приобретения и покупки Бухгалтерские и смежные Размножение и переписка Командировка

1.5÷6.0 2.0÷12.0 0.2÷0.5 0.2÷1.0 0.2÷0.5 0.1÷1.0

2.3 5.0 0.3 0.3 0.3 0.3

Общие (на разработку и надзор) 4.2÷21.0 13.0

Другой подход – определение стоимости, исходя из стоимости анало-гичного устройства другого размера (производительности). Это делают, ис-пользуя, как правило, степенную функцию:

,12

12

n

SS

КК ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅= (1.2)

где K1 и K2 – общие капиталовложения для системы 1 или 2; S1 и S2 – размер (производительность) системы 1 или 2;

n - показатель, величина которого лежит в пределах от 0 до 1.5. Так, общеизвестен коэффициент 6/10, предложенный Вильямсом для

экстраполяции расчетов:

.6.0

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅=

ВельностьПроизводитАельностьПроизводитВСтоимостьАСтоимость (1.3)

В настоящее время показано, что показатель степени 0.6 действительно служит хорошей аппроксимацией для большого числа аппаратов, например,

Page 9: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

для теплообменников, выполненных из углеродистой стали. Однако указан-ное уравнение нередко приводит к занижению стоимости очистных систем. Так, опубликованы данные, согласно которым для центробежных вентилято-ров этот показатель должен составлять 0.96; для центробежных компрессо-ров – 1.22, а применение вместо углеродистой стали других материалов при-ведет к изменению экспоненты до величин, превышающих единицу. Несмот-ря на то, что точность этого метода иногда оказывается недостаточной, в случаях, когда более точные сведения о величине коэффициента n отсутст-вуют, мы рекомендуем пользоваться значением коэффициента Вильямса n = 0.6.

Наиболее же рациональным, по-видимому, является метод исследова-тельской оценки прямых и косвенных капитальных затрат, представляющий собой разумный компромисс по отношению к указанным, когда часть расхо-дов подсчитывается постатейно (например, стоимость базовых аппаратов для данной системы подавления), а другая часть – как доля (процент) затрат по основным статьям.

1.2. ОЦЕНКА ГОДОВЫХ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАТРАТ

Затраты на эксплуатацию очистных систем также подразделяют на прямые и косвенные. В отличие от капитальных вложений, обусловленных, как правило, базовой стоимостью оборудования, эксплуатационные издержки рассчитывают, исходя из размеров системы и характера работы, а также па-раметров объекта.

Прямые эксплуатационные расходы, в свою очередь, делят: на переменные; полупеременные; неизменные. Переменные расходы включают, например, стоимость услуг, которые

прямо пропорциональны объемам отходящих газов (сточных вод), обрабаты-ваемых в единицу времени. В периоды отключения системы затраты на услу-ги равны нулю.

Полупеременные затраты также зависят от объемного расхода газовоз-душной смеси (сточной воды), и некоторая доля этих расходов учитывается, даже если устройство не работает. Например, и законсервированную систему следует иногда осматривать. Хотя затраты труда на это не так велики, как на обслуживание действующего устройства, их стоимость может быть сущест-венной.

Неизменными являются расходы, исчисляемые как процент от некото-рой исходной величины (как правило, – это объем первоначальных капитало-вложений). Обычно так определяют, в частности, стоимость профилактики. Такой расчет, хотя и более прост, но менее точен по сравнению с оценками, например, по сложности системы, числу движущихся частей или по затратам труда на почасовой основе. В этих оценках стоимость профилактики рас-сматривается уже в качестве полупеременных расходов.

Page 10: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Все косвенные расходы на эксплуатацию, кроме накладных, являются неизменными, так как их исчисляют как процент от капиталовложений. На-кладные расходы, также будучи косвенными, иногда принимают как долю затрат на обслуживание и профилактику основного оборудования.

Ниже приведена типичная структура эксплуатационных производст-венных издержек: 1) Прямые затраты на эксплуатацию: а) Труд по эксплуатации:

аппаратчики; начальник.

б) Рабочие материалы. в) Профилактика и ремонт:

труд; материалы.

г) Заменяемые материалы: уголь (или иной сорбент); катализатор; фильтрующие рукава и др.

д) Услуги: электроэнергия; топливо; охлаждающая, производственная и бытовая вода; пар, сжатый воздух и др.

е) Обработка и хранение отходов: жидкостей; твердых и пастообразных.

2) Косвенные затраты на эксплуатацию: а) Налоги на зарплату, собственность и др. б) Возмещение капитала (амортизация). в) Страхование. г) Административные расходы. д) Процентная ставка в период эксплуатации.

1.2.1. Затраты труда на эксплуатацию

Количество труда, необходимого для обслуживания системы подавле-ния отходов, зависит от размера этой системы, производительности, сложно-сти, степени автоматизации и характера работы, которая может быть перио-дической или непрерывной. Затраты труда обычно оценивают в часах за ра-бочую смену. В табл.1.2 приведены типичные значения затрат труда на экс-плуатацию для систем улавливания загрязняющих веществ из газовоздушных смесей.

Page 11: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Таблица 1.2 Затраты труда на эксплуатацию пылегазоочистного оборудования, ч/смену Улавливающее устройство Основные операции Профилактика Тканевые фильтры Электрофильтры Скрубберы Дожигатели Абсорберы Адсорберы Холодильники Факелы

2÷4 0.5÷2 2÷8 0.5 0.5 0.5 0.5 -

1÷2 0.5÷1 1÷2 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

Отметим, что диапазоны затрат труда для тканевых (рукавных) фильт-ров, электрофильтров и скрубберов отражают соответствующие диапазоны производительности устройств. Эти данные применимы к относительно большим автоматизированным системам подавления отходов непрерывного действия.

Как правило, трудно получить точные зависимости между затратами труда и производительностью установки. Но когда такие данные имеются, соотношение является логарифмическим:

,1

2

1

2n

CC

LL

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= (1.4)

где L1 и L2 - затраты труда для систем 1 и 2; C1 и C2 - производительность систем 1 и 2, характеризуемая, например,

объемной скоростью течения газа; n = 0.20÷0.25. Это уравнение позволяет оценивать затраты труда на обслуживание ус-

тановок любой производительности, когда имеются данные лишь для одной системы. Величина заработка постоянно работающего персонала при осред-нении за год составляет 30-35 тыс.$/год.

При расчетах затрат труда на эксплуатацию следует учесть также за-траты на надзор, т.е. несколько увеличить полученные цифры. Разумной ве-личиной при этом считается 15 % (в общем случае от 10 до 25 %) от основ-ной потребности в затратах труда. Годовой заработок инспекторов составля-ет 35÷40 тыс.$.

Чтобы получить общие затраты труда в денежном выражении, необхо-димо умножить количество трудозатрат на эксплуатацию и надзор на вели-чину заработной платы в единицу времени.

Эксплуатационные расходы по контролю подавления отходов обычно оцениваются приближенно в 4÷6 % от суммарной стоимости очистных со-оружений.

Page 12: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

1.2.2. Профилактика и ремонт

Затраты на профилактику и ремонт складываются из стоимости труда и расходов на материалы.

Затраты труда при этом исчисляются так же, как и на эксплуатацию и определяются теми же факторами.

Расходы на материалы – масло и другие смазки, ленту для обертывания трубопроводов, припой, мелкий инструмент – можно подсчитать статья за статьей. Однако, поскольку каждая из этих статей мала, достаточно учиты-вать их как долю (процент) по отношению к затратам труда на профилактику и ремонт. Существующие оценки показывают, что расходы на материалы и затраты труда при проведении профилактических и ремонтных работ на очи-стном оборудовании приблизительно одинаковы.

Для систем малого и среднего размера, а также при отсутствии оценок затрат труда, суммарные издержки на профилактику и ремонт можно прини-мать равными 5 % капиталовложений. Если требуются более точные оценки, то следует учесть возрастание ремонтно-профилактических расходов по мере старения установки и подсчитывать их как 1 % произведения капиталовло-жений на возраст установки в годах.

В ряде работ (см. табл.1.3) получены следующие цифры, оценивающие годовые ремонтные расходы по конкретным системам подавления отходов.

Таблица 1.3 Годовые ремонтные расходы для некоторых очистных систем Устройство Производительность, м3/ч Расходы, $/год

Электрофильтры Колонны с насадкой Тканевые фильтры

17000÷25000 1000 1000

7500÷12000 90

180÷220

В табл.2.12 (раздел 2.2.5) приведена приблизительная стоимость неко-торых традиционно используемых адсорбентов.

1.2.3. Замена материалов и деталей

Данный вид затрат, строго говоря, следует относить к издержкам на профилактику, однако их, как правило, калькулируют отдельно, поскольку они существенны.

В эту статью входят такие позиции, как активированный уголь для угольных адсорберов, катализатор для каталитической очистки, рукава для тканевых фильтров, огнеупорные кирпичи для термических дожигателей, коагулянт или иной реактив для реагентной очистки воды и т.п., а также за-траты труда на их извлечение, регенерацию и загрузку.

Годичные затраты на заменяемые Зp материалы зависят от стоимости материала, продолжительности его службы и процентной ставки, что в об-щем случае можно описать уравнением:

Page 13: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

,)1( Tр iPЗ +⋅= (1.5)

где P – начальная стоимость заменяемых материалов; T – срок их службы, лет; i – процентная ставка. Затраты труда на замену частей и материалов зависят от количества

материалов, удобства доступа к устройству и т.д. Однако для исследователь-ской оценки эту величину можно приравнять к величине Зp – годичной стои-мости заменяемых элементов.

В табл.1.4 приведены данные по стоимости фильтровальных мешков различного типа.

Таблица 1.4 Стоимость фильтровальных мешков

Стоимость мешков из стекловолокна Диаметр, мм 150 150 150 280 280 280 Длина, м 2.17 3.05 3.65 6.10 7.30 10.00 Стоимость, $ 5.35 5.81 6.67 13.50 15.97 21.59

Стоимость фильтровальных мешков диаметром 150 мм, USD Длина, м Волокно 1.81 2.14 2.50

Хлопок Акриловое Полиэфирное Полиамидное (найлон)

– 3.95 4.74

2.03 4.19 5.23 4.24

2.15 4.62 5.84 4.60

1.2.4. Услуги

Эта статья расходов также многопозиционна и включает стоимость всех энергоносителей, необходимых для эксплуатации системы (табл.1.5). Между тем, только электроэнергия необходима для всех улавливающих уст-ройств, так как практически любая установка содержит электродвигатель (вентилятор, насос, газодувку, транспортер и т.д.); топливо же характерно лишь для систем дожигания, вода и водоподготовка – для скрубберов и аб-сорберов; пар – для угольных адсорберов; сжатый воздух – для тканевых фильтров.

Методика оценки стоимости услуг для устройств различных типов бу-дет дана ниже. Однако, поскольку любая система должна иметь вентилятор для перекачки отходящих газов (аналогично можно получить выражение для расчета мощности насоса для перекачки сточных вод). Предложено общее выражение для расчета мощности вентилятора, кВт:

,106.4 5

ηhSPQP ⋅⋅Δ⋅

⋅⋅= (1.6)

где Q – объемная скорость газа, м3/с;

Page 14: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

ΔP – перепад давления, Па; S – плотность газа, кг/м3; H – нагрузка, ч/год; η – произведение коэффициентов полезного действия электродвигателя и

вентилятора. Можно принять, что КПД электродвигателя колеблется от 85÷90 % в

интервале мощностей 45÷400 кВт. Стоимость электроэнергии составляет 20÷50 центов за 1 кВт⋅ч для по-

купной электроэнергии или 75 % от этой стоимости, если электричество вы-рабатывается на месте.

Таблица 1.5 Стоимость некоторых энергоносителей

Энергоноситель Единица измерения Стоимость Вода речная, морская или колодезная Вода из городской магистрали Природный газ Керосин Нефть очищенная Газ нефтяной сжиженный Мазут

Цент/м3

Цент/м3

Цент/м3

Цент/л Цент/л

Цент/л

$/м3

10.8 165÷225 17÷65 55÷65 55÷60 25÷50

200÷270

1.2.5. Размещение отходов

Когда уловленный материал не может быть возвращен в процесс, про-дукты которого улавливаются, ни продан, его обычно отправляют в отвал. В таких случаях стоимость удаления отходов определяется стоимостью транс-портировки, т.е. амортизацией грузовиков, заработной платой водителей, стоимостью горючего, погрузки-разгрузки и т.д., плюс стоимость земельного участка. Стоимость транспортировки зависит от расстояния от системы улав-ливания до месторасположения отвалов, количества транспортируемых от-ходов и других переменных. Стоимость аренды земельного участка обычно мала по сравнению со стоимостью транспортировки. Однако в тех случаях, когда отходы рассматриваются как опасные при хранении, стоимость захо-ронения (размещения на свалке, в отвале) значительно возрастет. Еще боль-шую стоимость имеет утилизация, обезвреживание или уничтожение отходов на специально предназначенных для этих целей объектах (заводах, полигонах и др.). Известно, например, что единственный в Финляндии завод-полигон по обезвреживанию отходов принимает их на переработку по цене в среднем около 870 $/т (цена зависит от токсичности отходов и доступности техноло-гии переработки).

1.2.6. Налоги, страховые выплаты и административные расходы

Налоги, страховые выплаты и административные расходы часто назы-вают прочими постоянными издержками, которые, как правило, трудно под-считать. Поэтому нередко их приблизительно оценивают соответственно в 1,

Page 15: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

1 и 2 % от суммы капиталовложений, а иногда и вовсе объединяют эти три позиции одной цифрой – 4 %. Для мощных государственных предприятий эта цифра может быть несколько меньшей (до 1.5 %).

Под административными обычно понимают расходы на сбыт, в т.ч. рекламу, проведение научных и маркетинговых исследований и др. Чаще всего статьи административных издержек трудно разделить, однако в ряде работ предложена следующая их структура:

• администрация: 2÷3 % от сбыта или вложенного капитала; • сбыт: 2÷3 % от суммы продажи; • отчисления на исследования: 2÷5 % от сбыта или от вложенного капи-

тала. Эти цифры близки к указанным выше приблизительным оценкам, по-

этому для исследовательских расчетов можно использовать обобщенное зна-чение (4 %).

1.2.7. Возмещение капитала

Как уже отмечалось, используемый нами метод отнесения капитальных затрат к одному году является методом эквивалентной равномерной годич-ной стоимости. Его основой является фактор возмещения капитала, который, будучи умножен на величину капиталовложений, и дает годовой размер пла-тежа. При этом учитывается и объем начальных вложений, и процентная ставка. Таким образом, фактор возмещения капитала распределяет начальные затраты К на весь срок службы системы, как платежи по закладной, возвра-щая и основной капитал, и проценты.

Фактор возмещения капитала (ФВК) является функцией процентной ставки и срока службы T системы в годах:

,)1()1(

1−+

+⋅= T

T

TiiФВК (1.7)

так что «годовые» капитальные издержки (годовые расходы на возмещение капитала) Кг = ФВК⋅К.

Упрощенно ставку ФВК нередко определяют как прямую часть общей стоимости установки, деленную на расчетную продолжительность работы этой установки, либо как долю величины амортизации установки по мере ее изнашивания за определенный отрезок времени. Расчетная продолжитель-ность работы установки может зависеть от особенностей технологического процесса, который устаревает, как правило, через 5÷7 лет, либо от фактиче-ской продолжительности жизни установки, которая может оказаться намного (например, вдвое) дольше, в зависимости от продукта.

Типичные сроки службы определенных установок и некоторых заме-няемых материалов приведены в табл.1.6.

Page 16: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Таблица 1.6 Типичные сроки службы (эксплуатации) некоторых материалов и установок

Установка Срок службы (хранения), лет

Фармацевтическая или химическая установка Химические реагенты Бумага Установки на предприятиях цветной металлургии, рези-новые изделия Изделия из глины Установки нефтеочистки Установки на предприятиях черной металлургии Электростанции:

• атомные • тепловые

5÷7 11 12 14

15 16 18

30 40

Срок службы, лет, при характере обслуживанияТип оборудования, узла или материала плохое среднее Образцовое

Электрофильтр Скруббер Вентури Тканевый фильтр Термический дожигатель Каталитич. дожигатель Абсорберы Адсорберы Вымораживатели Факелы Рукава Адсорбенты Катализаторы Футеровка

5 5 5 5 5 5 5 5 5

0.3 2 2 1

10 10 20 10 10 10 10 10 15 1.5 5 5 5

40 20 40 20 20 20 20 20 20 5 8 8

10

Гораздо труднее определить значение процентной ставки. Величина i исчисляется за вычетом прироста на амортизацию (который был вложен по-вторно). Расходы по выплатам процентов на капитал (в странах с устойчивой экономикой) имеют тенденцию изменяться от 7 до 14 % в зависимости:

• от источников финансирования проводимого мероприятия – являются ли они банковским займом, покрываются выпуском акций или резер-вами предприятия (в некоторых случаях могут участвовать все три ис-точника);

• способа оценки стоимости – в «реальных» или «номинальных» показа-телях, т.е. с учетом или без учета инфляции (что в немалой степени оп-ределяется масштабами предприятия и отраслью промышленности, к которой оно относится);

• способа учета налогов (изменения налоговой политики за время служ-бы системы, а также существования налоговых льгот, что, в свою оче-

Page 17: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

редь, зависит, например, от того, работает ли данная установка с един-ственной целью защиты ОС или составляет лишь часть технологиче-ского процесса. Однако независимо от того, какое значение i выбрано, оно должно

быть одинаковым в данном расчете, что особенно важно при сравнении аль-тернативных вариантов технических решений.

При относительной экономической стабильности обычно не учитыва-ют инфляцию и изменения налоговой политики. Такое значение i можно на-звать «доналоговой», реальной, скоростью возврата. Практически чаще всего используется значение i = 10 %. Эта величина, кстати, с 1980 г. рекомендова-на французским правительством официально.

Вместе с тем заметим, что суммарное возмещение капитала для уста-новок подавления отходов может значительно отличаться от той, которая до-пускается правительственными налоговыми властями.

1.2.8. Накладные расходы

Эти расходы проще всего поддаются расчету, но труднее всего пони-манию. Большинство недоразумений, связанных с накладными расходами, обусловлено разнообразием путей их подсчета и множеством статей, из ко-торых они складываются, причем некоторые статьи могут оказаться дубли-рующими.

Простейший путь расчета накладных расходов – через основные за-траты труда.

В специальной литературе предложено несколько вариантов оценки величины накладных расходов:

• 50÷100 % от фонда зарплаты на обслуживание и ремонт; • 50 % от фонда зарплаты на обслуживание и 25 % от фонда зарплаты на

ремонт; • 45 % от фонда зарплаты на эксплуатацию плюс 1÷5 % суммарной

стоимости очистных сооружений.

Page 18: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

ЧАСТЬ 2. ОЦЕНКА ЗАТРАТ НА ПОДАВЛЕНИЕ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ

2.1. СТОИМОСТЬ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Для каждого улавливающего устройства требуется вспомогательное оборудование, которое должно повести отходящий поток, а при необходимо-сти обеспечить предварительную обработку. Поскольку тип оборудования зависит от характеристик газового потока и улавливающего устройства, про-ектирование вспомогательного оборудования иногда сложнее проектирова-ния самого устройства, а его стоимость может намного превышать стоимость самой улавливающей системы.

Основными позициями вспомогательного оборудования, стоимость ко-торых необходимо включать в капитальные затраты на газоочистку, являют-ся:

• всасывающие раструбы (вытяжные колпаки); • газоходы (короба); • насосные и вентиляторные системы и газодувки; • шнековые транспортеры; • фундаменты и иные строительные конструкции; • контрольно-измерительное оборудование; • дымовые трубы; • устройства для подготовки газа – механические осадители и распыли-

тельные камеры (см. разд.2.2.1).

2.1.1. Вытяжные колпаки

В основном используют колпаки двух типов: • куполообразные; • полузакрытые.

Первые обычно размещают на некотором расстоянии от источника, по-этому они засасывают большие количества окружающего воздуха. Дополни-тельный расход воздуха влечет за собой увеличение стоимости основного улавливающего устройства и вспомогательного оборудования для него. По-лузакрытые колпаки располагаются вблизи устройства и засасывают немного дополнительного воздуха. Вместе с тем, они требуют большего расхода ма-териала, чтобы наиболее полно окружить источник, и поэтому они дороже куполообразных. Таким образом, в тех случаях, когда можно использовать любой тип колпака, выбор определяется соотношением между величинами капитальных и текущих затрат.

Размеры колпака, а следовательно, и его цена зависят от нескольких переменных. Для холодных процессов – это периметр источника, расстояние между раструбом и источником, а также скорость всасываемого газа, которая в типичных условиях составляет от 0.25 до 1.1 м/с в зависимости от устойчи-вости окружающей атмосферы. Оценить размер раструбов для горячих ис-точников намного сложнее, так как при этом появляются новые переменные

Page 19: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

– температура газовоздушной смеси в устье источника, эффективность теп-лообмена в зоне между источником и газовым потоком и др.

Стоимость колпака Cн складывается из стоимости материала Cм и за-трат труда на изготовление Cт:

,Тмн ССС += (2.1)

Вытяжные колпаки обычно исполняются из низкоуглеродистой стали, средняя стоимость которой составляет около 400 $/т. Толщина стенок для разных конструкций колпаков и условий эксплуатации обычно колеблется в пределах 0.7÷2.0 мм. Стоимость монтажа 1 т стальных конструкций лежит в пределах 400-500 $/т.

2.1.2. Газоходы

Тип газоходов, используемых для улавливания выбросов, зависит, в первую очередь, от температуры: при 900 К или ниже – из углеродистой ста-ли, при 900÷1260 – охлаждаемые водой или футерованные. Однако эти тем-пературные пределы относятся к неагрессивным газам.

Стоимость газоходов зависит от 4-х факторов: диаметр, толщина, дли-на и тип фитингов и заслонок. Диаметр D рассчитывают, используя следую-щее выражение

,5.132

1

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

VQD (2.2)

где Q – объемная скорость течения газа, м3/с; V – скорость в канале, м/с. Скорость в канале, в свою очередь, зависит от плотности ρ и диаметра

частиц (d, мкм) в отходящих газах:

.1

05.0 4.0dV ⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

⋅=ρ

ρ (2.3)

В большинстве случаев V лежит в пределах 11.2÷25.4 м/с, если в вы-бросах содержатся только газообразные загрязняющие вещества, то можно рекомендовать скорость 11.2 м/с.

Стоимость изготовления газоходов растет линейно с диаметром и па-раметрически – с толщиной стенок:

,)()( DtbtaCк ⋅+= (2.4)

где Cпг – стоимость прямого газохода; a(t) и b(t) – параметры, зависящие от материала и толщины стенок газохода.

Для данных диаметра и толщины стоимость тройника составляет около 1/3 стоимости колена. Вследствие увеличения диаметра стоимость переход-ника составляет около половины стоимости колена.

Стоимость колена:

Page 20: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

,)()()( 2DthDtgtfCк ⋅+⋅+= (2.5)

где f(t), g(t) и h(t) - параметры, зависящие от материала и толщины стенок ко-лена.

Стоимость короба можно также приближено оценить по его массе или площади сечения. Наиболее надежные результаты можно получить путем подсчета стоимости всех используемых металлических профилей (прямых секций, колен, переходников, стыков и т.д.). Для укрупненной оценки стои-мости газохода можно принять марку материала и толщину стенок одинако-вой. К стоимости требуемой массы металла необходимо прибавить затраты на изготовление соответствующих конструкций. Обычно они сопоставимы со стоимостью металла. Затраты на монтаж можно определить через требуемое количество человеко-часов; как правило, монтаж коробов составляет 80 % стоимости их изготовления.

2.1.3. Вентиляторные и насосные подсистемы

Вентиляторы и насосы используются в качестве побудителей расхода газов и жидкостей соответственно. Для тех и других требуются электродви-гатели, пусковые устройства и, если необходимо, клиноременные передачи. Кроме того, вентиляторы обычно снабжаются входными и выходными за-слонками для регулирования скорости течения газа и оптимизации работы улавливающего устройства.

2.1.3.1. Насосы

Насосы необходимы при использовании скрубберов Вентури, распыли-тельных камер, газовых абсорберов и любых других устройств, где транспор-тируется или циркулирует газ или жидкость. Наиболее часто используется зумпф-насос с вертикальной турбиной, который работает на трех скоростях 1170, 1750 и 3550 об/мин. Оптимальная скорость зависит от производитель-ности (табл.2.1).

Таблица 2.1 Объемный расход и скорость вращения насоса

Диапазон скорости течения, м3/с 0÷0.063 0.051÷0.515 0.126÷0.630 Скорость, об./мин 3550 1750 1170

Стоимость насоса, помимо производительности, определяется напором. Уравнение для расчета стоимости имеет вид:

,nн GmС ⋅= (2.6)

где G – производительность насоса; m – коэффициент, возрастающий с величиной напора. Известна величина

m для производительности насоса 0.42 м3/с, которая составляет $1700. Стоимость насосов иной производительности можно оценить с использованием формулы (1.2);

Page 21: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

n – показатель, величина которого в диапазоне напоров 0.3÷0.9 МПа ле-жит в пределах 0.155÷0.120.

Уравнение (2.6) применимо при частоте вращения 3550 об/мин. При 1750 об/мин стоимость насоса линейно зависит от производительности, а при 1170 об/мин подчиняется квадратичному закону (n = 2).

2.1.3.2. Вентиляторы

Наиболее часто для перекачки газов через улавливающие устройства используют центробежные вентиляторы. Тип устройства определяет положе-ние вентилятора: до системы – напорные вентиляторы, после - всасывающие.

Рекомендуется (если это возможно для данного типа установки) про-ектировать всасывающие вентиляторы, т.е. размещать вентилятор на стороне «чистого» газа, что сокращает эрозию и коррозию.

Стоимость всасывающих вентиляторов зависит от их класса, статиче-ского давления и объемной скорости газа. Класс, в свою очередь, определя-ется статическим давлением и линейной скоростью потока газа.

Ниже (табл.2.2) приводится отношение приложенного давления (P, Па) к линейной скорости (v, м/с) для различных классов.

Таблица 2.2 Класс вентилятора и параметр P/v

Класс P/v, Па⋅с/см I 15000/11.60÷7500/16.2 II 25500/15.24÷12750/21.2 III 40500/19.20÷20250/26.7 IV Значения более высокие, чем для класса III

Высота над уровнем моря и температура влияют на величину статиче-ского давления, поэтому необходимо вносить поправку:

),1016.1exp(660 4 zТ

⋅⋅−⋅= −π (2.7)

где T – абсолютная температура, К; z – высота над уровнем моря, м. Для получения давления при стандартных условиях необходимо разде-

лить величину статического давления на π. Стоимость типовых вентиляторов составляет, как правило, 70-80 %

стоимости насосов (см. раздел выше). При повышении рабочей температуры (400 К) вентилятора не более

чем до 590 К, стоимость нужно увеличить на 3 %; замена углеродистой стали нержавеющей приводит к росту стоимости в 2.5 раза.

Изменение стоимости напорных вентиляторов с прямыми радиальными лопастями в зависимости от производительности подчиняется квадратичному закону с линейным членом. В диапазоне температур 400÷590 К стоимость

Page 22: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

возрастает на 6 %; при переходе на нержавеющую сталь она увеличивается также в 2.5 раза.

2.1.4. Электродвигатели и пусковые вспомогательные устройства

Наиболее часто используются брызгозащищенные двигатели, так как они более дешевы. Двигатели с полностью закрытыми корпусами дороже на 40÷50 %, а взрывобезопасные – на 60÷70 % и более.

Стоимость брызгозащищенных двигателей зависит от их мощности и частоты вращения. Мощность W можно оценить по формуле:

,740

*

ηρ

⋅⋅⋅

=ZQW (2.8)

где Q – скорость течения жидкости, м3/с; Z – напор, Па;

ρ* – отношение плотности жидкости к плотности воды; η – КПД двигателя. Стоимость двигателя для напорного вентилятора вместе с пусковым

устройством линейно зависит от его производительности. Если частоты вра-щения двигателя и вентилятора неодинаковы, следует учесть стоимость кли-ноременной передачи.

2.1.5. Шнековые транспортеры

Шнековые транспортеры обычно используют для удаления пыли из бункеров под осадительными устройствами в бурты, ямы или транспортные средства.

Стоимость шнека линейно возрастает с его длиной, а также с увеличе-нием диаметра. Длина зависит от расстояния между бункером и местом хра-нения или погрузки, а диаметр – от объемной скорости газового потока. Если последняя не превышает 47.2 м3/с, то достаточен диаметр шнека, равный 230 мм; при большей скорости потока следует использовать шнеки диаметром 305 мм.

2.1.6. Фундаменты, опоры и иные строительные конструкции

Стоимость конструктивных опор и фундаментов можно получить на основании их массы ($200÷225 за 1 т) плюс 140 % стоимости строительных конструкций, приходящейся на монтаж и устройство фундаментов.

2.1.7. Контрольно-измерительное оборудование

Оценка вклада контрольно-измерительного оборудования в стоимость очистного устройства – одна из наиболее сложных задач, во-первых, ввиду исключительной многопозиционности данной статьи, а во-вторых потому, что для одной и той же системы (для контроля одного и того же параметра)

Page 23: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

можно применять приборы, отличающиеся не только конструкцией, но и принципом измерения.

Вместе с тем, не будет большой ошибки, если принять, что расходы на контрольно-измерительное оборудование учтены в стоимости базового аппа-рата установки для очистки газовоздушной смеси, что практически чаще все-го и бывает.

2.1.8. Дымовые трубы

Трубы необходимы для рассеивания отходящих газов выше уровня земли и препятствий, окружающих систему улавливания, а также для разбав-ления загрязняющих веществ, чтобы обеспечить нормативные требования за-конодательства.

Размеры и положение улавливающих устройств, а также окружающие сооружения обусловливают высоту трубы, а скорость ветра определяет ми-нимальную скорость на выходе и, следовательно, максимальный допустимый диаметр трубы D:

,286.02

1

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

uQD (2.9)

где Q – объемная скорость, м3/с; u – среднегодовая скорость ветра, м/с. Стоимость трубы определяется:

• ее высотой; • диаметром; • мощностью фундамента.

Стоимость собственно трубы линейно зависит от высоты. К ней необ-ходимо добавить стоимость фундамента, фланцев, кабелей, обручей и окра-ски.

Простые дымовые трубы, представляющие собой одно- или двустен-ные стальные конструкции, могут быть рассчитаны так же, как и абсорбци-онные колонны. Сравнительно маленькие трубы не представляют трудности при монтаже, в некоторых случаях изготовители поставляют их в виде гото-вых секций. Большие же дымовые трубы выполняются, как правило, из желе-зобетона с надежной футеровкой из кирпича, которая выдерживает высокие температуры и коррозию. Их стоимость можно оценить по рис.2.1.

Page 24: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Рис.2.1. Стоимость высотных труб (С) с жаро- и коррозионно-прочной

футеровкой

Отметим, что стоимость, приведенная на графиках, не включает стои-мости фундаментов, которая в обычных регионах составляет 10 %, а в рай-онах с повышенной сейсмичностью – 15 % общей стоимости.

2.2. УСТРОЙСТВА ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ

Решение о том, какое устройство (электрофильтр, скруббер Вентури, тканевые фильтры и др.) использовать для улавливания дисперсных загряз-нений, зависит от технических и экономических факторов. В большинстве случаев технические условия допускают возможность использования уст-ройств многих типов, поэтому выбор чаще всего определяется лишь эконо-микой.

В ряде случаев для достижения санитарных стандартов качества возду-ха по содержанию аэрозолей достаточна очистка выбрасываемой смеси лишь при помощи устройств механического осаждения. Однако чаще всего, в осо-бенности, если требуется подавление (помимо взвешенных частиц) газооб-разных компонентов, эти устройства служат для предварительной подготов-ки газа, и поэтому их обычно относят к вспомогательному оборудованию и называют газовыми кондиционерами или устройствами предварительной очистки и подготовки газа.

В настоящем разделе вначале приведены общие принципы расчета стоимости устройств для улавливания взвешенных частиц (2.2.1-2.2.4), а за-тем (2.2.5) описаны методы определения и дана сравнительная характеристи-ка стоимости этих устройств на основе имеющихся в литературе оценок и полуэмпирических закономерностей.

Page 25: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

2.2.1. Устройства предварительной очистки и подготовки газа

Газовые кондиционеры очищают, охлаждают или увлажняют поток пе-ред поступлением в основное улавливающее устройство, повышая эффек-тивность его работы и, следовательно, снижая стоимость системы в целом. Наиболее часто используемые кондиционеры – циклоны, осадительные ка-меры и т.п., а также распылительные камеры и охладители.

2.2.1.1. Циклоны

Циклоны осаждают наиболее крупные (20÷30 мкм и более) частицы, уменьшая нагрузку на основное улавливающее устройство.

Первичные параметры для оценки стоимости циклона – входное сече-ние, величина которого определяется параметрами газового потока, плотно-стью частиц и критическим размером, т.е. размером наименьших частиц, ко-торые улавливаются со 100 % эффективностью. Если распределение частиц по размерам известно, то можно произвольно выбрать критический размер dкр (мкм). Тогда входное сечение A рассчитывают с помощью выражения:

,0285.0

)(835 3

834

0крd

QA ⋅

⋅−⋅

⋅=μ

ρρ (2.10)

где ρp и ρ – плотность частиц и газа, кг/м3; Q – объемная скорость течения, м3/с; μ – вязкость газа, Па/с.

Если известно A, то можно определить перепад давления на циклоне:

.2

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

AQP (2.11)

Стоимость циклона и его деталей можно выразить в зависимости от ве-личин A или P. Ниже эта зависимость выражена в функции входного сечения.

Вначале охарактеризуем стоимость циклона, улитки и пылевого бунке-ра:

.)()()( 2AtlAtktjС буц ⋅+⋅+=++ (2.12)

Следующее уравнение характеризует стоимость поддерживающих кон-струкций:

.AbaСпк ⋅+= (2.13)

Значения коэффициентов, входящих в уравнения (2.12) и (2.13), зави-сят от толщины стенок и вида используемого материала.

Сумма значений, получающихся по указанным выше уравнениям, дает полную стоимость одиночного циклона. Общая стоимость мультициклонов (параллельных и последовательных) равна сумме стоимостей отдельных ап-паратов плюс 20 % на газоходы.

Page 26: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

2.2.1.2. Распылительные камеры и охладители

Распылительные камеры и охладители снижают пылевую нагрузку, од-нако их основное назначение – охлаждение потока газа для уменьшения его объема и стоимости системы, а также для увлажнения его с целью увеличе-ния степени улавливания в основных осадителях, особенно в электрофильт-рах.

Стоимость распылительных камер и охладителей линейно зависит от объема обрабатываемого потока:

., QaC орк ⋅= (2.14)

2.2.2. Электрофильтры

Электрофильтры, в отличие от скрубберов Вентури или тканевых фильтров, требуют больших капиталовложений, а скрубберы и фильтры - больших затрат на эксплуатацию. Затраты труда при эксплуатации фильтров приведены в табл.I.2, а энергозатраты определяются мощностью осадитель-ного электрода и составляют обычно 14.5 Вт/м2.

Критическим параметром электрофильтра является удельная поверх-ность осаждения (УПО), которая в хорошем приближении может быть опре-делена по уравнению Дейча-Андерсона:

.)1ln(005.0 1−⋅−⋅⋅−= ωηQУПО (2.15)

где η – общая эффективность улавливания; ω – скорость дрейфа, м/с, – комплексный параметр, учитывающий одно-

временно зарядное и осадительное поле, геометрию фильтра, сопро-тивление пыли и др.

Стоимость электрофильтра линейно зависит от величины УПО. Кроме того, стоимость зависит также от типа конструкционного материала, системы питания и иных переменных, но не в такой степени, как от изоляции модуля, требования к которой возрастают при увеличении влажности отходящих га-зов и могут привести к удорожанию системы в 1.37÷1.50 раза при УПО = 45÷90000 м2.

Вспомогательное оборудование, используемое с электрофильтрами, включает системы засасывания отходящих газов, газоходы, вентиляционную подсистему, обычно расположенную за электрофильтром, пылевой транспор-тер, дымовую трубу и устройства предкондиционирования (механические осадители для уменьшения запыленности или распылительные камеры) для предварительного охлаждения и увлажнения.

Стоимость мокрых электрофильтров труднее оценить, чем сухих, по-скольку в этом случае необходимо учитывать много новых параметров кон-струкции. Обычно стоимость мокрого электрофильтра в 2.0÷2.5 раза выше стоимости сухого.

Page 27: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

2.2.3. Мокрые скрубберы

Из мокрых скрубберов различных типов, используемых для улавлива-ния диспергированных частиц, наиболее эффективны скрубберы Вентури. Это обусловлено в первую очередь высокоскоростными столкновениями ме-жду частицами и каплями воды в наиболее узкой секции скруббера – горло-вине. Перепад давления газа на горловине (ΔPv, кПа) в основном и определя-ет эффективность улавливания. Требуемая величина ΔPv, в свою очередь, яв-ляется функцией распределения частиц по размерам:

,85.3 39.1−⋅=Δ dPv (2.16)

где d – диаметр наименьших частиц, которые должны быть уловлены со 100 % эффективностью, мкм.

Так, если нужно уловить частицы размером 0.5 мкм и более, требуется перепад давления ~1 кПа. Поскольку ΔPv может достигать 2 кПа, потребле-ние энергии скрубберами Вентури может быть велико.

Перепад давления является также важнейшим параметром, опреде-ляющим стоимость (и капиталовложения и эксплуатационные затраты) по-давления выбросов при помощи скруббера Вентури.

Хотя фактическое улавливание частиц происходит в скруббере, за ним может быть установлен цилиндрический резервуар (сепаратор) для удаления из газового потока унесенных жидких капель. Если газовый поток содержит большое количество воды, то сепаратор может быть оснащен внутренней системой охлаждения газа (типа экрана или противня) с целью уменьшения избыточной влажности.

Стоимость охладителя и сепаратора вместе со стоимостью скруббера Вентури, коленных изгибов, насосов для рециркуляции жидкости и удаления шлама также входит в основное уравнение стоимости:

.2QcQbaС буц ⋅+⋅+=++ (2.17)

где Q – объемный расход газовоздушной смеси, м3/с; a, b и c – коэффициенты.

Использование легированных марок стали вместо углеродистой в каче-стве конструкционного материала увеличивает стоимость скруббера Вентури в 2.3÷3.6 раза в зависимости от марки стали.

Если сопло Вентури должно быть покрыто фиберглассовым слоем или каучуковым покрытием, стоимость возрастает на 15 %.

Ниже приведены фундаментальные зависимости стоимости от произ-водительности для скрубберов иных, нежели скруббер Вентури, типов:

Брызгальный скруббер:

.2QbQaС ббб ⋅+⋅= (2.18)

Скруббер тарелочного типа:

Page 28: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

.2QbQaС ТТТ ⋅+⋅= (2.19)

Центробежный скруббер:

.2474.0QaС цц ⋅= (2.20)

Скруббер с подвижным слоем:

.478.0QaС пспс ⋅= (2.21)

Характер используемого вспомогательного оборудования не зависит от типа скруббера. Оно включает систему засасывания, охладитель для предва-рительного охлаждения (если это необходимо), устройства регенерации от-работанной воды, вентиляторную подсистему и дымовую трубу.

2.2.4. Тканевые фильтры

За исключением очень высокодисперсных частиц, эффективность тка-невых фильтров весьма велика и составляет обычно не менее 99.5 %. По этой причине фильтрующие тканевые системы предпочитают использовать даже для таких высокотемпературных источников, как промышленные и комму-нальные котельные.

Другой причиной растущей популярности тканевых фильтров является приемлемая цена. Между тем, экономическая оценка фильтрующих уст-ройств более сложна, чем электрофильтров или скрубберов, так как их стои-мость зависит от многих факторов:

• природы ткани; • линейной скорость фильтрации; • режима работы (непрерывный или периодический); • конструкции (напор или разрежение); • проекта (стандартный или специальный); • способа очистки фильтрующего материала (встряхивание, обратная

продувка или импульсный поток); • конструкционного материала.

Эти факторы совместно с концентрацией пыли и другими параметрами условий эксплуатации определяют основной параметр системы:

,35.10VQAn ⋅= (2.22)

где An – площадь поверхности фильтрующего материала, участвующего в процессе очистки в данный момент времени, м2;

Q – объемный расход газовоздушной смеси, м3/с; V – линейная скорость фильтрации, м/с. Для фильтров непрерывного действия величина An не включает площа-

ди поверхности рукавов, которые выведены на время очистки. Общую же

Page 29: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

площадь поверхности рукавов Ag обычно находят умножением An на некото-рый множитель f(An):

.)( nng AAfA ⋅= (2.23)

Значение f(An) уменьшается с ростом An и стремится к единице для очень больших An (табл.2.3).

Таблица 2.3 К определению величины An

An, м2 < 370 370÷1150 1150÷2200 2200÷5500 5500÷11000 > 11000f(An) 2.000 1.500 1.250 1.125 1.080 1.030

Заметим, что для фильтров периодического действия Ag = An, поскольку во время очистки рукавов не работает весь фильтр.

Общая стоимость фильтрующей установки равна стоимости корпусов фильтров с оснасткой плюс стоимость рукавов:

.)( gруккорпф AcAbaССС ⋅+⋅+=+= (2.24)

Значения коэффициентов a и b зависят от способа очистки рукавов, режима работы, конструкционных материалов и типа конструкции. Коэффи-циент c определяется природой фильтрующего материала.

Кроме цены, нужно учитывать затраты на электроэнергию для двигате-лей вентиляторов и устройств для очистки фильтрующего материала, а при очистке его импульсным потоком – затраты на сжатый воздух.

Как следует из уравнения (1.6), мощность вентилятора пропорциональ-на перепаду давления ΔP на фильтрующей установке, который имеет типич-ное значение 0.6 кПа.

Потребление энергии E (кВт/год) оценивается следующим образом: • при очистке рукавов встряхиванием:

hAE g ⋅⋅+−= )ln045.1878.5( при Ag > 135 м2; (2.25) hE ⋅= 56.0 при Ag < 135 м2; (2.26)

• при очистке обратной продувкой:

.00398.0 hE ⋅= (2.27)

где h – число часов работы в год. Затраты труда при эксплуатации тканевых фильтров, расходы на про-

филактику и ремонт, стоимость фильтровальных мешков из различных мате-риалов приведены соответственно в табл.1.3.1, 1.3.2, 1.3.3, а стоимость элек-троэнергии – в 1.3.4.

В качестве примера определения суммы капитальных затрат в табл.2.4 использован средний тканевый фильтр для пыли, содержащей оксид свинца. В этом примере не учтены некоторые статьи прямых и косвенных издержек, поскольку предполагалось, что такие небольшие устройства устанавливаются

Page 30: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

либо вместе с большими системами, частью которых они являются, либо в качестве дополнительного оборудования, стоимость которого относится к эксплуатационным расходам. Более громоздкие и дорогие системы требуют и более сложного расчета стоимости.

Таблица 2.4 Затраты на сооружение мешочного фильтра производительностью 17000

м3/ч Статья издержек Цена, $

Базовая стоимость фильтра 7500 80 6000 13500 Опоры* 720 140 1000 1720 Вентилятор 3-го класса** 750 750 1500 Электродвигатель** 200 100 200 400 Пусковое устройство** 95 95 190 Пылесборник 2800 80 2240 5040

ВСЕГО: 21350 Разработка и надзор 2280 Подряды (6 %) 1275 Непредвиденные расходы (10 %) 2135

ИТОГО: 27040 *) Расходуется 4.5 т мягкой стали до 160 $/т; **) В ценах 1990 г.

В приведенном выше примере с мешочным фильтром производитель-ностью 17000 м3/ч (4.7 м3/с) разумно принять, что при наличии в отходящих газах эрозионной пыли мешки потребуется менять каждый год. Если также принять расход приблизительно равным 0.01 м3/(м2⋅с), то оптимальным вари-антом конструкции оказывается тот, при котором трубки диаметром 150 мм и длиной 4 м помещаются в 4 отсека по 80 мешков в каждом, что в целом дает 320 трубок.

Оценка общих эксплуатационных расходов приведена в табл.2.5.

Таблица 2.5 Общие эксплуатационные расходы ($) тканевого фильтра

производительностью 17000 м3/ч при постоянной работе в течение 8400 ч/год, или 50 недель (начальная стоимость установки $33800, см.табл.2.2.1)

Год работы Статья расходов 1-й 2-й 3-й

Примечания и пояснения

Процент на капитал 4050 3720 3380 Менее 12 % Амортизация 2820 2820 2820 Постоянная на 12 лет Расход электроэнергии 908 908 908 12 л.с. стоят 1.2 цента Замена тканевого фильтра 2130 2130 2130 $6.67 за 1 мешок ($320 за 100 шт.)Ремонтные расходы 338 675 1050 1 % капитала × работу (в годах) Страховые выплаты, налоги

507 507 507 1.5 % от начального капитала

Page 31: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

При оценке стоимости устройств предварительной подготовки отходя-щих газов необходимо учитывать также затраты на сбор уловленных взве-шенных частиц. Величину этих затрат можно найти по рис.2.2.

Рис.2.2. Зависимость стоимости cбора уловленных взвешенных частиц,

цент/100 м3 от эффективности механической очистки пылега-зовоздушной смеси в скрубберах, %.

2.2.5. Относительная стоимость различных типов пылеочистных уст-ройств

Один из методов, который применяется для определения приблизи-тельной стоимости, заключается в оценке общей массы используемого ме-талла и умножения этой величины на цену единицы массы. Небольшие и простые уловители чаще всего выполняются из стали толщиной 0.9 мм, а крупное оборудование – из стали толщиной 1.6 мм и более тяжелых профи-лей. Для оценочных расчетов можно принять стоимость 1 т низкоуглероди-стой стали равной $400. Монтажные работы составляют не более 350÷550 $/т. Конструкции из нержавеющей стали могут стоить до 1700 $/т.

В специальной литературе предложены графики (рис.2.3), отражающие зависимость массы различного пылеочистного оборудования от производи-тельности.

Стоимость, полученная с использованием этих данных, является сред-ней для момента изготовления оборудования и не включает стоимость венти-ляторов, электродвигателей, несущих конструкций, трубопроводов и др. В стоимость тканевых фильтров (мешок и автоматическая рама) входит стои-мость виброгрохота и мешков фильтра.

Другие методы оценки стоимости также учитывают и «временной» фактор, и стоимость металла, которая составляет 20 % стоимости смонтиро-ванного оборудования. Если же применяются специальные сплавы, нержа-

Page 32: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

веющая сталь или цветные металлы, то сравнительная стоимость процесса изготовления оборудования будет меньше.

Более строгий подход заключается в соединении стоимости металла и трудозатрат. Для простых пылеуловителей (циклоны) целесообразно при-нять, что один квалифицированный рабочий может смонтировать около 2.25 м2 стали (1.6 мм) за 8-часовой рабочий день. Если для определения стоимо-сти применять этот метод, необходимо связаться с конкретным изготовите-лем оборудования для внесений уточнений, так как степень автоматизации на производстве может существенно влиять на производительность труда и тру-дозатраты.

Прямую стоимость сухих механических пылеуловителей также можно вычислить непосредственно по данным, представленным на рис.2.4. Отме-тим, что стоимость снижается при уменьшении расхода газа. В эту стоимость не включают цену вентиляторов, электродвигателей, приводов, насосов, обо-рудования для транспортировки пыли, изоляции, защиты от атмосферных воздействий и специальных материалов конструкции. Сведения о стоимости мокрых скрубберов, дополняющие величины, представленные на рис.2.3 и 2.4, даны на рис.2.5.Т.к. указанные стоимости тесно связаны со временем, их использование должно сопровождаться индексацией цен на оборудование в химической промышленности (индекс цен на оборудование в химической промышленности повышается в среднем на 4÷5 пунктов каждый год).

Рис.2.3. Зависимость ориентировочной массы (объема переработки пыли G, кг/м3) пылесборников от расхода газа V, 103 м3/ч: а - циклоны; б - мешочные фильтры; в - скрубберы с водяным орошением; г - жалюзийные фильтры; (3 - параллельные; 4 - цилиндрические); д – фильтр с автоматической рамой; е - электрофильтры (1 - большая производительность; 2 - малая производительность)

Page 33: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Рис.2.4. Зависимость стоимости сухих механических пылесборников C,

$/(м3/ч) от расхода воздуха V, м3/ч: 1 - высокотемпературный тканевый сборник постоянного действия; 2 - ткане-вый противоточный сборник постоянного действия; 3 - мокрый сборник (по max стоимости); 4 - тканевый сборник периодического действия; 5 -высокоэффективный центробежный сборник; 6 - мокрый сборник (по min стоимости); 7 - циклон с низким перепадом давления; 8 - высоковольтный электрофильтр для летучей золы; 9 - высоковольтный электрофильтр (по min стоимости)

Рис.2.5. Зависимость стоимости мокрого скруббера C, $/(м3/ч) от расхо-

да воздуха V, м3/ч: 1 - по max стоимости; 2 - по min стоимости

Сравнение на основе имеющихся данных стоимости различных типов установок существенно затруднено из-за различных рабочих характеристик установок. Между тем, для систем утилизации взвешенных частиц оно было выполнено с использованием КПД по целому ряду газоочистных установок применительно к стандартной пыли. При этом были разработаны расценки для некоторых установок производительностью 100000 м3/ч при 20°C запы-ленностью газового потока порядка 11.5 г/м3. Данные по капитальным вло-жениям и эксплуатационным расходам приведены в табл.2.6-2.7. Скидка на амортизацию составляет 10 % в год от начального капитала.

Page 34: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Таблица 2.6 Стоимость оборудования для сухого пылеулавливания (100 тыс. м3/час или 30 м3/с при 20°С, пылеунос 11.5 г/м3)

Общая стои-мость

№ Оборудование

Степень

очистки,

%

Капитальные

затраты

, $

Средний

перепад

давления

, Па

Стоим

ость

электро-

энергии,

$/год

Ремо

нтны

е расходы

, $/год

Общ

ие

текущие

затраты

, $/год

Возмещение

капитала

, $/год

$/год

$/м3 /ч

1 Инерционные пы-лесборники

58.6 26200 420 1850 240 2120 2620 4730 0.047

2 Циклоны: • со средней степе-нью очистки;

• ячеистые с малым сопротивлением;

• с высокой степе-нью очистки;

• трубчатые

65.3

74.2

94.2

93.8

18000

32400

36800

39200

920

350

1230

1080

4050

1580

5420

4750

144

144

144

144

4200

1730

5550

4950

1900

3240

3680

3980

6100

4960

9250

8900

0.061

0.050

0.093

0.089

3 Электрофильтры 99.0 177000 230 2400 960 3360 17700 21000 0.211 4 Тканевые фильтры:

• со встряхивателем; • низкоскоростные; • обратного хода

99.7 99.8 99.9

125000 115000 175000

625 500 750

4490 4050 9500

7700*)

7200*)

14400

12100 11300 24000

12500 11500 17500

24600 22800 41500

0.246 0.228 0.415

*) Мешки меняют дважды в год; **) Мешки меняют один раз в год

Page 35: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Таблица 2.7 Стоимость оборудования для мокрого пылеулавливания (100 тыс. м3/час или 30 м3/с при 20°С)

Общая стоимость №

Оборудование

Степень очистки,

%

Капи-тальные затраты,

$

Средний перепад давления,

Па

Стоимость электро-энергии,

$/год

Потреб-ление воды,

кг/103 м3

Стоимость воды, $/год

Ремонт-ные рас-ходы, $/год

Общие текущие затраты,

$/год

Возмеще-ние капи-тала, $/год

$/год $/м3/ч

1 Струйный ударный скруббер

87.9 72000 200 9000 160 336 770 10100 7200 17300 0.173

2 Орошаемый циклон 91.0 45000 98 4870 800 1580 384 6850 4500 11300 0.113 3 Самоиндукционный

струйный обеспыливатель 93.6 50400 153 6750 120 264 504 7540 5040 12600 0.126

4 Оросительная колонка 94.5 105000 35 5720 3600 7930 770 14400 10600 25000 0.250 5 Скруббер:

• с кипящим слоем • башенный

95.0 97.9

40000 62400

0.60 153

3720 6950

2900 600

6120 1320

1200 768

11000 9000

4000 6240

1500015300

0.150 0.153

6 Дезинтегратор 98.5 103000 - 54300 1000 2040 504 57000 10300 67200 0.672 7 Орошаемые электрофильт-

ры 99.0 228000 215 2660 500 1080 1010 4750 22800 27600 0.276

8 Скруббер: • Вентури с низким

энергопотреблением; • Вентури со средним

энергопотреблением; • круглого сечения со

средним энергопо-треблением;

• Вентури с высоким энергопотреблением

99.5

99.7

99.8

99.9

77000

82000

82000

89000

310

500

510

790

14100

22600

23200

35800

1400

1400

1400

1400

2900

2900

2900

2900

770

770

770

770

17700

26300

27000

39900

7700

8150

8150

8900

25500

34400

35000

50400

0.255

0.344

0.350

0.504

Page 36: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

2.3. УСТРОЙСТВА ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ ГАЗОВ

Устройства подавления выбросов газообразных загрязняющих ве-ществ можно разделить на две большие группы:

• для разложения примесей (перевода их в менее токсичные соедине-ния);

• для их улавливания. К устройствам для разложения относятся термические и каталитиче-

ские дожигатели, факелы и иное оборудование, где вещества, например, смеси органических соединений, должны быть окислены до CO2 и H2O.

К этой же группе можно отнести и системы биохимической очистки газовых выбросов.

Улавливающие устройства применяют в тех случаях, когда примеси достаточно ценны и имеет смысл рециркулировать их или продавать. В эту группу входят устройства для адсорбции, абсорбции, а также конден-саторно-вымораживающие системы.

2.3.1. Термические дожигатели

Дожигатели прямого огня – наиболее простые и удобные устройст-ва, обычно представляющие собой узкую трубу с огнеупорным покрыти-ем, в которой имеется газовая или нефтяная горелка. Отходящие газы смешиваются с воздухом и топливом, поджигаются инициирующим пла-менем и переносятся к выходу, окисляясь в идеале до CO2 и H2O. Далее продукты сгорания, как правило, проходят через рекуперативный тепло-обменник, где часть тепла утилизируется для предварительного подогоре-ва поступающего на сжигание потока или используется в иных целях. Экспериментально показано, средняя эффективность дожигания органиче-ских соединений 98 и 99 % в типичном загрязненном потоке достигается при температурах соответственно 1040 и 1260 К.

Стоимость дожигателей обычно оценивают в функции объема V ка-меры сгорания, м3:

,Θ⋅= QV (2.28)

где Q – объемный расход отходящих газов, м3/с; Θ – время пребывания в дожигателе, с. Зависимость стоимости от объема камеры выражается двумя сле-

дующими соотношениями, справедливыми при объемах камеры 1.42÷284 м3:

• для 1040 К );)7.11(ln0896.0exp( 2703.0 −⋅⋅≈ − VVC (2.29) • для 1260 К .)7.11ln098,0exp( 2721.0 −⋅⋅≈ − VVC (2.30)

Page 37: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Помимо стоимости камеры сгорания, необходимо учесть также стоимость трубопроводов, проводки, горелки и футеровки. При этом в смету не входит стоимость приборов.

Стоимость рекуперативных теплообменников также рассчитывают на основе геометрического параметра – поверхности теплообмена As, м2. Поверхность определяют, используя стандартное соотношение теплопере-дачи:

,1071.2 3

im

q

s TUA

Δ⋅⋅

=⋅−

(2.31)

где q – теплообмен между входящим и выходящим потоком газа, Дж/с; U – общий коэффициент теплопередачи, Дж/(см2⋅с⋅К);

ΔTim – среднелогарифмическая разность температур, К. Поскольку теплообмен происходит между двумя объемами газа,

значения U обычно малы и составляют от 0.003 для теплообменников по-перечного тока до 0.018÷0.024 для теплообменников с U-образными труб-ками.

Зависимость стоимости рекуперативных теплообменников от вели-чины As имеет вид:

].)18.1(ln062.0exp[ 244.0 −⋅⋅= ss AAC (2.32)

Это выражение применимо при площади теплообмена 18.8÷4700 м2. Несмотря на важное значение величины капитальных затрат, наи-

больший вклад в текущую стоимость дожигателя (до 80 %) вносит топли-во. Расходы на топливо зависят от его цены, температуры на входе и вы-ходе, скорости течения отходящих газов и эффективности дожигания. Пренебрегая потерями тепла и нагревом за счет сгорания загрязняющих веществ, а также полагая, что количества воздуха в отходящих газах дос-таточно для сжигания и эффективность сгорания составляет 100 %, можно получить выражение для расхода топлива F в дожигателе:

,)]([

)(

0

0

∑∋∀

−⋅−Δ−⋅

=

Jjfiif

inii

TTcmHTTch

F (2.33)

где ni – поток через дожигатель, моль/ч; cni и cmj – средняя теплоемкость соответственно входящего потока и

продуктов сгорания, Дж/(моль⋅К); ΔHf – теплотворная способность топлива, Дж/моль;

mi – выход продуктов сгорания j ,моль/моль топлива; Ti, T0 и Tf – соответственно температура на входе, на выходе и температура

топлива.

Page 38: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Поскольку воздух для горения берется извне, то при необходимости точных расчетов учитывается, что объемная скорость течения после сго-рания больше на количество добавленного горючего

∑∋∀

+=Jj

ji mnn0 (2.34)

и размер камеры оценивается по n0, а не по ni. В энергию, потребляемую дожигателями, входит также электроэнер-

гия, необходимая для работы вентилятора. Величина потребления энергии пропорциональна перепаду давления на дожигателе, который, в свою оче-редь, зависит от степени рекуперации тепла:

Степень рекуперации тепла, % 0 30 50 70 Перепад давления, кПа 0.5 1.5 2.0 2.5

Кроме теплообменников, вспомогательное оборудование, исполь-зуемое с дожигателями, включает систему всасывания, вентиляторную подсистему и дымовую трубу.

2.3.2. Каталитические дожигатели

Каталитические дожигатели очень близки к термическим по конст-рукции и эксплуатации. Как и в дожигателях, горючие органические и другие примеси окисляются здесь в идеале до CO2 и H2O; при этом ис-пользуется изменяющееся количество дополнительного топлива в камере сгорания. Однако в отличие от термических систем при использовании ка-тализатора возможно значительное снижение температуры горения до 366÷643 К против 1040÷1260 К для сжигания в пламени. Единственный недостаток состоит в том, что активные центры катализатора могут быть отравлены примесями газового потока, например, свинцом, галогенами, сухими дисперсными частицами и т.д.

Количество требуемого катализатора и его цена являются функцией объемного расхода газа и желаемой эффективности дожигания. Оно ко-леблется в пределах 0.03÷0.12 м3 на 1 м3/с потока. Однако цена, отнесен-ная к единице скорости потока, практически постоянна. Заметим, что стоимость катализатора, необходимого для обеспечения 99 % эффектив-ности, почти вдвое больше его стоимости при 90 % эффективности.

Катализатор изнашивается, и его следует заменять. Средний срок службы – три года (вместе с тем, рекомендуется оценивать срок службы катализатора для каждого конкретного случая). Дополнительные расходы, связанные с заменой катализатора Cз, подсчитывают следующим образом:

,0 ФВКЦСз ⋅= (2.35)

где Ц0 – первоначальная цена катализатора;

Page 39: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

ФВК – фактор возмещения капитала (см. раздел 2.2.7). Стоимость каталитического дожигателя, оснащенного проводкой,

трубопроводами, горелкой и контрольно-измерительными приборами, свя-зана с объемом очищаемого потока выражением:

])6.7(ln622.0exp[ 2+⋅⋅≈ QQCRD (2.36)

при условии 0.236 < Q < 47 м3/с. Совместно с каталитическими и пламенными дожигателями приме-

няют теплообменники-рекуператоры одних и тех же типов. Их стоимость рассчитывают по уравнению (2.32).

Для расчета потребности в топливе используют уравнение (2.33). При этом величина T0 в присутствии катализатора значительно ниже.

Таким образом, стоимость систем сжигания газов зависит от их сложности.

В табл.2.8 и 2.9 приведена типичная стоимость систем, данные о ко-торых опубликованы в печати. По этим таблицам можно подсчитать капи-тальные затраты на установку сжигания газа. Однако при общей оценке капиталовложений и эксплуатационных расходов (табл.2.9) следует учи-тывать, что в целом расходы на установку и эксплуатацию устройств с те-плообменниками намного меньше, чем на основные действующие уста-новки, несмотря на их высокую исходную стоимость.

Таблица 2.8 Стоимость установки сжигания газа, $/(м3/ч)

Термическое сжигание

Каталитическое сжигание Тип газов

оу оу+т оу+т+р оу оу+т оу+т+рИз печи для покрытия металла • 210°С, 8500 м3/ч • 150°С, 7700 м3/ч

1.50

2.84

-

1.75

3.40

-

На выходе из сушилки • 180°С, 10000 м3/ч

1.56

2.23

-

2.15

3.20

3.00

Содержащие растворитель• 180°С, 17000 м3/ч • 290°С, 17000 м3/ч

1.16 1.13

1.39 1.32

1.93 1.90

1.33 1.33

1.65 1.65

- -

Отработанные, содержа-щие фталевый ангидрид • 67°С, 40000 м3/ч

-

-

1.85

-

1.97

-

оу – основная установка; т – теплообменник; р – рекуператор

Page 40: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Таблица 2.9 Сравнение эксплуатационных расходов на установках термического и каталитического сжигания (10000 м3/ч) и на установках, включающих

теплообменники и рециркуляцию горячего газа Термическое сжигание

Каталитическое сжигание Тип газов

оу оу+т оу+т+р оу оу+т оу+т+рОбщие капиталовложения, $/м3/ч

15700 22500 22500 21600 31600 29800

Эксплуатационные расхо-ды, $/ч

1.57 2.25 2.25 2.16 3.16 2.98

Амортизация • катализатора • теплообменника • прочие

- -

0.31

-

0.26 0.27

-

0.26 0.27

0.54

- 0.30

0.54 0.29 0.30

0.54 0.29 0.38

Мазут 6.55 3.57 3.57 1.51 0.30 0.70 Электроэнергия 0.11 0.32 0.32 0.11 0.32 0.32 Процент на капитал (4 %) 0.12 0.18 0.18 0.17 0.26 0.24

ВСЕГО: 7.09 4.60 4.60 2.63 2.01 2.30 Экономия от подогрева сушилки

7.09 4.60 2.10 2.63 2.01 -0.20

Чистая стоимость, $/1000 м3/ч

0.79 0.46 0.21 0.26 0.20 -0.02

оу – основная установка; т – теплообменник; р – рециркуляция

2.3.3. Факелы

В отличие от других устройств для сжигания факелы обычно приме-няют в случае периодических потоков или аварийных ситуаций, а не для постоянных выбросов. Это исключительно простые устройства, представ-ляющие собой горелки со встроенной камерой сгорания.

Различают факелы двух основных типов: • возвышенные; • закрытые наземные.

В первом случае факел и вспомогательные устройства располагают на вершине трубы (свободно стоящей или опирающей на поддерживаю-щие конструкции). Цель такого расположения – обеспечение безопасности и уменьшение шума. Необходимое дополнительное оборудование, помимо традиционных газоходов, систем всасывания и вентиляторной подсисте-мы, включает также обратный клапан, предотвращающий затекание воз-духа в трубу, отсечной резервуар для удаления унесенной жидкости и сис-тему зажигания.

Возвышенные факелы бывают трех типов:

Page 41: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

• дымные; • бездымные; • эндотермические.

Использование тех или иных зависит от типа и теплоты сгорания сжигаемого материала.

С помощью закрытых факелов можно сжигать и газообразные и жидкие отходы. Такие факелы более гибки в отношении безопасности, эксплуатации и утилизации энергии. Они состоят их нескольких горелок; для сжигания материала служит футерованная камера или открытая яма. Наземные факелы, не нуждаясь в трубах и поддерживающих конструкци-ях, требуют, вместе с тем, бóльших капиталовложений из-за большей сложности конструкции, что отчасти компенсируется меньшей потребно-стью в объеме услуг.

Цена факелов зависит от конструкции, высоты возвышения и, боль-ше всего, от объемной скорости потока отходящих газов М, обычно выра-жаемой в килограммах в час:

].)95.7(lnexp[ 2+⋅⋅= MbMC aф (2.37)

Выражение (2.37) пригодно при 113 ≤ M ≤ 11300 кг/час. Значения параметров a и b приведены в табл.2.10.

Таблица 2.10 Значения коэффициентов в уравнении (2.36)

Тип факела a b Закрытый наземный факел: • высокалорийный этилен • низкокалорийный (2.25 МДж/м3)

-0.105 1.070

0.0296 -0.0314

Возвышенный факел: • высокалорийный этилен • низкокалорийный (2.25 МДж/м3)

0.398 0.256

0 0

Стоимость возвышенных факелов должна включать также стои-мость лестниц, платформ, а также трубы достаточной высоты, обеспечи-вающей максимально допустимый уровень теплового излучения на по-верхности земли (для США – 4780 Дж/(м2⋅с)).

Расходы на эксплуатацию факелов очень велики из-за значительных количеств природного газа (в случае бездымных факелов) и пара. Стои-мость энергии, потребляемой вентилятором, также может оказаться высо-кой, поскольку общий перепад давления на газоходе, отсеченном резер-вуаре, трубе и самом факеле может достигать 15 кПа.

Потребность в природном газе для работы и продувки наземных фа-келов может быть оценена в функции расхода отходящего газа:

Page 42: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

].)95.7(ln0306.0exp[375.1 2363.0 +⋅⋅⋅= − MMCнф (2.38)

где Cнф - потребность в энергии газа, ТДж/год. Это выражение пригодно для отходящих газов любой природы, по-

скольку наземные факелы не требуют дополнительного вспомогательного топлива.

Возвышенные факелы требуют вспомогательного газа. Ниже приве-дено уравнение, характеризующее потребность в газе (ГДж/год), включая расход его на продувку, а также расход зажигательной горелкой для газа низкой калорийности:

.31.2 934.0МСвф ⋅= (2.39)

Оба уравнения (2.38) и (2.39) получены в предположении, что про-должительность работы факелов составляет 880 час/год, и применимы в том же диапазоне расходов отходящего газа, что и уравнение (2.37).

Наконец, для бездымных факелов и других систем, требующих ин-жекции пара, потребление пара можно оценить цифрой 0.4 кг/кг отходя-щего газа.

2.3.4. Газовые абсорберы

Газовая абсорбция особенно эффективна для удаления загрязнений с относительно низкой концентрацией (около 3 об.%).

Главным элементом газового абсорбера (скруббера) является аб-сорбционная колонна, которая может быть полой или заполненной насад-кой (кольца Рашига, прокладки Берля, кольца Полла и т.п.). В некоторых колоннах могут устанавливаться лотки (решетчатые лотки, колпачковые тарелки и т.п.).

При абсорбции примесей из газовоздушной смеси очищаемый газ обычно поступает снизу колонны и контактирует с жидкостью, стекающей вниз. Очищенный поток выходит сверху, а растворитель поступает в ре-зервуар или разгоночную колонну, где уловленное вещество удаляется в более концентрированном или более доступном виде. Хотя используются и тарелочные, и насадочные колонны, последние применяются гораздо шире. Так или иначе, конструкция любого типа характеризуется одним и тем же набором параметров: диаметром колонны, перепадом давления, числом единиц переноса (теоретических тарелок) и высотой единицы пе-реноса.

Диаметр колонны зависит от скорости потока, плотности жидкости и газа, типа насадки, вязкости жидкости и обычно определяется эмпириче-ски.

Высота и необходимое количество насадки определяется числом и высотой единицы переноса:

Page 43: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

,η+⋅= ogogc NZH (2.40)

где Zog – высота единицы переноса, м; Nog – число единиц переноса, так, что Zog⋅Nog равно высоте слоя насадки,

м; ηe – добавочная высота для отделения газа от жидкости, профилакти-

ки, осмотра и т.п., обычно составляющая 0.6÷0.9 м плюс 1/4 диа-метра колонны.

Параметр Nog включает интенсивные переменные, определяющие эффективность переноса (захвата), в то время как Zog относится к интен-сивным переменным (скорость течения и размеры). В целом:

,)9(

311.0 5.0gg

gog

JGZ

Λ⋅⋅⋅

⋅⋅=

ρ

μαγ

β (2.41)

где α, β и γ – параметры насадки, см; G и J – избыточные скорости течения газа и жидкости через колонну,

кг/(ч⋅м2); μg – вязкость газа, Па⋅с; ρg – плотность газа, кг/м3; Λg – коэффициент диффузии газа, м2/с.

Для большинства задач, связанных с улавливанием загрязнений, Nog можно рассчитать следующим образом:

,1

1ln

22

21

m

m

m

m

m

m

og

JGm

JGm

xmуxmу

JGm

M⋅−

⋅⋅

⋅−⋅−

⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ⋅−

= (2.42)

где m – наклон кривой равновесия примесь/растворитель; Gm и Jm – избыточные молярные скорости течения жидкости и газа соот-

ветственно, моль/(ч⋅м3); y1 и y2 – мольные доли на «концентрированном» и «разбавленном» кон-

цах колонны соответственно; x2 – мольная доля примеси на «разбавленном» конце колонны. Когда диаметр и высота колонны, а также высота слоя насадки рас-

считаны, можно определить цену абсорбера Ца:

,трнлпка ССССЦ +++= (2.43)

где Cк – стоимость куба; Cлп – стоимость лестниц и платформы; Cн – стоимость насадки;

Page 44: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Cтр – стоимость трубопроводов. Опубликован краткий и точный метод определения стоимости 2-х

первых позиций. Так, существует зависимость между стоимостью верти-кальной колонны и массой ее корпуса:

],)95.7(ln023.0exp[375.1 2183.0 +⋅⋅⋅= cск WWC (2.44)

где Wc – масса корпуса, кг и 193 ≤ Wc ≤ 445000. Кроме стоимости корпуса, это уравнение учитывает стоимость лю-

ков, юбки и окраски, которую осуществляет производитель. Массу колонны рассчитывают по высоте Hc, диаметру Dc и толщине

стенок (Tc) колонны:

,)8116.0( cccccc TDHDW ρπ ⋅⋅⋅+⋅= (2.45)

где ρc – плотность углеродистой стали, кг/м3. Величина Tc, в свою очередь, является в общем случае сложной по-

луэмпирической функцией внешнего давления, ветровой нагрузки и до-пуска на коррозию. Между тем, чаще всего абсорбция протекает при дав-лении, близком к атмосферному, и толщина стенок 6.35÷12.7 достаточна.

Расчет стоимости лестниц и платформ прост:

.707.0740.0cлп HDС ⋅≈ (2.46)

Указанная зависимость выполняется в диапазоне отношений диа-метр (м)/высота (м) от 0.9/8.1 до 6.3/12.

Стоимость насадки оценивается по ее объему:

,4

2

ogogн NZDС ⋅⋅=π (2.47)

Вследствие специфичности трубной обвязки дать обобщенное вы-ражение для ее стоимости нельзя.

Кроме обычного вспомогательного оборудования – системы засоса, газоходов, вентиляторов – абсорберы требуют насосных подсистем для подачи и улавливания жидкости, а также для рециркуляции обогащенного растворителя. Стоимость этих насосов зависит от потока жидкости и на-пора. Последний определяется в основном высотой колонны. Обычно дос-таточен напор, равный 0.3 МПа.

Кроме стоимости оборудования в исходные капитальные затраты необходимо включить также стоимость начальной заливки растворителя, а в эксплуатационные – стоимость последующих доливок для компенсации потерь.

Page 45: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Услуги для работы абсорберов включают расход электроэнергии вентиляторами и насосами, который можно оценить по величине мощно-сти указанных устройств с использованием формулы (2.8).

Стоимость абсорбционной колонны и сборников при ней можно также рассчитать по массе металла (см. рис.2). К вышеупомянутой стои-мости необходимо добавить стоимость металлических лестниц, площадок обслуживания и поручней, как это указано в табл.2.10, а также стоимость внутренних перегородок или фильтрующих элементов, если они приме-няются (расчет их стоимости дан на рис.5-7).

Рис.2.6. Стоимость (закупочная це-на - Ц, $/тарелку) тарелок для абсорбционных колонн:

1 - колпачковые стальные тарелки; 2 - перфорированные тарелки из нержавею-щей стали; 3 - штампованные турборе-шетчатые тарелки из нержавеющей стали.

Рис.2.7. Стоимость (закупочная це-на - Ц, $) колонн с насадкой из седел Берля:

1 - диаметр колонны d = 610 мм; 2 - d = 460 мм; 3 - d = 300 мм; 4 - d = 150 мм (сплошные линии - седла Берля 25 мм; пунктирные - то же - 50 мм).

Таблица 2.11 Стоимость вспомогательного оборудования колонны

Масса оборудования для типичной колонныТип оборудования

Стоимость, $/кг Диаметр колонны, м Масса, кг

Площадки обслуживания, поручни

0.70 1.2 1.8 2.4 3.0

770 1050 1280 1550

Лестница 0.70 42 кг на 1 м высоты

Page 46: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Рис.2.8. Стоимость (закупочная цена - Ц, $) абсорбционных колонн с на-садкой из колец Рашига:

а - стальные кольца Рашига 25×25×19 мм (сплошные линии) и 50×50×19 мм (пунктир-ные линии); б - керамические кольца Рашига 25×25×13 мм (сплошные линии) и 51×51×6.4 мм (пунктирные линии); 1 – диаметр колонны d = 610 мм; 2 - d 0 = 460 мм; 3 - d = 300 мм; 4 - d = 150 мм.

Общую закупочную стоимость колонн как расходы, связанные с из-готовлением и монтажом абсорбционного оборудования, можно оценить по данным, представленным на рис.2.9.

Рис.2.9. Расходы (Р, центы/кг) и трудозатраты (Т, ч) на изготовление и

установку оборудования в зависимости от расхода отходящих газов, V, м3/час:

1 - колонны из углеродистой стали; 2 - баки из углеродистой стали; 3 - затраты на мон-таж баков (в человеко-часах).

Page 47: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

2.2.5. Угольные и иные адсорберы

Адсорбция и абсорбция аналогичны друг другу, поскольку и в том, и в другом случае для улавливания веществ используется процесс массопе-реноса. Однако при абсорбции вещество растворяется в растворителе, а при адсорбции захватывается пористым адсорбентом и удерживается ме-ханически и физико-химически. В качестве адсорбента чаще всего исполь-зуют активированный уголь, хотя в ряде случаев применяют и другие ма-териалы, например, силикагель.

Стоимость сорбционных систем, в которых используются твердые сорбенты, складывается (помимо стоимости вспомогательного оборудова-ния) из стоимости пустой колонны (см. например, рис.2.9) и стоимости фильтрующих элементов.

Движущей силой адсорбции является парциальное давление паров примеси Pv в отходящем потоке. Чем выше давление паров, тем больше емкость адсорбента в насыщении (ЕАН). Равновесное соотношение между давлением пара и емкостью при данном давлении (изотерма адсорбции) выражается уравнением:

,bvPaЕАН ⋅= (2.48)

где a и b – коэффициенты для пары вещество сорбент (например, для пары толуол-уголь при 105 Па и 294.5 К: a = 0.132, b = 0.171).

Повышение температуры снижает емкость, а повышение давления увеличивает ее.

При проектировании адсорбции принято вводить фактор запаса к теоретической емкости, чтобы учесть возможные отклонения от равнове-сия при работе. Этот фактор может меняться в широких пределах, но зна-чение 0.5 является типичным. Величина РЕА = 0.5⋅ЕАН называется рабо-чей емкостью сорбента.

Таким образом, необходимое количество сорбента можно опреде-лить делением массового расхода примеси (кг/ч) на величину РЕА.

Однако, чтобы определить общее количество сорбента нужно полу-ченное частное умножить на число адсорберов в системе, так как необхо-димо как минимум 2 адсорбера. В то время как один улавливает примесь, другой, уже насыщенный, регенерируется (обычно противотоком горячего воздуха или пара). Данный процесс должен быть технически рационален и экономически выгоден, поскольку замена фильтрующего материала – одна из наиболее существенных статей эксплуатационных расходов. Время ре-генерации (десорбции) обычно меньше времени адсорбции (времени меж-ду включением адсорбера в линию и достижением насыщения), однако может быть и больше, и тогда, возможно, потребуется три адсорбера. Вме-сте с тем, если при проектировании брать за основу большее из этих вре-мен, то все же можно предусматривать двухаппаратную систему, т.е.:

Page 48: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование
Page 49: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Масса сорбента – параметр для определения стоимости адсорбера. В зависимости от размера адсорберы изготавливают в виде одноразового модуля или перезаряжаемого аппарата. Первые (вмещающие до 4500 кг сорбента) чаще всего используются в маломасштабных промышленных процессах, вторые (с большей вместимостью) – в крупномасштабных. При этом стоимость

• адсорберов-упаковок:

;481.0WаC уп ⋅= (2.51)

• адсорберов-аппаратов:

;371.0WbCап ⋅= (2.52)

Сорбент может быть регенерирован ограниченное число раз, после чего подлежит замене. Стоимость замены сорбента Cу зависит от его ис-ходной цены Cисх, продолжительности службы и величины процентной ставки (фактора возмещения капитала ФВК):

.ФВКСС исху ⋅= (2.52)

Рассчитанная с учетом фактора возмещения капитала (фактически разбитая по годам) стоимость замены сорбента должна составлять часть годовых текущих издержек. Исходная (первичная) партия сорбента обыч-но включена в сумму капиталовложений.

Типичный срок службы сорбента – 5 лет. В качестве адсорбента наиболее широко используется активирован-

ный уголь, получаемый из угля и дерева и выпускаемый в виде различных сортов. Некоторые, лучшие по качеству, с высокоразвитой поверхностью получают из скорлупы кокосового ореха. В целом, цена 1 кг активирован-ного угля составляет от $0.80 до $2.00 в зависимости от его качества, и этот оборотный капитал может составлять значительную долю от стоимо-сти всей установки.

В табл.2.13 приведена средняя ориентировочная стоимость некото-рых материалов, традиционно используемых в качестве адсорбентов.

Таблица 2.13 Стоимость некоторых адсорбентов

Материал Стоимость, $/м3

Силикагель 1650 Активированный уголь 890 Оксид алюминия 710 Дробленый известняк 195 Кокс 90

Page 50: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Адсорбционные системы требуют следующих услуг при эксплуата-ции:

• пара, необходимого для нагрева уловленного вещества до точки ки-пения и испарения, а также для нагрева угля, аппарата и т.д. Практи-ка показывает, что расход пара составляет около 4 кг на 1 кг улов-ленной примеси. Стоимость пара существенно зависит от того, гене-рируется ли он на предприятии или покупается со стороны;

• воды для охлаждения конденсаторов. Потребность в воде пропор-циональна потребности в паре, поскольку она отражает количество тепла, выделившегося при конденсации парогазовой смеси. Необхо-димое количество воды зависит также от ее исходной температуры (требуемого перепада температур), типа средств охлаждения и др. При типичных значениях перепада температур 11 К расход воды со-ставляет 60 кг на 1 кг пара;

• энергии для преодоления перепада давления на адсорбере и других узлах системы. Особо отметим, что на стоимость услуг и других позиций сущест-

венно влияет рециркуляция или продажа уловленного продукта. Во мно-гих случаях такое возмещение затрат может значительно перекрыть стои-мость эксплуатации, т.е. адсорбер принесет доход. Нужно, однако, пом-нить, что это бывает далеко не всегда, даже если известно, что уловленный продукт ценен. Поэтому доход от адсорбера должен быть сопоставлен с другими факторами – доступностью капитала, рыночной конъюнктурой сбыта уловленного продукта и возможностями иных вариантов вложений капитала.

2.2.6. Биохимическая очистка газов

Очистка газов, содержащих органические примеси, биохимическим методом основана на том, что для некоторых видов бактерий эти примеси служат элементом питания и разрушаются при этом в идеале до углеки-слого газа и воды. Исходный засевный слой чаще всего составляют штам-мы Zoogloea ramigera и Pseudomonas oleovorans.

Способ подавления выбросов при помощи микроорганизмов в отли-чие от биологической очистки сточных вод начал использоваться относи-тельно недавно. Это обстоятельство, а также то, что метод довольно ка-призен (в первую очередь из-за чувствительности к изменению температу-ры), обусловили (несмотря на то, что он, несомненно, перспективен) не слишком широкую его применяемость и, как следствие, скудность сведе-ний об экономической эффективности.

В сущности, стоимостные оценки содержатся лишь в проспектах не-которых фирм, выпускающих базовые аппараты для биохимической очи-стки отходящих газов – биоскрубберы и биофильтры.

Page 51: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

В биоскрубберах активная биомасса (активный ил) находится во взвешенном состоянии за счет пропускания через нее загрязненного воз-духа. Загрязняющие компоненты улавливаются водной фазой и подверга-ются микробиологическому разрушению.

В биофильтрах очищаемый газ пропускают через слой насадки, ко-торая представляет собой инертный материал (почва, торф, искусственные материалы) с иммобилизованными на нем клетками микроорганизмов. Для создания необходимой влажности, достаточной для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов, насадка орошается водой.

Российское НПТП «Абриохим» опубликовало (табл.2.14) подроб-ную смету разработки, изготовления и поставки установки производи-тельностью 200000 м3/ч (в ценах на 01.11.91).

Таблица 2.14 Смета расходов на проектирование и поставку установки биологической

очистки газов (1991 г.)

№ Наименование этапа работ Цена, тыс.руб.

1 Предпроектные исследования: • идентификация состава промгазов • проект привязки биореактора к существующей сис-теме отвода газов

• разработка конструкторской документации на био-реактор

• выделение штаммов-деструкторов • лабораторные исследования газоочистки в модель-ных условиях, исследования иммобилизации штам-мов на носителях

• создание банка данных по биологической очистке • разработка технологического регламента

5

20

25

10 25

10 15

2 Изготовление биореактора 50÷80 3 Поставка иглопробивного материала:

• за 1 т • для одного биореактора

2

0.5 4 Поставка насосов, за 1 шт. 10 5 Наработка биомассы, за 1 кг 2 6 Экологическая экспертиза 15÷20 7 Авторский надзор:

• при монтаже и пуске • за эксплуатацией (в течение 3 лет)

20 30

ИТОГО: 239.5÷269.5

Page 52: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Известно, что для биоскрубберов, выпускаемых в Германии, капи-тальные вложения на установку с подачей воздуха 30000 м3/ч составляют 250000 €, а эксплуатационные расходы – 5 €/ч.

Голландская фирма «Bioton» поставляет системы биохимической очистки выбросов с объемным расходом 75000 м3/ч стоимостью 2.4 млн.ЭКЮ.

В немецкой литературе приводится также сравнительная характери-стика стоимости газоочистного оборудования (табл.2.15).

Таблица 2.15 Сопоставление стоимости различных методов газоочистки 1000 м3/ч

Способ очистки Капитальные вложения, €/1000 м3/ч

Эксплуатационные расходы,

€/1000 м3/ч Термоокисление 75000 0.7÷0.9 Каталитическое разложение 85000 0.6÷0.8 Адсорбция 45000 0.3÷0.5 Абсорбция 47500 0.4÷0.5 Озонирование 45000 0.2÷0.3 Биоскруббер 40000 0.1÷0.3 Биофильтр 35000 0.1÷0.3

Приведенные данные позволяют с использованием методики пере-счета по производительности установок (см. Часть 1) оценить стоимость биохимической очистки выбросов.

Page 53: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном пособии стоимость воздухоохранного оборудования по возможности выражалась с помощью уравнений, а не графических зави-симостей. Это сделано по трем причинам: во-первых, уравнения более удобно использовать и при желании можно заложить в компьютер, во-вторых, графики, особенно в логарифмическом масштабе, трудно читать и интерполировать и, наконец, в-третьих, в стоимостные уравнения легче внести поправки на рост цен. Вместе с тем, представленные в пособии таблицы и графики, на наш взгляд, удачно дополняют аналитические стоимостные уравнения.

Следует также отметить, что приводимые оценки, как правило, не учитывают стоимость проектирования. Однако нужно иметь в виду, что расходы на проектирование чаще всего заложены в стоимость поставки оборудования.

Разумеется, любой анализ экономической, в том числе эколого-экономической, эффективности базируется на определении соотношения «затраты-выгоды». Как показывает практика, специалисты чрезвычайно квалифицированно умеют исчислять затраты. Выгоды же чаще всего ос-таются заниженными, поскольку не включают целый ряд составляющих. Очень часто специалисты, особенно работающие непосредственно на про-мышленных предприятиях, под выгодами подразумевают лишь уменьше-ние размеров платы за негативное воздействие на ОС или штрафных санк-ций со стороны контролирующих органов. В то же время остаются неуч-тенными выгоды, реализующиеся для общества в форме снижения расхо-дов, связанных:

с уменьшением смертности, заболеваемости и затрат на медицин-ское обслуживание людей;

компенсацией потерь чистой продукции из-за снижения производи-тельности труда, невыхода на работу и повышенного износа и кор-розии основных производственных фондов;

дополнительными услугами коммунально-бытового хозяйства; компенсацией потерь из-за снижения продуктивности природных объектов и агроценозов (например, биомассы рыбы в водоемах, урожайности сельскохозяйственных культур);

сокращением ущерба, наносимого природным ресурсам (лесам, се-нокосам);

увеличением комфорта (например, увеличение прозрачности атмо-сферы – видимости, улучшение цвета воды и т.д.) и др. В ряде случаев внедрение средств защиты окружающей среды позво-

ляет извлечь прямую выгоду непосредственно на предприятии, благодаря

Page 54: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

ценности уловленных отходов, возможности уменьшения санитарно-защитной зоны и т.п.

От уровня умения анализировать выгоды при принятии решений о размещении капитала существенно зависят объемы инвестиций на приро-доохранные цели.

Page 55: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Библиографический список 1. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды.

Учебное пособие для инженера-эколога / Под ред. А.Ф.Порядина и А.Д.Хованского. – М.: НУМЦ Минприроды России, издательский дом «Прибой», 1996.

2. Голуб А.А., Струкова Е.Б. Экономика природопользования». – М.: Ас-пект Пресс, 1995.

3. Нестеров П.М. Экономика природопользования. – М.: Высшая школа, 1984.

4. Страус В. Промышленная очистка газов. – М.: Химия, 1981. 5. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: Справ. изд.: В 2-х

ч. / Под ред Калверта С., Инглунда Г.М. – М.: Металлургия, 1988. 6. Балацкий О.Ф., Мельник Л.Г., Яковлев А.Ф. Экономика и качество ок-

ружающей природной среды. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984. – 190 с. 7. Глушкова В.Г., Макар С.В. Экономика природопользования. – М.:

Гардарики, 2003. 8. Рыночные методы управления окружающей средой: Учебное пособие /

Под ред. Голуба А.А. – М.: ГУ ВШЭ, 2002. 9. Голуб А.А., Струкова Е.Б. Экономика природных ресурсов: учебное

пособие для вузов. М., 2001. 10. Диксон Д. , Скура Л., Карпентер Р., Шерман П. Экономический анализ

воздействия на окружающую среду / Пер. с англ. М., 2000. 11. Лукьянчиков Н. Н., Потравный И.М. Экономика и организация приро-

допользования. М., 2002. 12. Шевчук А.В. Экономика природопользования (Теория и практика). М.:

НИА-Природа, 2000.

Page 56: СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВmain.isuct.ru/files/publ/PUBL_ALL/170.pdf · Технические параметры, влияющие на выбор и проектирование

Никифоров Александр Юрьевич Тростин Александр Николаевич

СТОИМОСТЬ ПОДАВЛЕНИЯ ОТХОДОВ

Часть 1. Общие вопросы Часть 2. Атмосфера

Учебное пособие для студентов специальности 280200

«Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов»

Редактор О.А.Соловьева

Подписано в печать 21.032007. Формат 60×84 1/16. Бумага писчая. Усл. печ. л. Уч.-изд. л. Тираж 200 экз. Заказ

ГОУВПО

«Ивановский государственный химико-технологический университет»

Отпечатано на полиграфическом оборудовании кафедры «Экономики и финансов» ГОУВПО «ИГХТУ»

153000, г.Иваново, пр.Ф.Энгельса, 7.