10.1 Характеристика викидів
Під час роботи джерел енергії присутні такі фактори шкідливого впливу на навколишнє середовища:
– використання атмосферного кисню та викидання продуктів повного спалювання СО2, Н2О;Для зменшення використання атмосферного кисню та викидання продуктів повного спалювання необхідно:
1) підвищувати ККД обладнання, тобто виробляти теплоту за рахунок спалювання меншої кількості палива;Теплові викиди пов’язані з високою температурою продуктів зго-рання, шлаку, а також ступенем теплоізоляції огороджувальних конструкцій обладнання.
Шум є більш впливовим фактором для котлоагрегатів великої та середньої потужності. При роботі водогрійних котлів малої потужності та опалювальних апаратів шум не перевищує допустимих значень.
Шкідливими викидами в атмосферу під час спалювання палива є:
- частинки незгорілого палива;Відомо, що забруднення атмосферного повітря окислами сірки та азоту, що пов’язані з діяльністю людини, складають лише 7% та 50% від загальної їх кількості, але штучні викиди характеризуються значною нерівномірністю розподілу, тому великим містам та промисловим центрам відповідають найбільші рівні забруднення атмосферного повітря.
Програми та заходи по зменшенню шкідливих викидів при спалю-ванні палива не є збитковими. Оскільки забруднення повітря погіршує стан здоров’я людей, їхню продуктивність праці, знижує продуктивність та плодовитість худоби та птиці, отруює рослини, особливо фруктові, пришвидшує корозію металевих поверхонь в 10...20 разів.
Всі котли та інші паливоспалюючі установки, що сертифікуються в Україні, проходять перевірку по відповідності екологічних показників, в тому числі по концентрації викидів NОх та CO.
Існує чотири основних способи зменшення шкідливих викидів:
– очищення палива та окислювача від складових, що можуть утворювати шкідливі речовини;Під час спалювання палива, а особливо природного газу та біогазу, на перше місце виходять оксиди азоту NOx (NO + NO2).
В атмосфері NO2 (газ червоного кольору) зменшує прозорість повітря та кількість ультрафіолетового випромінювання, що падає на Землю. Це призводить до виникнення „смогів”. Крім того, при наявності озону він окислюється до NO3 і може бути причиною „кислотних дощів".До основних методів придушення утворення NOх можна віднести методи, суть яких полягає у зменшенні температури в зоні горіння і концентрацій реагуючих речовин:
– рециркуляція охолоджених газів;
– двостадійне спалювання палива;
– зменшення коефіцієнта надлишку повітря в топці;
– подавання води або пари в зону горіння;
– перерозподіл теплової потужності між пальниками і вирівнювання температур в топці;
– збільшення тепловіддачі в районі амбразури пальника;
– встановлення двосвітних екранів в топці;
– використання проміжних випромінювачів в топці.
До основних методів очищення газів від NOх відносять:
– амміачно-каталітичне очищення;
– введення аміаку в газохід з температурою 850...1200oС;
– окислення до N2O5, а потім розчинення в воді
Біля 50 % всіх оксидів сірки (SО2, SО3) утворюються при спалюванні палива, в металургії та нафтопереробці, а збитки від таких викидів складають біля 55% від загальних збитків від забруднення атмосфери.
При контакті з водяною парою в атмосфері SО2 та SО3 утворюють сірчану та сірчисту кислоту, що спричиняє погіршення здоров’я людини, зниження прозорості атмосфери, руйнування сталевих конструкцій, зменшення врожайності сільськогосподарських культур.
Найбільші викиди окислів сірки присутні при спалюванні високосірчастого вугілля та мазутів. При роботі на природному газі вміст SО2 у відхідних газах незначний або взагалі відсутній.
Основні методи очищення палива від сполук сірки:
– поглинання Н2S оксидом заліза;
– введення присадок до палива;
– відбракування палив з вмістом сфірки Sр>1%.
Для очищення продуктів згорання від SO2, SO3 використовують такі методи:
– зрошення димових газів в скрубері вапняковим молоком;
– аміачно-циклічний метод;
– вдування в топку СаСО3·МgСО3;
– окислення на ванадієвому каталізаторі;
– окислення озоном;
– содовий або миш’яково-содовий метод.
Як відомо, сажа – тверді частинки розміром 10...350 нм, які містять до 90 % вуглецю. Це є продукт неповного згорання вуглеводневих палив або термічного розкладання вуглеводнів. З одного боку – сажа є корисний продукт, що використовується в хімічній промисловості, поліграфії тощо, з іншого – шкідливий викид в атмосферу. Сажа містить канцерогенні елементи, на її поверхні відбувається перетворення SО2 в SО42- та NОх та NО3-.
В більшості випадків утворення сажі і пов’язаний з цим хімічний та механічний недопал є наслідком особливостей схемно-режимної організації спалювання. Це можливо при суттєвій нестачі окислювача α << 1, або при неякісному перемішуванні палива та окислювача з утворенням локальних зон з α < 1.
З одного боку – із ростом температури зростає швидкість утворення сажі в зв’язку з процесами термічного розкладання вуглеводнів; з іншого – покращується окислення СхНу. Можна вважати, що сажа – проміжний продукт спалювання, оскільки при правильній організації горіння утворені частинки сажі при достатній температурі, присутності окислювача та водню окислюються з утворенням СО та СО2.
Зола – тверді частинки, які утворюються в димових газах внаслідок присутності мінеральних домішок в паливі (зольності палива Ар). При спалюванні рідких і особливо газових палив концентрація золи в газах незначна, в 10...100 разів менша, ніж для твердих палив.
Окис вуглецю СО – високотоксична речовина, яка добре реагує з гемоглобіном, що призводить до отруєння організму. Найбільші викиди супроводжують роботу бензинових та дизельних двигунів та підприємств чорної металургії.
Питомі викиди СО при спалюванні природного газу в котлах малої потужності достатньо високі, в порівнянні з роботою великих котлоагрегатів. Це призводить до суттєвої нерівномірності викидів і збільшення концентрації СО в густонаселених місцях.
Зменшення викидів СО досягається покращенням сумішоутворення та рівномірним розподілом температур в топці. Слід відзначити, що більшість методів придушення утворення NОх призводять до підвищення концентрації СО у відхідних газах. Винятком є методи вприскування води і пари, оскільки введення додаткової кількості Н2О призводить до утворення надлишкових радикалів ОН і покращення окислення СО.
Канцерогенні речовини, що, в основному, виділяються при спалюванні палива можна показати на прикладі бенз(а)пірену С20Н12.
Цей вуглеводень утворюється при різкому охолодженні димових газів під час піролізу метану при температурі більше 600oС
Процеси утворення канцерогенних речовин напряму пов’язані із погіршення якості спалювання та сажоутворенням. Крім того, відомо, що утворення С20Н12 відбувається на поверхні частинок золи та сажі. Викид канцерогенних речовин суттєво залежить від виду палива: при спалюванні природного газу він в 10 разів менше, ніж для твердого палива, а залежність вмісту бенз(а)пірена від надлишку повітря в топці має екстремальний характер, мінімум якого відповідає α ≈ 1,10.
Контрольні запитання
|
|
|