Основы современной малой энергетики

Образование загрязняющих веществ в технологическом процессе ТЭО, котельных

В системе нормирования вредных выбросов ТЭО в атмосферу рассматриваются следующие токсичные вещества, образующиеся в процессе сжигания топлива:

– окислы азота;

– пятиокись ванадия;

– сернистый ангидрид;

– окись углерода;

– зола;

– бенз(а)пирен;

– другие

Выбросы окислов азота при сжигании природного газа связаны с окислением азота воздуха в высокотемпературном газовом факеле. При сжигании угля определяющим является окисление азота топлива, выделяющегося в начальном участке факела при термическом разрушении связанного азота топлива. Количество выделяющихся окислов азота зависит в значительной мере от организации топочного процесса и может в определенном диапазоне регулироваться технологическими методами.

В состав окислов азота входят: моноокись азота NО (до 95 %), двуокись азота NО2 (около 4-5 %), закись азота и другие окислы. При рассеивании дымовых газов в атмосфере в результате фотохимических реакций и взаимодействия с атмосферным озоном происходит доокисление NO до NO2. Для энергопредприятий степень трансформации NO до NO2 принимается в приземном слое воздуха из общей массы окислов азота, поступающих с дымовыми газами ТЭО и приведенных к NО2, 80 % приходится на долю NО2, около 13 % всей массы окислов азота, достигающих приземный слой воздуха, составляет моноокись азота. В результате такой трансформации существенно возрастает токсичность окислов азота, поскольку ПДКNO = 0,4 мг/м3, для NО2 ПДК = 0,085 мг/м3.

Выделение сернистого ангидрида практически целиком определяется содержанием в исходном топливе соединений серы, поэтому с достаточной точностью оно определяется расчетным путем, исходя из качества и количества используемого топлива. При оценке выбросов SО2 учитывается частичное связывание кальцийсодержащей золой, частичное растворение сернистого ангидрида в орошающей воде систем мокрого золоулавливания (3-8 %); от 1 до 3 % диоксида серы при наличии в дымовых газах избытка воздуха окисляются в газовом тракте котла до серного ангидрида.

Образование окиси углерода в топке связано с несовершенством организации топочного процесса: неравномерным распределением топлива и воздуха по горелкам, неудовлетворительным смесеобразованием в каждой горелке), а также с преднамеренным введением режима с определенным химическим недожогом, который соответствует максимальной экономичности котла (по сопоставлению потерь тепла с недожогом и затрат энергии на тягу и дутье). Статистические данные для отечественных и зарубежных ТЭО показывают значение концентрации окиси углерода и дымовых газов энергетических котлов, работающих на природном газе, в среднем 100 мг/м3, для котлов на твердом топливе – 125 мг/м3, при сжигании мазута с низким избытком воздуха около 250 мг/м3.

Среди вредных компонентов дымовых газов особое место занимает большая группа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) Многие ПАУ обладают высокой канцерогенной и (или) мутагенной активностью, активизируют фотохимические смоги в городах, что требует строгого контроля и ограничения их эмиссии. В то же время некоторые ПАУ, например, фенантрен, флуорантен, пирен и ряд других, физиологически почти инертны и не являются канцерогенно-опасными.

ПАУ образуются в результате неполного сгорания любых углеродных топлив. Последнее имеет место из-за торможения реакций окисления углеводородов топлива холодными стенками топочных устройств, а также может быть вызвано неудовлетворительным смешением топлива и воздуха. Это приводит к образованию в топках (камерах сгорания) локальных окислительных зон с пониженной температурой или зон с избытком топлива.

Вследствие большого количества разных ПАУ в дымовых газах и трудности измерения их концентраций принято уровень канцерогенной загрязненности продуктов сгорания и атмосферного воздуха оценивать по концентрации наиболее сильного и стабильного канцерогена бенз(а)пирина C20H12.

Ввиду высокой токсичности, следует особо отметить такие продукты сжигания мазута, как оксиды ванадия. Ванадий содержится в минеральной части мазута и при его сжигании образует оксиды ванадия VO, VO2. Однако при образовании отложений на конвективных поверхностях оксиды ванадия представлены в основном в виде V2O5. Пентаоксид ванадия V2O5 является наиболее токсичной формой оксидов ванадия, поэтому учет их выбросов производится в пересчете на V2O5.

При сжигании засоленных углей существенное значение приобретает выделение газообразных и аэрозольных соединений хлора.

Выбросы золы твердого топлива зависят от количества зольности потребляемого топлива, а также от совершенства и уровня эксплуатации системы золоулавливания. Оценка выбросов золы в исходный период и на перспективу проводится на основе фактических среднеэксплуатационных показателей золоуловителей, определенных на основе испытаний.

В топке энергетических котлов минеральная часть твердого топлива претерпевает определенные изменения структурного и минералогического порядка:

- улетучивается гидратная вода;

- выгорает пиритная сера;

- окисленные оксиды и пиритное железо окисляются до двуокиси железа FеО3;

- щелочи возгоняются и конденсируются при температурах около 1000 °С.

Таким образом, количество золы, образующейся в топочном процессе, отличается от содержания золы в исходном топливе.

Фракционный состав золы зависит от химического состава золы, способа подготовки топлива к сжиганию, способа сжигания, температуры горения и определяется в каждом случае экспериментальным путем. Для золы, выбрасываемой в атмосферу с дымовыми газами энергетических котлов, принимается ПДК, установленное для инертных взвешенных веществ – 0,5 мг/м3, за исключением тех видов золы, для которых на основе исследований установлено значение ПДК (например, угольная зола с содержанием окиси кальция 35-40 % при содержании частиц до 3 мкм не менее 97 % ПДК= 0,05 мг/м3).

Технологическая схема ТЭО, работающего на твердом топливе с гидротранспортом золошлаков, определяет образование и поступление на золоотвал водорастворимых фтористых, мышьяковых соединений, переходящих в раствор из золошлаков.

В процессе химводоподготовки образуются минерализованные стоки, содержащие в основном соли натрия.

Наряду с рассмотренными выше, постоянно выделяющимися при эксплуатации ТЭО загрязнителями, имеет место периодическое выделение ряда загрязняющих веществ при проведении отдельных технологических операций:

1) кислотные промывки котлов – минерализованные стоки, железо, медь, взвешенные вещества;

2) обмывка наружных поверхностей нагрева котлов, РВП - соединения ванадия, никеля, железа.

Выделение ряда загрязнителей связано при работе ТЭО с типичным повреждением технологического оборудования: наличием неплотностей трубной системы маслоохладителей (поступление нефтепродуктов в охлаждающую воду) и др.

Источником ряда загрязнителей являются ливневые стоки, вымывающие с поверхности промплощадки ТЭО взвешенные частицы, нефтепродукты.

В технологическом процессе ТЭО выделяются вредные вещества в виде неорганизованных выбросов, а также выбросы от мелких источников:

- угольная пыль – вследствие выдувания мелких фракций (менее 10 микрон) из штабелей топливного склада, пыления при разгрузке вагонов, работы аспирационных установок на тракте топливоподачи;

- углеводороды – испарение при сливе и хранении нефтепродуктов (основную часть углеводородов составляют предельные углеводороды), а также выбросы автотранспорта;

- золовые частицы – пыление золоотвалов, установки отгрузки сухой золы потребителям.

Незначительное количество вредных веществ выделяется на вспомогательных производствах – холодная и термическая обработка металлов, сварочные работы, окраска, изоляционные работы, которые не оказывают заметного воздействия на общий баланс вредных выбросов ТЭО в атмосферу и уровень загрязнения природной среды за пределами площадки ТЭО.