Расчет выбросов загрязняющих веществ

 

    

        (14)

м³/ м³

теоретические объемы продуктов сгорания воздуха:

                     

       (15)

где

- влагосодержание газообразного топлива при расчетной t = 10 °C         

 

                                     

                   (15)

,  м³/м³

,  м³/кг

 м³/кг

     Выброс бенз(а)пирена при сжигании мазута:

        Выброс бенз(а)пирена при сжигании природного газа:

Результаты  расчета показывают, что концентрация бенз(а)пирена при сжигании природного газа ниже концентрации при сжигании мазута, т.е. природный газ является действительно более экологически чистым топливом. То есть, рабочим топливом в котельной должен являться природный газ, в качестве резервного топлива может использоваться мазут или соляра. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 5 СНИЖЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ПРИ РАБОТЕ ОТОПИТЕЛЬНЫХ КОТЕЛЬНЫХ

В последнее  время неослабленное внимание уделяется  вопросам снижения выбросов загрязнителей  при сжигании органических топлив, особое место при этом занимают вопросы  оптимальной организации самого процесса сжигания топлива с точки  зрения экономичности, а также его  экологичности. Обусловлено это тем, что подобный метод борьбы с загрязнителями атмосферы достаточно эффективен и не требует больших капитальных затрат в отличие от методов, предусматривающих очистку топлива или дымовых газов.

Кроме абсолютного  снижения выбросов загрязнителей, большое  распространение получил способ их рассеивания  в окружающем атмосферном  воздухе с целью уменьшения удельных концентраций, не достигающих значений ПДК. Это достигается использованием высоких труб.

Таким образом, в настоящее время имеется  четыре направления борьбы с  загрязнителями приземной атмосферы:

- оптимизация  процесса сжигания топлива;

- очистка  топлива от элементов, образующих  при сжигании загрязняю-

  щие вещества;         

- очистка  дымовых газов от загрязняющих  веществ;

- рассеивание  загрязнителей в атмосферном  воздухе.

 

5.1 Необходимость  оборудования котлов и котельных  КИП и автоматикой

Установлено, что автоматизация процесса горения  повышает КПД котлов на 8 – 10 % . Однако при сжигании твердого топлива в  малых котлах автоматика практически  не применяется. Обусловлено это, прежде всего использованием ручных колосниковых решеток. Более того, подчас отсутствуют  элементарные приборы для контроля за горением (датчики разряжения в топке и за котлом, датчики температуры уходящих газов). Экспериментами было установлено, что отсутствии указанных приборов КПД котлов снижается на 3 – 5%. Кроме того, при значительном превышении разряжения в топке наблюдается резкое увеличение концентрации твердых частиц в продуктах сгорания. Так, снижение КПД котла при повышенном разряжении только за счет уноса на 0,1 – 0,3 % увеличивает концентрацию твердых частиц на 10 – 15 %.  При обследовании котельных было обнаружено, что разряжение в топках в некоторых случаях достигало 130 Па ( 13мм вод. ст.)

Для регулировки  устанавливались противовесы со специальными фиксаторами, позволяющие  с достаточной точностью регулировать разряжение.

 

        5.2 Оптимизация  подачи воздуха для горения

Главным фактором оптимизации подачи воздуха является его качественное смешение с горючим. Для твердого топлива – это  сжигании мелкофракционного топлива  с размером кусков не более 30 – 50 мм, но не пыли, правильная эксплуатация и исправное оборудование, переход на механизированные топки с дроблением топлива перед сжиганием, т.е. применение механизированных котлоагрегатов, которые позволят добиться отсутствия продуктов неполного горения ( СО, сажи, бенз(а)пирена ) при избытке воздуха в топке не менее 2,2 - 2,5. При сжигании жидкого топлива трудно выделить как самостоятельный способ подавления эмиссии загрязнителей регулированием коэффициента избытка воздуха. Необходимо добиваться прежде всего отсутствия химической неполноты сгорания и поддерживать этот  минимальный избыток воздуха. В этом случая будет иметь место более высокая эмиссия   . Опыты показывают, что суммарный показатель токсичности продуктов сгорания будет все же более низким, к тому же это дает и экономический эффект.  При сжигании природного газа для смешения с ним воздуха используется ступенчатый подвод окислителя, который может осуществляться с помощью инжекционных или многофакельных горелок или дутьевых горелок с каналом предварительного смешения.

 

        5.3 Оптимизация  режима работы котла

   Регулировкой  режима работы котла можно  снизить выбросы загрязнений  в атмосферу в периоды предсмоговых ситуаций. Так, работа котлов с 50 – 60 % -ной загрузкой позволяет практически полностью ликвидировать выбросы продуктов химической неполноты сгорания, а оксидов азота снизить на 40 – 45 %. Важное место в выборе оптимальных режимов работы котла занимают режимно-наладочные испытания, в объем которых обязательно необходимо включать исследования выхода загрязняющих веществ с продуктами сгорания. Проведение указанных работ в первую очередь направленно на повышение КПД котла. Среднеэксплуатационный КПД в этом случае повышается на 2 – 10 %,а иногда и больше. Рекомендуются наладочные работы проводить не реже одного раза в три года. Как показал опыт, своевременное и качественное проведение подобных испытаний позволяет добиться существенного снижения эмиссии токсогенов, в первую очередь СО, сажи, бенз(а)пирена. Снижение можно добиться на 10 – 15 %, продуктов химической неполноты сгорания – на 20 – 25 % и более.

 

5.4 Применение  современных топочно-горелочных  устройств

До настоящего времени в небольших котельных  устанавливают подовые диффузионные горелки, применение которых отрицательно сказывается на эффективности использования  природного газа в малых котлах. В целях снижения выбросов следует  заменить устаревшие конструкции на более совершенные. При наличии газа среднего давления можно рекомендовать инжекционные горелки полного предварительного смешения. При наличии в котельной газа только низкого давления можно рекомендовать инжекционные горелки неполного предварительного смешения (многофакельные и групповые горелки). В многофакельных горелках рассредоточение фронта пламени влияет на эмиссию оксидов азота. Как известно, выход термальных определяется максимальной локальной температурой реакционной зоны, снижая ее можно достичь уменьшения оксидов азота в уходящих газах. С увеличением площади фронта горения, т.е. многофакельного горения, интенсифицируется отвод тепла, будет снижаться максимальная температура реакционной зоны. Снижение концентраций оксидов азота достигает 30 %.

В настоящее  время особое внимание уделяется  разработке и промышленному внедрению  в котлах малой и средней мощности принципиально нового метода сжигания в «кипящем слое» (КС). В КС можно  сжигать все основные виды топлив и их отходы. Наиболее эффективно сжигать  твердое топливо. Полнота сгорания угля в КС составляет 0,5 – 1,5 м. Для связывания серы слой состоит из известняка и доломита с добавлением шамотной крошки. Температура кипящего слоя должна составлять 750 – 900 градусов. Скорость снижения КС составляет 0,6 – 2,5 м/с и зависит от высоты КС. Фракции инертного наполнителя КС- шамотная крошка или доломит размером 0,6 – 2,5мм. Размеры фракций угля могут быть до 10 мм, го не более 30мм. В КС достаточно высокой эффективностью сжигают топлива с влажностью 50 % и зольностью 60 %. Оксиды азота по сравнению с традиционными методами сжигания каменного угля снижаются более чем в два раза.

        5.5 Очистка продуктов сгорания

В настоящее  время в котельно-топочной практике уходящие газы очищают от соединений серы и твердых частиц. Все известные  способы улавливания  из продуктов сгорания  можно разделить на два класса: сухие и мокрые. При сухом способе продукты сгорания контактируют с магнезитом,

известняком, активированным углем  или окислами марганца. В результате этих реакций получается сульфит  кальция или углекислый газ, или  вода. При мокром способе предварительно готовят суспензию известняка  (т.е. смешивают с водой). Продукты сгорания проходят через мокрый скруббер (очиститель), контактируют с известняком. При мокром способе происходит более  глубокая очистка продуктов сгорания. 

Сернистость сжигаемого топлива снижают, подвергая его воздействию высоких температур с использованием окислителей (газификации) и без них (пиролиз). Процесс газификации протекает в условиях высоких температур (900 -1300 градусов) при ограниченном доступе кислорода. Для термического разложения мазута можно использовать высокотемпературный пиролиз ( градусов без доступа окислителя) с последующей газификацией твердого продукта (нефтяного кокса).

Все котельные, работающие на твердом топливе, должны оборудоваться системой газоочистки. В действительности же, в котельных  с 2 – 3  котлами золоуловители  в большинстве случаев отсутствуют, в других котельных, где эти аппараты установлены, эффективность их работы ниже паспортных данных вследствие плохого  обслуживания.

В настоящее  время только на крупных ТЭЦ и  ТЭС применяют более современные  системы с использованием тканевых фильтров из температуростойких материалов, скрубберов, способных улавливать частицы размером от 0,5 мкм, с КПД 70 – 90 %, и высокотемпературных электрофильтров, улавливающих частицы более 1 мкм, с КПД 97,6 – 99,9 %.

Более дешевым, а следовательно, а следовательно и перспективным можно считать сухие и биологические методы с применением оксида алюминия, марганца, калия, активированного угля, которые в настоящее время широко используются.

 

         5.6 Рассеивание  загрязняющих веществ в атмосфере

Дымовые трубы  – самое старое и относительно надежное средство снижения опасных  конструкций различного рода загрязнителей, образующихся в

процессе сжигания топлива.

Трубы обеспечивают ассимиляцию загрязняющих веществ  в окружающем воздухе, тем самым, снижая их опасное для здоровья человека и окружающей природы воздействие  в приземной зоне. Иначе говоря, дымовые трубы, не снижая количество абсолютных выбросов, позволяют рассеять их на большую площадь.

Необходимо  особо подчеркнуть, что высота дымовой  трубы котельной должна выбираться после того, как использованы все  возможные способы уменьшения выбросов токсогенов.  Наиболее эффективно работают дымовые трубы мощных ТЭС и ТЭЦ, которые имеют значительную высоту (до 300 и более метров) и мощный отвод газов. Мелкие отопительные котельные не могут обеспечить такого отвода газов. К тому же строительство высоких труб малого диаметра в жилых районах технически трудно и дорого.

Как правило, уходящие газы при сжигании природного газа состоят из смесей газов и  взвешенных частиц. Если частицы имеют  размер менее 20 мкм, то скорость их оседания чрезвычайно мала, они движутся вместе с газами. Крупные частицы имеет  значительную скорость оседания, что  приводит к повышенному загрязнению  окружающей среды этими частицами  недалеко от трубы. Это обстоятельство учитывается при расчетах дымовых  труб.

Для максимального  рассеивания продукты сгорания должны покидать трубу, имея достаточную подъемную  силу и момент количества движения, что обеспечивает интенсивный подъем факела в верхние слои атмосферы. При отсутствии ветра этот подъем значителен при этом приземные концентрации газовых токсогенов минимальны, а взвешенные частицы опускаются вблизи трубы при относительно высоких концентрациях. Высокие скорости ветра увеличивают и ускоряют диффузию загрязнителей с атмосферным воздухом, приводя к более низким приземным концентрациям по направлению ветра от трубы. При определенных условиях скорость ветра может достичь опасных значений, т.е. она будет близка или выше скорости выхода газа из горловины трубы. В этом случае при определенном состоянии атмосферы наблюдается максималь-

ная концентрация вредных примесей в приземном уровне. Для предотвращения подобного явления необходимо, чтобы скорость выхода дымовых газов была приблизительно в два раза выше скорости ветра.

Таким образом, на эффективность рассеивания влияют состояние атмосферы, мощность выбросов, их скорость и состав, высота дымовой  трубы.

При проектировании или реконструкции котельных, а  также при отсутствии экспериментальных  данных количество выбросов загрязняющих веществ может быть определено по « Методике расчетов выбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива  в котлах малой мощности».

В случае если при проектировании максимальная с  технико-экономической точки зрения, а в эксплуатационных условиях существующая высота дымовой трубы не обеспечивает соотношение  ПДК необходимо:

- установить  дополнительное сажезолоуловители или заменить существу              ющие на новые, более эффективнее;

- заменить  котлы с ручным обслуживанием  на механизированные, авто-

  матизированные котлоагрегаты (при сжигании твердого топлива), чугун-

  ные секционные котлы – на стальные, более мощные;

- предусмотреть  использование более эффективных  топлив (из твердых 

 топлив  – малосернистые, обогащенные  угли, брикеты, гранулированное

 топливо), по возможности перейти на  сжигание жидкого, а в лучшем

  случае на газовое топливо;

- при сжигании  мазута повысить температуру  его подогрева перед форсункой,  обеспечить ввод присадок, заменить  форсунки на ротационные соответствующей  мощности; 

- при сжигании  природного газа  оборудовать  котлы горелками полного 

  предварительного  смешения;       

- установить  дополнительное количество котлов  для обеспечения их работы, с  неполной тепловой нагрузкой;

- ликвидировать  отопительную котельную, заменив  на электрокотельную или подключив к мощному централизованному источнику теплоты. При этом заведомо допускается увеличение капитальных или эксплуатационных затрат в интересах сохранения незагрязненной атмосферы.

                                

 

                                                           Заключение

 

  В настоящее время нет какого–либо одного кардинального способа, позволяющего решить проблему предотвращения загрязнения атмосферы. Однако существует ряд мер, которые в комплексе позволяют существенно снизить степень загрязнения воздуха. Основными мерами, которые необходимо предусматривать при проектировании и строительстве новых, реконструкции и расширении действующих промышленных предприятий, является совершенствование их технологии, обеспечивающей максимальное сокращение выбросов, и оснащение их современным оборудованием и пылеулавливающей аппаратурой по очистке газов, дымовых и вентиляционных выбросов, а также создание безотходных технологических процессов.