Очистка окружающей среды от выбросов энергопредприятий

 

«Очистка  окружающей среды от выбросов энергопредприятий»

План

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Взаимодействие энергетического  предприятия с окружающей средой происходит на всех стадиях добычи и использования топлива, преобразования и передачи энергии. Тепловой электростанцией  активно потребляется воздух. Образующиеся продукты сгорания передают основную часть теплоты рабочему телу энергетической установки, часть теплоты рассеивается в окружающую среду, а часть – уносится с продуктами сгорания через дымовую трубу в атмосферу. Продукты сгорания, выбрасываемые в атмосферу, содержат оксиды азота, углерода, серы, углеводороды, пары воды и другие вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях.

Удаляемые из топки зола и шлак образуют золошлакоотвалы на поверхности  литосферы. В паропроводах от парогенератора к турбоагрегату происходит передача тепла в окружающую среду. В конденсаторе, а также в системе регенеративного подогрева питательной воды теплота конденсации и охлаждения конденсата воспринимается охлаждающей водой. Кроме конденсаторов турбоагрегатов потребителями охлаждающей воды являются маслоохладители, системы смыва и другие вспомогательные системы, выде-ляющие сливы на поверхность или в гидросферу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭНЕРГЕТИКА И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА, ВЛИЯНИЕ ТЭС НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

 

Одним из факторов воздействия на окружающую среду являются выбросы систем складирования топлива, его транспортировки, пылеприготовления и золоудаления. При транспортировке и складировании топлива возможны его утечки, выбросы, просыпи, пылевое загрязнение, выделение его паров и продуктов окисления. Негативно воздействует на окружающую среду удаление шлака и золы.

Распространение перечисленных выбросов в атмосфере зависит от рельефа местности, скорости ветра, перегрева их по отношению к темпера-туре окружающей среды, высоты облачности, фазового состояния осадков и их интенсивности. Взаимодействие выбросов с туманом приводит к образо-ванию устойчивого сильно загрязненного мелкодисперсного облака – смога, наиболее плотного у поверхности земли. Одним из видов воздействия ТЭС на атмосферу является все возрастающее потребление воздуха, необхо-димого для сжигания топлива.

Основными факторами воздействия на гидросферу являются выбросы теплоты, следствием которых могут быть: постоянное локальное повышение температуры в водоеме; временное повышение температуры; изменение условий ледостава, зимнего гидрологического режима; изменение условий паводков; изменение распределения осадков, испарений, туманов. Наряду с нарушениями климата тепловые выбросы приводят к зарастанию водоемов водорослями, нарушению кислородного баланса, что создает угрозу для жизни обитателей рек и озер.

Твердые фазы выбросов ТЭЦ  это взвешенные вещества или летучая  зола, которые содержат алюмосиликаты, негорючую сульфатную серу (сульфаты кальция, щелочных металлов). Ее биологическая активность при попадании в дыхательные пути и легкие зависит от дисперсного состава частичек. Частицы с размерами более 12 микрон практически полностью задерживаются в дыхательных путях и плохо удаляются из организма. Более мелкие частицы проникают в нижние дыхательные пути и в легкие. Наиболее полно задерживаются частицы размерами 1мкм и ниже. Поступление золы в атмосферу регламентируется качеством самого топлива и способом сжигания. В зависимости от этого, доля уноса составляет от 10 до 95 %.

Исследование процесса самоочищения атмосферы от твёрдых частиц показывает, что частицы размерами более 10 мкм относительно быстро опускаются на землю, частицы ниже 10 мкм (4 – 10 мкм) поднимаются на высоту (с дымовыми газами) более 1км и перемещаются вдоль поверхности земли на 1000 км. Частицы размерами менее 4 мкм достигают поверхности земли с высоты 1км в течение года.

Зола является хорошим адсорбентом  для тяжёлых металлов. В связи  с этим более мелкая зола, не уловленная золоуловителями (ЗУ) и поступающая  в атмосферу, содержит больше тяжелых металлов, чем средняя по составу зола исходного топлива. Среднее содержание в золах тяжелых металлов колеблется от 200 до 600 г/т (например: Zn – 200 г/т , Ge – 500 г/т).

Выбросы СО₂ как основного продукта горения не рассматриваются как токсичные, однако повышение содержания его в атмосфере способствует возникновению парникового эффекта.

ВРЕДНЫЕ ГАЗООБРАЗНЫЕ ВЫБРОСЫ ТЭС  В АТМОСФЕРУ, МЕХАНИЗМЫ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ  ПРИ СЖИГАНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ТОПЛИВ И  ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В АТМОСФЕРЕ

 

Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов энергоустановок является сернистый ангидрид, составляющий 98 – 99 % выбросов SО_х на ТЭЦ. Накопление серосодержащих соединений в огромном количестве происходит в основном в мировом океане. При горении сера полностью превращается в SО₂, проходит ЗУ, и уносится в атмосферу.  
В атмосфере происходит окисление до SО₃ и, при взаимодействии с водой, образуется серная кислота, которая оседает на землю в виде кислотных дождей.

В настоящее время количество диоксида серы, поступающего в атмосферу из индустриальных источников и за счёт природного фактора примерно равны, что делает проблему очистки дымовых газов от диоксида серы крайне актуальной.

Оксиды азота, выбрасываемые с  дымовыми газами ТЭЦ, образуются как  за счёт азота воздуха при высокотемпературных процессах в факеле, так и за счёт окисления азотосодержащих соединений самого топлива. На выходе из трубы оксиды азота состоят на 85 % из NО и на 15 % из NО₂. В атмосфере происходит быстрое окисление NО в NО₂, что усиливает отрицательное воздействие дымовых газов на окружающую среду. Основное отрицательное воздействие NО_х на окружающую среду заключается в разрушении озонового слоя. 1т NО₂ разрушает до 1тысячи тонн озона. В настоящее время вклад антропогенных выбросов NО_х не превышает 10 % от общего объёма поступления NО_х в атмосферу. Однако, учитывая, что промышленное загрязнение приходится на места с высокой плотностью населения, снижение выбросов окислов азота с дымовыми газами становится весьма актуальным.

 Образование  оксидов азота.

Для разработки путей борьбы с образованием оксидов азота важно знать, как они образуются. В настоящее время хорошо изучены три принципиально разных источника оксидов азота:

1. образование термических  NO из молекулярного азота воздуха при температуре выше 1300 ºС (механизм Зельдовича);

2. образование NO из азота, содержащегося в топливе (топливные NО);

3. образование NO путем реакции молекулярного азота воздуха с углеводородными радикалами («быстрые» NO).

Зависимость образования оксидов  азота от температуры представлена на рис. 2.8.

Термические оксиды азота возникают при высоких температурах и достаточном времени пребывания продуктов сгорания в зоне горения из молекулярного азота воздуха, подаваемого в топку котла.

Экспериментальные исследования показали, что скорость образования NO намного меньше скорости горения и что основная часть NO образуется после завершения горения, когда повышение температуры приводит к диссоциации молекулярного кислорода. Скорость обратимых реакций образования и разложения NO в основном зависит от температуры в зоне горения и мгновенных концентраций избыточного кислорода, азота и оксида азота.

Из-за высокой энергии активации  основное количество термических оксидов  азота образуется в узком диапазоне  температур, близком к максимальной температуре в зоне активного горения.

Скорость образования термических  NO увеличивается с ростом температуры, она прямо пропорциональна концентрации азота и времени пребывания продуктов сгорания в зоне генерации оксидов азота, а также корню квадратному из концентрации кислорода. Поэтому первичные (режимно-технологические) мероприятия для снижения образования термических

 

NO_X основаны на воздействии на один или несколько факторов в зоне максимальной генерации NO_X и на создании специальных условий в факеле горения, приводящих к восстановлению образовавшихся оксидов азота до молекулярного азота, как это, например, делается при ступенчатом сжигании топлива.

Образование топливных  оксидов азота осуществляется в два этапа: сначала происходит газификация капель мазута или угольных частиц с выделением азотсодержащих соединений (радикалов R) типа CN, CHN, NH, NH₂, а затем частичное окисление этих соединений по реакции:

 

RN + О₂

NO + RO.

 

Топливные оксиды азота образуются параллельно с горением топлива  в основной зоне горения за промежуток времени меньший, чем время горения топлива. Из-за малой энергии активации процесс образования NO из азота топлива происходит уже при относительно низких температурах                      (t > 1000 °С). Зависимость выхода топливных оксидов азота от содержания молекулярного кислорода в зоне горения близка к квадратичной. Естественно, важным фактором здесь является содержание азота в топливе.

При сжигании мазута в энергетических котлах доля топливной составляющей оксидов азота относительно невелика, а при сжигании угольной пыли в топках с твердым шлакоудалением доля топливных оксидов азота, как правило, превышает 90 %.

«Быстрые» NO образуются в зоне фронта пламени углеводородных топлив в результате аномально быстрых реакций молекулярного азота с углеводородами, содержащимися в топливе:

 

N₂ + СН

HCN + N,

 

N + ОН 

NO + Н

 

Эти реакции активно протекают  уже при температуре около 1300 °С, когда образование термических  NO еще не происходит. Концентрация «быстрых» NO растет при увеличении избытка воздуха и температуры и

при сжигании природного газа может  составить 70 - 90 мг/м³. С этим приходится считаться при разработке мероприятий по подавлению образования NO_x в целях достижения современных норм по выбросу.

 

В настоящее время определены предельно  допустимые концентрации (ПДК) в атмосферном  воздухе более чем 500 веществ. Предельно  допустимая концентрация — это максимальная концентрация примеси в атмосферном  воздухе, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает и не окажет на него и на окружающую среду в целом вредного влияния. Гигиенические нормативы должны обеспечивать физиологический оптимум для жизни человека, поэтому к качеству атмосферного воздуха в нашей стране предъявляются гораздо более высокие требования, чем за рубежом. Так, для диоксида серы значения ПДК в РФ в 7,3 раза, а для пыли в 1,7 раза меньше, чем в США. В связи с тем, что кратковременные воздействия вредных веществ, не обнаруживаемых по запаху, могут вызвать функциональные изменения в коре головного мозга и зрительном анализаторе, были введены значения максимальных разовых ПДК. С учетом вероятности длительного воздействия вредных веществ на организм человека были введены также значения средних суточных ПДК.

Таким образом, в РФ для каждого  вещества установлены два норматива: максимальная разовая ПДК (осредненная  за 20… 30 мин) и среднесуточная с целью  предупреждения общетоксического, мутагенного, канцерогенного и другого действия при неограниченно длительном их вдыхании.

Значения максимальных разовых  ПДК_мр и среднесуточных ПДК_С для наиболее часто встречающихся в атмосферном воздухе примесей приведены в таблице.

 

Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест

 

	ПДК, мг/м3		Класс опасности
	разовая	суточная
Диоксид азота	0,085	0,04	2
Диоксид серы	0,5	0,05	3
Оксид углерода	5,0	3,0	4
Пыль (взвешенные вещества)	0,5	0,15	3

 

В таблице приведены также классы опасности веществ: 1-й — чрезвычайно опасные, 2-й — высокоопасные, 3-й — умеренно опасные, 4-й — малоопасные. Эти классы разработаны для условий непрерывного вдыхания веществ без изменений их концентрации во времени. В реальных условиях возможны значительные увеличения концентраций примесей, которые могут привести в короткий интервал времени к резкому ухудшению состояния человека.

 

НОРМИРОВАНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ

 

При определении минимальной высоты источников выброса и уста-новлении предельно допустимых выбросов концентрация каждого вредного вещества в приземном слое атмосферы  c не должна превышать максимально разовой предельно допустимой концентрации данного вещества в атмос-ферном воздухе  (ПДК):

                                  

                                                  c £ ПДК,                                                            (3.1)

 

При наличии в  атмосфере нескольких (n)  вредных веществ, обладающих суммацией действия, их безразмерная суммарная концентрация q, определенная по формуле (1.1), не должна превышать единицы:

 

                                       q £ 1.                                                                  (3.2)

 

Для веществ, для  которых установлены только среднесуточные предельно допустимые концентрации ( ), используется приближенное отношение между максимальными значениями разовых и среднегодовых концентраций и требуется, чтобы

 

                                           0,1c £ .                                                    (3.3)