Курсовая работа (т): Снижение выбросов бенз(а)пирена в атмосферу

Рисунок (3). Влияние нагрузки котла на содержание БП в продуктах сгорания газомазутных котлов

С другой стороны, как уже указывалось, основой технологических методов снижения выбросов оксидов азота, применяемых в настоящее время на котлах, являются процессы, связанные с замедлением процесса горения и приводящие, как правило, к росту образования БП и других продуктов недожога.

Результаты большинства экспериментальных работ, проведенных на котлах, оборудованных различными схемами технологического подавления NO, показывают, что применение рециркуляции дымовых газов и организация многоступенчатого сжигания топлива вызывают существенное возрастание содержания БП в продуктах сгорания. Так, на газомазутных котлах достижение максимальной эффективности снижения образования оксидов азота при одновременном применении указанных мероприятий сопровождается в среднем 5-6-кратным увеличением содержания БП в уходящих газах.

Поскольку данные методы снижения выбросов NO на газомазутных котлах получили широкое распространение и в настоящее время являются для ТЭС практически единственно экономически доступными, их внедрение на котлах должно сопровождаться проведением комплексных работ по оптимизации топочных режимов для обеспечения допустимого уровня выбросов БП в атмосферу.

Результаты проведенных в последнее время ВТИ такого рода исследований на котлах при сжигании мазута показывают, что только наладкой топочных устройств и оптимизацией процесса горения, в частности на котле ТГМ-96Б, при одновременном применении рециркуляции газов в горелки и двухступенчатого сжигания мазута удается достичь проектной эффективности снижения выбросов оксидов азота с увеличением содержания БП в уходящих газах только в 2 раза без ухудшения технико-экономических показателей работы котла. При этом было показано, что косвенным критерием оценки оптимального ведения процесса сжигания топлива для указанных целей может служить незначительное содержание (до 10 мг/м3) или полное отсутствие СО в продуктах сгорания.

Из-за сложности проведения прямых измерений содержания БП наличие оксида углерода в продуктах сгорания котлов, на которых применяются технологические методы снижения N0^ в определенной степени может служить индикатором превышения допустимых концентраций БП в уходящих газах.

Еще одним фактором, влияющим на уровень выбросов БП от газомазутных котлов, является очистка конвективных поверхностей нагрева котлов (табл. 1). Отметим, что возрастание выбросов БП во время работы устройств очистки конвективных поверхностей нагрева котла при сжигании жидкого топлива объясняется абсорбированием его паров на взвешенных частицах удаляемых отложений.

Таблица 1. Значения коэффициента , учитывающего увеличение выброса БП при очистке поверхностей нагрева котла в рабочем состоянии.

.2 Пылеугольные котлы

Содержание БП в уходящих газах котлов при сжигании твердого топлива определяется следующими параметрами:

•    калорийностью сжигаемого угля;

•    конструкцией нижней части топки (твердое или жидкое шлакоудаление);

•    коэффициентом избытка воздуха в топке;

•    нагрузкой котла;

•    типом золоуловителей и эффективностью их работы.

Исследования показывают, что влияние режимных факторов при пылевидном сжигании твердого топлива выражено в меньшей степени по сравнению с газомазутными котлами. Изменение избытка воздуха в топке существенно увеличивает образование БП только в области предельно низких значений α, при α > 1,2 содержание БП в продуктах сгорания в большинстве случаев стабилизируется.

Отмечено влияние вида сжигаемого угля на степень образования БП - при прочих равных условиях она пропорциональна калорийности топлива. Из конструктивных факторов на образование БП влияет конструкция нижней части топки - для котлов с жидким шлакоудалением уровень его образования в среднем в 1,5 раза выше.

Применительно к котлам средней и большой мощности содержание БП в уходящих газах определяется видом сжигаемого угля и эффективностью работы золоуловителей, поскольку по мере охлаждения продуктов сгорания по тракту котла и образования гетерогенных поверхностей золы и сажистых частиц происходит активная конденсация на них паров БП. При этом очевидно, что абсорбция БП происходит в основном на мелкодисперсных фракциях летучей золы, имеющих большую удельную поверхность, поэтому повышения степени улавливания БП в золоуловителях можно достичь только увеличением эффективности улавливания в них тонких фракций золы. Ниже приведены ориентировочные данные по степени улавливания БП в золоулавливающих устройствах различных типов

На рисунке (5) приведена диаграмма, показывающая средние уровни содержания БП в дымовых газах котлов при сжигании различных видов топлива. Как видно из рисунка, содержание БП в дымовых газах пылеугольных котлов до золоуловителей в среднем в 4 раза превышает выбросы котлов, сжигающих мазут, однако за счет улавливания БП в золоуловителях его концентрация в уходящих газах снижается до значений, соизмеримых с уровнем аналогичных значений для ТЭС, сжигающих жидкое топливо.

Таким образом, можно считать, что при эффективной работе золоуловителей валовые выбросы БП для мазутных и пылеугольных котлов одинаковой мощности примерно одинаковы, однако в ряде случаев условия рассеивания выбросов БП для пылеугольных ТЭС хуже, поэтому они создают более высокое локальное загрязнение в районе их расположения.

Кроме того, следует принимать во внимание то, что большая часть БП вместе с уловленной летучей золой поступает на золоотвалы. При этом происходит вторичное загрязнение почвы и поверхностных вод. Этой проблеме не уделяется должного внимания, и она требует отдельного изучения.

.3 Котлы малой мощности

Приведенные выше зависимости образования БП от основных конструктивных особенностей котлов и режимов сжигания топлива характерны также и для котлов малой мощности. К ним отнесены паровые котлы производительностью менее 30 т/ч и водогрейные тепловой мощностью менее 25 МВт. В отличие от котлов средней и большой мощности, которыми оборудованы ТЭС и ТЭЦ, процессы сжигания топлива в малых котлах, используемых в бытовых и производственных котельных, исследованы в значительно меньшей степени.

Установлено, что из-за конструктивных особенностей котлов малой мощности и более низкой эффективности сжигания в них топлива уровень содержания БП в продуктах сгорания значительно выше. Особенно это актуально для котлов, работающих на твердом топливе, так как они или оснащены малоэффективным газоочистным оборудованием, или не имеют его вообще. Сказанное иллюстрируется диаграммой на рисунке (6).

Кроме того, использование в котельных устаревшего оборудования, отсутствие контроля за подготовкой топлива, кислородным балансом, недостаточная оснащенность системами КИПиА и, наконец, низкая квалификация обслуживающего персонала являются дополнительными факторами повышенного вклада данного парка котлов в общую эмиссию БП при сжигании топлива.

Котельные, как правило, располагаются в жилой зоне, имеют низкие дымовые трубы и, соответственно, худшие условия рассеивания выбросов, поэтому они могут создавать в приземном слое воздуха концентрации БП, превышающие предельно допустимое значение. Это подтверждается и данными работ по непосредственному определению содержания БП в атмосферном воздухе. Всеми авторами отмечается наличие локальных превышений уровня БП вблизи отопительных котельных, особенно в зимнее время. По данным измерений, проведенных в Германии, вблизи малоэтажных зданий, отапливаемых местными угольными котельными, концентрация БП и других ПАУ возрастала в 20 раз.

По данным Н.Я. Янышевой, содержание БП в воздухе жилых районов с отопительными котельными достигает 3,5-5,0 нг/м3, что в 2-3 раза выше, чем в районах с централизованным теплоснабжением.

Поэтому вполне очевидно, что в последнее время для котлов малой мощности БП включен в число вредных веществ, выбросы которых подлежат обязательному учету и нормированию.

Описанные выше зависимости образования БП от режимных факторов и конструкции котлов легли в основу разработанной ВТИ «Методики расчета выбросов бенз(а)пирена в атмосферу паровыми котлами электростанций», РД 153-34.1-02.316-99, а также аналогичной расчетной методики для котлов малой мощности. Методики позволяют производить оценку содержания БП в уходящих газах котлов при сжигании различных видов топлива с точностью ±20 % (при работе котлов в пределах режимных карт).

5.      Рекомендации по снижению выбросов бенз(а)пирена в атмосферу с уходящими газами котельных установок

Исследования, проведенные на газомазутных котлах, показывают, что при применении на них технологических мероприятий по подавлению образования оксидов азота - рециркуляции и ступенчатого сжигания - происходит существенное (в 4-5 раз) увеличение содержания БП в уходящих газах, особенно в области предельно низких избытков воздуха при появлении в дымовых газах продуктов химического недожога топлива.

Оптимизацией топочных режимов удается достичь максимальной эффективности технологических методов подавления N0 при допустимом увеличении (в 1,5-2,3 раза) выбросов БП. Основным условием ведения топочных процессов в этом случае должно быть отсутствие содержания оксида углерода в дымовых газах.

На пылеугольных котлах основным способом снижения выбросов БП в атмосферу может быть повышение эффективности улавливания летучей золы в золоуловителях, особенно ее мелкодисперсных фракций, на которых наиболее активно сорбируется БП по мере охлаждения продуктов сгорания по тракту котла.

Вместе с тем следует отметить, что в большинстве случаев расчеты рассеивания валовых выбросов БП как для газомазутных, так и для пылеугольных котлов показывают, что его содержание в приземном слое воздуха не превышает 0,05 ПДК, поэтому на основании действующих нормативных документов они не подлежат учету и нормированию.

Исключение могут составлять электростанции и ТЭЦ с изношенным и устаревшим котельно-топочным оборудованием, в основном пылеугольные, а также крупные котельные, расположенные в промышленных центрах с высоким фоновым загрязнением БП, где местными природоохранными органами могут предъявляться более жесткие требования к источникам выбросов вредных веществ.

Суммируя сказанное, можно констатировать, что, хотя в настоящее время крупные котельные и тепловые электростанции не являются основными источниками поступления БП в атмосферу, его высокая опасность требует внимания и осторожности при применении мероприятий, изменяющих режимы горения в топках котлов, например для снижения выбросов оксидов азота. Данные мероприятия следует прорабатывать так, чтобы выбросы БП оставались в допустимых пределах.

Авторами рассмотрен довольно большой перечень мероприятий режимного и технологического плана с указанием того, какое воздействие каждое из них может оказать на качество сжигания и размер выбросов вредных веществ, включая БП. Основными из таких мероприятий являются:

.        Повышение КПД котельных установок. По утверждению авторов, реальная производительность таких котлов, как «Тула», «Энергия», «Минск», ниже расчетной (1 МВт) и обычно составляет 55-65 % расчетной при сжигании угля, 65-70 % при сжигании мазута и 70-75 % при сжигании газа. Экономия топлива при повышении КПД котлов означает одновременно и снижение выбросов вредных веществ. Так, при сжигании угля повышение КПД на 1 % дает снижение степени образования ПАУ на 1,5 %. Абсолютное снижение эмиссии в масштабах города или региона в данном случае может оказаться существенным.

Проведение в Ленинградской обл. мероприятий по подъему КПД котлов, работающих на твердом топливе, на 10-13 % снизило выбросы оксида углерода на 67 %, сажи - на 52 %. Как уже отмечалось, это служит косвенным доказательством снижения образования и БП.

.        Оборудование котельных КИП и автоматикой. Существенный фактор в работе отопительных котельных - устаревшее оборудование и многочисленные нарушения в технологии сжигания топлива. При сжигании угля почти не используется механизация и автоматизация. Часто отсутствуют элементарные приборы для контроля горения топлива (датчики разрежения в топке, температуры и т.п.). Один только факт отсутствия соответствующих приборов приводит, как считается, к снижению КПД котла на 3- 5 %. При этом повышенное разрежение в топке котла влечет за собой резкое увеличение содержания твердых частиц, которые, как указывалось, активно абсорбируют БП и другие ПАУ. По оценке оборудование котельных системами КИП может дать снижение выбросов БП более чем в 7 раз, а автоматизация и механизация топочных процессов - в 14 раз, хотя, по нашему мнению, данные утверждения чересчур оптимистичны.

.        Оптимизация подачи воздуха на горение. Вопрос о влиянии избытка воздуха а" на образование БП уже рассматривался ранее. Применительно к котлам малой мощности существенным5 является также время и место подачи окислителя. Например, при сжигании каменного угля на колосниковой решетке в режиме загрузки потребность в воздухе мала так же, как и при догорании топлива. В то же время максимальная подача воздуха должна быть обеспечена в период горения топлива для предотвращения образования сажи, СО и БП. При сжигании жидкого топлива необходимо подать окислитель к корню факела и обеспечить качественное смешение топлива с воздухом при α = = 1,1-1,15.

При сжигании газа в случае двухступенчатого подвода воздуха исключить образование СО можно при избытке первичного воздуха (а = 0,3) и хорошей гомогенизации. Отсутствие сажи и СО, в горелках полного предварительного смешения достигается при α = 1,03-1,05. Перевод с подовых диффузионных горелок на инжекционные, снижает эмиссию БП в 10-15 раз. Основной вывод заключается в том, что главным фактором в оптимизации подачи воздуха является качественное смешение его с топливом. Для твердого топлива это сжигание мелкофракционного (< 25-50 мм) угля, но не пыли, правильная эксплуатация и исправное оборудование, дробление топлива перед сжиганием. В целом указанные мероприятия могут дать снижение выбросов БП в 7-10 раз при сжигании угля и в 5-10 раз - природного газа.