Шевляков (Анализ уровня загрязнения атмосферы вредными выбросами Хабаровской ТЭЦ-1 и разработка воздухоохранных мероприятий), страница 6

Для использования природного газа непосредственно на ТЭЦ-1 вынуждены были построить газораспределительный пункт, смонтировать системы газопроводов низкого давления. Также были реконструированы три котла, которые могут работать и на угле, а в случае острой необходимости - на мазуте. На ТЭЦ-1 создана автоматизированная система управления котлоагрегатами. Помимо реконструкции самой станции, потребовалось выполнить большой объём работ на внешнем газоснабжении. Эти работы включили в себя строительство газопровода от газораспределительной станции № 1 до ТЭЦ-1 протяженностью 5850 метров, с диаметром трубы 630 миллиметров. Общая стоимость реализации проекта составила 950 миллионов рублей. В 2006 году на ТЭЦ-1 начат перевод котлов на сжигание природного газа. 26 октября 2006 года заработал на газе котел № 11 БКЗ 210-140 [8].

4.2 Компоненты выбросов тепловых электростанций

В районах развития ТЭС основными источниками загрязнения объектов природной среды являются:

- теплые, производственные и хозяйственно-бытовые стоки;

- газообразные выбросы в атмосферу;

- твердые отходы в виде золы и шлаков.

Характер и масштабы загрязнения окружающей среды зависят от:

- мощности ТЭС,

- вида и состава используемого топлива,

- высоты дымовой трубы,

-метеорологических условий.

Среди тепловых электростанций по количеству выбрасываемых в атмосферу вредных веществ первое место занимают ТЭС, работающие на угле. Основными вредными продуктами выбросов ТЭС являются:

- диоксид серы;

- оксиды углерода и азота;

- летучая зола, содержащая тяжелые металлы и ПАУ (полициклические ароматические углеводороды), в том числе бензапирен и др. При слоевом сжигании твердого топлива выброс бензопирена в атмосферу достигает 3400 мкг в 100 м3. [9].

Диоксид серы - один из наиболее токсичных продуктов, находящихся в газообразных выбросах теплоэнергетических установок. Продолжительность существования диоксида серы в загрязненной атмосфере составляет несколько часов, а в чистом воздухе - до 4 суток. При благоприятных условиях, соединяясь с водой и кислородом, диоксид серы преобразуется в серную кислоту, выпадая в составе кислых осадков на поверхность земли и водных объектов. Так же в незначительных объёмах в выбросах ТЭС могут находиться сероводород, оксид серы и серная кислота.

Выбросы ТЭС в атмосферу содержат и другой вредный продукт - оксиды азота. Доля оксидов азота в выбросах вредных веществ при производстве тепла и электроэнергии составляет примерно 37 % от всех глобальных антропогенных выбросов.

Содержание оксидов азота в дымовых газах ТЭС зависит главным образом от температуры процесса и содержания кислорода в зоне горения. Из-за повышенного содержания оксидов азота в приземном слое атмосферы развиваются фотохимические процесса, в результате которых образуются озонотоксичные соединения и ряд других органических веществ, таких как, альдегиды, кетоны и пр.

В зависимости от дисперсности частиц и высоты трубы ТЭС на разные расстояния распространяется летучая зола. Распространение мелких, более токсичных частицы достигает в радиусе от5 до 25 км.

Сжигание органического топлива в котлах ТЭС сопровождается также выбросом в атмосферу тяжелых металлов (ванадия, никеля, хрома, мышьяка и др.).

Присутствие тяжелых металлов в атмосферном воздухе, даже в малых количествах, играет отрицательную роль в биологических процессах нашей планеты. Многие из этих тяжёлых металлов способны оказывать токсическое воздействие на окружающую нас среду. Поэтому в последнее время уделяется большое внимание исследованиям содержания в атмосфере микроэлементов тяжёлых металлов, которые попадают в нее в результате деятельности человека. Помимо того, при сжигании топлива в атмосферу выбрасываются аэрозоли в виде различных соединений: PbO, CrO₂, МnO₂, NiO, V₂О₃, Fе₂O₃, MgO, CuО и.др. [9]

Содержание вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, зависит от качества и вида используемого топлива и способов его сжигания. Например, выбросы ПАУ (полициклических ароматических углеводородов) при сгорании угольных брикетов в 4-8 раз больше, чем при сгорании угля. А при сгорании жидкого топлива выбросы ПАУ меньше, чем при сгорании твердого.

5 Теоретические основы образования вредных веществ при горении топлива в топках котлоагрегатов.

Реакция, при которой происходит превращение химической энергии топлива в тепловую называется горением. Горение бывает как полное так и неполное. Вся химическая энергия топлива при полном горении превращается в тепловую.

Для того, чтобы горение в топке парового или водогрейного котла было полным, необходимо постоянное поступление в топку достаточного количества воздуха, а также его хорошее перемешивание с топливом. Помимо того, для полного горения необходимы достаточный объем топочного пространства и высо­кая температура в топке (не ниже 1000°С) [10].

При полном горении твердого или жидкого топлива цвет пламени в топке имеет соломенно-желтый цвет, а при горении газообразного топлива – прозрачно-голубоватый, без желтых языков. Если же цвет пламени красный или желтый с дымными полосами, значит, горение топлива - неполное. Причинами неполного сгорания топлива могут быть нехватка воздуха либо плохое перемешивание воздуха с топливом, малый топочный объем или низкая температура в топке.

Если не весь углерод, имеющийся в топливе, сгорает, т. е. соединяется с кислородом воздуха, то цвет пламени наблюдается как красный с дымными полосами, а из трубы идет черный дым. Потому что в горячих отходящих га­зах остается много несгоревших, но разогретых докрасна частиц углерода. Они и придают пламени такой цвет.

Теоретически для сгорания 1 кг разного топлива требуется и различный объём воздуха:

а) для бурого угля   4,8 м³;

б) для каменного угля   8,4 м³;

в) для полуантрацита и антрацита   8,74 м³;

г) для мазута   11 м³;

д) для природного газа   9,85 м³.

А на самом деле для обеспечения полного сгорания топлива в топку необходимо подавать воздуха немного больше, чем теоретически необходимого количества. Потому что только теоретически необходимого количества воздуха для перемешивания с летучими горючими веществами недостаточно. Число, показывающее, насколько действительное количество воздуха больше теоретически необходимого, называется коэффициентом избытка воздуха (отношение действительного количества воздуха, практически подаваемого в топку, к теоретически необходимому количеству), т. е. a = V_ф/V_о. [10]

Машинисты паровых и водогрейных котлов всегда должны знать и помнить: чем меньше коэффициент избытка воздуха, тем котел работает эффективнее. Потому что чрезмерный избыток воздуха нарушает процесс горения и сопровождается некоторыми тепловыми потерями в котельной установке. Поэтому избыточный объём воздуха в топке следует поддерживать на нужном уровне, чтобы котел будет мог работать с меньшими потерями теплоты, а значит, с высоким КПД.

На практике же разумно применять при сжигании топлива следую­щие коэффициенты избытка воздуха для различных видов топлива:

а) для бурого угля – 1,5;

б) для каменного угля – 1,4;

в) для полуантрацитов – 1,3;

г) для антрацитов – 1,3;

д) для мазута – 1,15–1,2;

е) для природного газа – 1,05–1,1.

В составе продуктов сгорания топлива содержатся: углекислый газ СО₂; оксиды азота и серы NО₂, SО₂; оксид углерода СО; водяные пары Н₂О; азот N₂; избыточный кислород О₂. Так как само горение протекает неидеально, то приходится подавать в топку воздуха боль­ше, чем необходимо это теоретически [10].

Оксиды азота, образующиеся из-за окисления азота в ядре факела пламени любого из видов топлива, являются очень ядовитыми соединениями.

На количество образующихся в топке оксидов азота сильно влияет такой фактор, как температура в ядре факела. При температурах в пределах от 1800 до 1900 °С и наличии свободного кислорода концентрация оксидов азота, образующихся в факеле, превышает допустимую концентрацию в свежем воздухе в 1–20 тысяч раз. Помимо отравляющего действия на организм человека, окси­ды азота оказывают отрицательное влияние на металлические поверхности, вызывая интенсивную коррозию. В большинстве случаев очистка продуктов сгорания от оксидов азота способами улавливания экономически нерентабельна, так как технически сложна [10].

Очень вредным является выброс в атмосферу сернистого газа. Сернистый газ обладает характерным резким запахом, запахом загорающейся спички, но не имеет цвета. Содержание оксидов серы в продуктах сгорания определяется в основном содержанием серы в топливе и практически не зависит от качества организации топочного процесса. Сернистый газ гибельно влияет на растительность, особенно на плодовые и хвойные деревья, а также на посевы зерновых. Помимо вредного воздействия на все живое, сернистый газ вызывает порчу различных веществ и материалов, усиливает коррозию металлических поверхностей. Из-за наличия сернистого газа в атмосфере снижается её прозрачность. Содержание серного ангидрида в продуктах сгорания котельного топлива не превышает 3 % от содержания сернистого газа. Но при выходе из дымовой трубы, под действием солнечной радиации, сернистый ангидрид окисляется, превращаясь в серный ангидрид, а затем, соединяясь с водой, может образовывать серную кислоту.

Ещё одним из токсичных продуктов горения топлива является оксид углерода СО. Это соеди­нение образуется в случае неполного сгорания углерода при сжигании любого вида топлива. Объём оксида углерода может составлять при сжигании твердых видов топлива до 2 % от массы сжигаемого топлива. При сжигании газа и мазута образуется 0,05 % оксида углерода. Оксид углерода не имеет запаха и цвета, это затрудняет его обнаружение [11].

Ещё один компонент токсичных примесей, выбрасываемых в атмосферу, это формальдегид. Формальдегид – очень токсичный газ с резким неприятным запахом. Содержание формальдегида в продуктах сгорания обнаруживается в малых отопительных котельных при сжигании мазута при условии общего или местного недостатка воздуха.

Ещё в продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу, находятся канцерогенные вещества. Наиболее распространен из них так называемый 3,4-бензапирен (С₂₀Н₁₂ – результат гидролиза угля и углеводородных газов). Этот канцероген является сильнодействующим. На наличие 3,4-бензапирена влияет режим работы топки, особенно величина температуры в ядре факела, а также количество имеющегося кислорода в топке. Бенз(а)пирен образуется при высокой температуре и недостатке воздуха для полного сгора­ния топлива. Медленнее всего сгорают частицы твердого углерода. При догорании они раскаляются, поглощают другие вещества и придают характерную желтую окраску пламени. Изменение окраски пламени на желтый цвет свидетельствует о том, что в продуктах сгорания находятся канцерогенные вещества. Особенно много канцерогенных веществ образуется при режимах горения с образованием сажи[11]. 

6 Характеристика используемых котлоагрегатов на Хабаровской ТЭЦ-1.

На Хабаровской ТЭЦ-1 установлены котлы, выпускаемые Барнаульским котельным заводом. Котлы серии БКЗ относятся к энергетическим котлам большой мощности и устанавливаются, в основном, на теплоэлектроцентралях. Котлы вертикально-водотрубные, с естественной циркуляцией, однобарабанные, с уравновешенной тягой под наддувом. При сжигании твердого топлива шлакоудаление может быть как твердым так и жидким. Применяется компоновка с различными поверхностями нагрева: П-образная, Т-образная, башенная. Для сжигания используется следующие виды топлива: природный газ, коксовый газ, каменные и бурые угли, лигниты, антрациты, мазут. Имеются также проекты котлов паропроизводительностью 500 т/ч с использованием новой технологии сжигания твердого топлива в циркулирующем кипящем слое [12].

Котел паровой БКЗ 160-9,8М-5 (Рисунок 6.1).

Котел предназначен для работы на высокосернистом мазуте. Котел вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, однобарабанный, однокорпусный, П-образной сомкнутой компоновки, в газоплотном исполнении.

Установка котла открытая, с шатром над верхней частью. Топка оборудована четырьмя вихревыми горелками, расположенными по две в два яруса на боковых стенах топки.

Конструкция топочно-горелочного устройства может обеспечивать выбросы оксидов азота меньше нормативных значений.

Котел поставляется транспортабельными блоками. Технические характеристики котла БКЗ 160-9,8М-5 представлены в таблице 6.1.

Таблица 6.1

Технические характеристики котла БКЗ 160-9,8М-5