Diplom (Разработка воздухоохранных мероприятий для снижения вредных выбросов котлов ТПГЕ - 215 Комсомольской ТЭЦ-3), страница 4

.

Согласно исследованиям, скорость образования намного меньше скорости горения и что основная часть образуется после завершения горения, когда повышение температуры приводит к диссоциации молекулярного кислорода.

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 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.

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 из азота топлива проходит уже при относительно низких температурах ( ). Зависимость выхода топливных оксидов азота от содержания молекулярного кислорода в зоне горения близка квадратичной. А также важным фактором здесь является содержание азота в топливе.

«Быстрые» образуются в зоне фронта пламени углеводородных топлив в результате аномально быстрых реакций молекулярного азота с углеводородами, содержащимися в топливе [10]:

,

.

Реакция протекает уже при температуре около 1300 , когда образование термических еще не происходит. Концентрация «быстрых» растет при увеличении избытка воздуха и температуры и при сжигании природного газа может составить 70-90 мг/ .

Из этого можно сделать вывод, что количество образования оксидов азота в результате горения природного газа в котле зависит от температуры процесса, концентрации кислорода и азота и время контакта между ними.

При коэффициенте избытка воздуха и приближение состава смеси к стехиометрическому позволяет уменьшить количество оксидов азота в продуктах сгорания за счет более полного сжигания природного газа. Время контакта между реагирующими веществами зависит от метода сжигания газа и расхода смеси, т. е. от тепловой мощности.

2.3.2 Механизмы образования оксида углерода при горении природного газа

Оксид углерода (угарный газ) является бесцветным газом, не имеющий запаха, плохо растворяется в воде, который образуется при неполном сгорании всех видов топлива. Согласно ГОСТ 12.1.005-88 предельное содержание оксида углерода в воздухе в производственных помещениях составляет 20 мг/

Так как основным компонентом природного газа является метан, то окисление при сжигании происходит по радикально-цепной схеме. И на одной из стадий промежуточным продуктом является оксид углерода.

Реакция образования оксида углерода при сжигании природного газа записывается в виде,[9]

.

Кроме промежуточных продуктов реакции, куда входят альдегиды и оксид углерода, в продуктах горения могут находиться и продукты термического разложения и конверсии, в том числе водород и углерод. При неблагоприятных условиях цепи реакции могут оборваться и в продуктах горения будут содержаться оксид углерода и альдегиды.

Основными причинами появления оксида углерода в продуктах горения можно считать недостаточное количество воздуха и температура во внешнем конусе пламени недостаточно высока.. При недостаточном количестве воздуха горение углеводородов может происходить в соответствии с суммарной реакцией [9],

,

В промышленных горелках во многих случаях сжигают заранее подготовленные газовоздушные смеси. Окись углерода отсутствует в пределах . Но при коэффициенте избытка воздуха равный окись углерода появляется вследствие охлаждения зоны горения избыточным количеством воздуха, не участвующим в процессе.

Недостаток воздуха вызывает большее образование оксиси углерода при горении, чем при недостаточной температуре во внешнем конусе пламени, вследствии избытка воздуха. Стоит заметить, что расход газа на горение не влияет на содержание окиси углерода в продуктах горения.

Опасными источниками являются приборы с большим расходом
газа, у которых продукты сгорания должны отводиться в дымоход.

2.3.3 Анализ механизма образования канцерогенных углеводородов

Бензпирен является одним из наиболее сильнодействующих и чаще всего встречающихся в окружающей среде. В организм человека 3,4-бензпирен может попадать с вдыхаемым воздухом, через кожные покровы и слизистую оболочку, с продуктами питания. Почти все источники загрязнения окружающей среды 3,4-бензпиреном – искусственного происхождения и связаны с деятельностью человека.

Зимой содержание 3,4-бензпирена в атмосфере городов больше, чем летом, так как в зимнее время резко увеличивается количество дымовых выбросов из отопительных систем. Канцерогенные вещества могут образоваться и при сжигании газа, если к пламени подводится недостаточное количество воздуха. В процессе горения углеводородные газы разлагаются под воздействием высоких температур. При разложении образуются формальдегиды, ацетилен, полициклические ароматические вещества. При недостатке воздуха часть этих веществ может пройти через пламя, не догорев[9].

Наличие желтой окраски пламени или желтых языков пламени в бытовых приборах является сигналом о некачественном сжигании газа и, с нашей точки зрения, свидетельствует о возможности содержания канцерогенных веществ в продуктах сгорания. При сжигании предварительно подготовленной смеси с избытком воздуха порядка , следует ожидать наименьшего содержания канцерогенов в продуктах сгорания или же полного их отсутствия.

Условия образования канцерогенных веществ в пламенах изучены еще недостаточно. Это можно объяснить как большой сложностью качественного и количественного анализа 3,4-бензпирена при наличии в продуктах сгорания иных полициклических ароматических углеводородов, так и необходимостью четко разграничить изменение условий сжигания газа в различных опытах и выделить именно те факторы, которые могли бы повлиять на содержание 3,4-бензпирена в продуктах сгорания. Многие авторы указывают на зависимость концентрации3,4-бензпирена в продуктах сгорания от конструкции горелок, режима и условий горения и других факторов, не поясняя физико-химической сути этой зависимости [9].

Обстоятельные исследования содержания 3,4-бензпирена в продуктах
сгорания при различных условиях сжигания газа проведены учеными и сотрудниками различных НИИ и вузов. Для анализа результатов различных опытов по выявлению бензпирена в продуктах горения газа примем следующую упрощенную схему его образования. Одновременно с процессом окисления углеводородного газа происходит процесс его термического разложения. При полном разложении конечными продуктами являются водород и сажа. Первичными продуктами разложения оказываются газообразные олефины, ацетилен и этилен. При высоких температурах они образуют полициклические углеводороды. Последние представляют собою смолистые вещества и образуются в виде мельчайших капелек масла. Одним из таких ароматических полициклических углеводородов и является канцерогенный 3,4-бензпирен. При довольно высокой температуре и достаточном подводе окислителя образовавшиеся смолистые вещества могут догореть, и продукты сгорания окажутся безвредными. Если же температура высока, а подвод окислителя затруднен, то смолистые вещества частично подвергаются дальнейшему термическому разложению вплоть до водорода и сажи, частично же абсорбируются образовавшейся сажей или непосредственно попадают в продукты сгорания[9].

3 Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу при сжигании газа

3.1 Расчет выбросов оксида азота с продуктами сгорания топлива

Сжигание топлива на ТЭЦ приводит к выбросу в атмосферу продуктов сгорания органического топлива, содержащих токсичные оксиды азота . Количество образующихся зависит от характеристики топлива и от конструктивного исполнения топочной камеры. В котле при горении топлива образуется 95-99% монооксида и 1-5% более токсичного диоксида азота . В атмосфере происходит не контролируемое превращение в , в связи с чем расчет ведется условно на [11].

Расчет производится на примере котлоагрегата ТПГЕ-215, работающего на газе. Исходные данные приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Исходная информация работы котлоагрегата ТПГЕ-215.

Продолжение таблицы 3.1