Диссертация (1143428), страница 25

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 25)

Уменьшение образования SO3, как отмечается125в [470], может быть достигнуто организацией низкотемпературного сжиганиятоплива, уменьшением содержания в пламени свободного кислорода и SO2, атак же организацией ступенчатого сжигания топлива и рециркуляцией дымовых газов в корень факела.2.2.3 Расчетные методики определения выбросовоксидов азота и серыРасчетные методики определения выбросов оксидов азота и серы присжигании топлива в котлах разработаны в основном для схемы прямоточногофакела. В целом их можно разделить следующим образом: 1) методики расчета выбросов “воздушных” NOxв, образующихся по механизму, Я.Б.

Зельдовича;2) методики расчета выбросов “топливных” NOxт; 3) методики расчета,определяющие конечную концентрацию NOx как сумму “воздушных” и“топливных”: NOx = NOxв + NOxт.Выбросы оксидов азота при проектировании новых и реконструкциидействующих котлов паропроизводительностью от 75 т/ч и водогрейных котлов мощностью от 58 МВт и выше, сжигающих твердое, жидкое и газообразное топливо в факельных горелочных устройствах, определяются согласно“Методическим рекомендациям по расчету выбросов оксидов азота с дымовыми газами котлов тепловых электростанций” [471], утвержденным Минэнерго России приказом № 286 от 30.06.2003 года взамен РД 34.02.304-95.Суммарная концентрация оксидов азота К NO складывается из концентрации2“топливных” NOх, образующихся из азота топлива, и “воздушных” NOх, образующихся из азота, содержащегося в окислителе:топлвоздК NO2  К NO К NO, г/МДж.22(2.85)Расчет удельных выбросов “топливных” NOх проводится по эмпирической зависимости, устанавливающей связь между конструктивными особенностями горелок и топочных устройств, с одной стороны, и параметрами факельного процесса горения, с другой:топлК NO 0,12 NOx αГ α1 rсм, г/МДж,2(2.86)“Воздушные” оксиды азота определяются с введением понятия зоны ак-126тивного горения (ЗАГ), или зоны максимального тепловыделения, в которойобразуется основная масса оксидов азота в котле по уравнению, учитывающему зависимость Я.Б.

Зельдовича:КвздNO 2 67000 1,54  1016 ЗАГ  1 exp  .ЗАГТТ ЗАГЗАГ (2.87)Результаты расчета по данной методике и их анализ представлены в приложении 4.В расчетных зависимостях и соотношениях приведенных в [220, 291,329, 354, 472...479 и др.], как правило, не делается разделения оксидов азотана “воздушные” и “топливные”, а конечное значение концентрации NOxопределяется с помощью эмпирического уравнения, полученного путем обработки опытных данных. Анализ этих соотношений показывает, что ониимеют серьезные допущения при построении, не учитывают динамикутопочного процесса и его основные характеристики. Их использование дляанализа, как правило, не позволяет разработать рекомендации по дальнейшему снижению генерации вредных веществ при сжигании топлива.Выбросы оксидов серы. Являясь горючим компонентом, органическая иколчеданная сера, содержащаяся в топливе, переходит при горении в диоксидсеры, т.е.

конечная концентрация SO2 прямо пропорциональна содержаниюсеры в топливе Sr. Это обстоятельство позволяет расчет конечной концентрации оксидов серы в дымовых газах при сжигании любых серосодержащихтоплив проводить по зависимости [458] (в пересчете на SO2):MSO2=0,02BSr(1SO2)(1SO2), т/год,(2.88)где: В – расход топлива, т/год; Sr – содержание серы на рабочую массу, %;SO2 – доля оксидов серы, уносимых золой (SO2 для экибастузского углясоставляет 0,02, для Березовских углей – 0,50, прочих углей – 0,10, мазута –0,02, сланцев – 0,50, газа – 0,0); SO2 – доля оксидов серы, улавливаемых вмокром золоуловителе вместе с твердыми частицами (для сухих золоуловителей SO2 = 0).В случае, если вопрос динамики образования оксидов серы не играетрешающего значения, генерацию оксидов серы находят, как правило, из приведенного соотношения, получая при этом весьма приемлемую точность расчета.1272.3 Образование сажистых частиц и канцерогенных веществВ зависимости от содержания летучих веществ в топливе, тонкости егоразмола и режима горения вместе с летучей золой из топки уносится различное количество не полностью сгоревших частиц топлива, изменивших состави форму под действием высокой температуры.

При неудовлетворительномрежиме горения, что наиболее часто происходит на установках небольшоймощности, из топки выносятся частицы сажи, окрашивающие дымовые газыв темный цвет.К канцерогенным веществам, присутствующим в дымовых газах ТЭС,относятся полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и ароматические амины.

Это продукты неполного сгорания углеводородных топлив,которое имеет место в результате торможения реакций окисления углеводородов холодными стенками топочных устройств или неудовлетворительногосмешения топлива. Суммарная эмиссия углеводородов может служить меройнеэффективности процесса горения топлива. Обычно, продукты сгорания содержат большое разнообразие углеводородных составляющих, обладающихразличной канцерогенной активностью, что значительно увеличивает суммарную канцерогенную активность дымовых газов [480].

Однако некоторыеПАУ, например антрацен, фенантрен, флуорен, пирен, перилен и др., физиологически почти инертны и не являются канцерогенно опасными [106].Бенз(а)пирен (БП) – С20Н12 (Ткипения БП = 585 K, Тплавления БП = 452 K) один из наиболее опасных и стойких к внешним воздействиям ПАУ. Это соединение принимается в качестве стандартного индикатора канцерогеннойзагрязненности окружающей среды [481...484]. Концентрация БП в дымовыхгазах современных паровых котлов зависит от состава топлива, режима горения и колеблется в широких пределах: от 1...10 мкг/100 м3 при сжигании природного газа до 15...100 мкг/100 м3 при сжигании мазута.

По данным онкологов его воздействие в присутствии оксидов азота и серы резко усиливается.Канцерогенные вещества образуются в реакциях пиролиза и синтеза,(пиролетические реакции) в процессе горения топлива. Механизм их образования пока не выяснен в достаточной мере. М. Беджер [485] предполагает,что образование БП  следствие синтеза бутадиена С4Н6 и других компонентов с участием С2Н2:С2Н2+2СН2С4Н6+С4Н6С8Н12+С2Н2С10Н14+С10Н14С20Н24+2Н2. (2.89)128Циклизация завершается одновременным дегидрированием и образованиембенз(а)пирена:С20Н24  6Н2 = С20Н12.(2.90)Н.В. Лавров [396] предполагает, что механизм образования БП имеетрадикально-цепной характер и включает несколько стадий: окислительнуюдегидрогенизацию молекул жирных углеводородов до образования этилена иацетилена; удлинение цепей ацетилена с образованием различных ненасыщенных радикалов; дегидрогенизацию этих радикалов до образования полиацетилов; реакции этих радикалов с образованием С6-С2 ароматических соединений; ступенчатый синтез С6-С2-радикалов до образования полициклических ароматических соединений:С6Н2 + С2Н2  С8Н4 + С2Н  С10Н5 + С2Н2  С12Н7 +2С2Н  С16Н9 + С2Н2  С18Н11 + С2Н  С20Н12.По Н.В.

Лаврову балансовоебенз(а)пирена из ацетилена имеет видуравнениепроцесса10С2Н2 = С20Н12 + 4Н2;(2.91)образования(2.92)при пиролизе метана оно преобразуется к виду20СН4 = 10С2Н2 + 30Н2 = С20Н12 + 34Н2.(2.93)Суммарное уравнение образования бенз(а)пирена по Н.В. Лаврову может быть записано следующим образом:С6Н2 + 3С2Н2 + 4С2Н = С20Н12 .(2.94)П.А. Теснер в [486] отмечает, что сажа содержит некоторое количествоводорода (0,5...5 %); это может сделать ее канцерогенно активной. Поэтомуодним из источников поступления БП в окружающую среду являются невыгоревшие сажистые и коксовые частицы, попадающие в атмосферу вместе сдымовыми газами в случае неполного сгорания топлива.Другой источник поступления БП в атмосферу [487]  его появление впроцессе нагрева топлива, в составе которого содержится определенное количество ПАУ.

Состав топлива оказывает существенное влияние на природуэмиссии канцерогенных веществ. В [342] установлена корреляция междуконцентрацией в топливе углеводородов с высоким молекулярным весом и129невысоким уровнем образования ПАУ.Факторами, влияющими на уменьшение образование канцерогенов,служат улучшение перемешивания топлива с воздухом [107, 483, 488...491],увеличение избытка воздуха [106, 131, 480, 492] и температуры в топке. Вработе [131] приводятся опытные данные о концентрации БП в продуктахсгорания сланцев в котле ТП-101 в зависимости от коэффициента избыткавоздуха в горелках (рисунок 2.39).

С ростом г наблюдается практически линейное снижение концентрации БП в дымовых газах.Рисунок 2.39  Зависимостьсодержания БП в продуктахсгорания котла ТП-101при сжигании сланцевот коэффициента избыткавоздуха в горелках(○  метод люминесценции;●,   газожидкостнаяхромотография)Уменьшить выход канцерогенов можно путем энерготехнологическогоиспользования топлива, основанного на высокоскоростном пиролизе. Пиролиз пылевидного топлива при скорости подъема температуры 104...105 С/собеспечивает незавершенность реакции образования БП [492].Таким образом, количество образовавшихся в процессе горения топливаПАУ находится в прямой зависимости от содержания в топливе углеводородов с высокой молекулярной массой.

Определяющими в конечном выходеПАУ являются: режим сжигания топлива, т.е. количество окислителя и качество смесеобразования, температурный режим и время пребывания газов ввысокотемпературной зоне.Расчетные зависимости для определения концентрации бенз(а)пиренапри сжигании газа, мазута и угля приведены в [293, 329 и др.].2.4 Снижение выбросов двуокиси и окиси углерода от ТЭСМеждународная конференция ООН по проблемам предотвращениянеобратимых климатических изменений на Земле (Киото-97) в своих решениях отметила необходимость уменьшения индустриальных выбросов СО2.130Приняв за уровень отсчета выбросы 1990 года, индустриальные выбросы СО 2необходимо снизить: в США на 5 %, в странах ЕС на 8 %, в Японии на4,5 % [121, 122].

Согласно рамочной Конвенции ООН об изменении климатаЗемли РФ взяла на себя обязательства не превышать выбросы парниковыхгазов относительно базового уровня и представлять данные ежегодной инвентаризации выбросов в Секретариат Конвенции.Уменьшить выбросы СО2 значительно сложнее, чем других вредныхвеществ. На сегодняшний день очистка уходящих газов ТЭС от СО2 аппаратными средствами исключительно дорога и не находит применения, но работы по снижению выбросов СО2 ведутся и промышленно развитыми странамиреализуются несколькими путями.Сжигание топлив с малым содержанием углерода (в основном  природного газа). В то же время высокая стоимость природного газа и ограниченность его запасов в недрах Земли не позволяет рассматривать такое замещениев качестве перспективного направления уменьшения выбросов СО2 в атмосферу. Стоимость современного производства 1 кВтч электрической энергиина угле дешевле, чем на нефти, (на 77 % в США и на 30 % в Японии) и газе (на55 % в США и на 19 % в Японии).

Как следствие, очевидна конкурентноспособность угля как энергоносителя на мировом рынке органического топлива:36 из каждых 60 новых ТЭС Америки, ориентированных на использование горючих ископаемых, будут работать на угле.Использование ядерной энергии в производстве электроэнергии попрогнозам сохранит свои объемы, однако в ряде стран уровень такого производства снижается. Швеция приняла решения о свертывании своей сетиАЭС. Многие государства отказались от строительства новых АЭС, а некоторые (Индия, Южная Корея, Япония, Иран) продолжают их возводить.В Западной Европе строительство АЭС продолжается только во Франции.В России в 1998 году выработка электроэнергии на ядерном топливе составила 12 % от общей выработки, но вопросы использование АЭС для решениятопливно-энергетических и экологических проблем пока не имеют однозначного ответа [493].Из традиционных возобновляемых источников энергии, использование которых не вызывает значительного усугубления экологических проблем, первое место занимает гидроэнергетика.

Характеристики

Список файлов диссертации