Ашйстштьт вотш и . и . Стриха, Н. Б. Карницкий ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ: АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ Допущено Министерством образования Республики Бечарусь в качестве учебного пособия для студентов специальности «Теплоэнергетика» высших учебных заведений М и н с к У П « Т е х н о п р и н т » 2001 У Д К 6 2 W - : 6 2 8 . 5 ( 0 7 5 . 8 ) ББК-З+гЗ- С 8 5 Р е ц е н з е н т ы : кафедра промышленной экологии Белорусского государственного технологического университета (зав. кафедрой канд. техн. наук, доцент Марцуль В. Н.); главный научный сотрудник РУП «БелНИПИэнергопром», докт. техн. наук, профессор Внуков А. К.; главный научный сотрудник Института проблем использования природных ресурсов и экологии НАНБ, докт. техн. наук, профессор Фалюшин ГГ. Л . Стриха И. И. С 8 5 Э к о л о г и ч е с к и е а с п е к т ы энергетики : А т м о с ф е р н ы й воздух: У ч е б . п о с о б и е / И . И. С т р и х а , Н . Б . К а р н и ц к и й , — М н . : У П « Т е х н о п р и н т » , 2 0 0 1 . — 3 7 5 с. I S B N 9 8 5 - 4 6 4 - 1 0 5 - 8 На основе результатов проведенных исследований, а также с использованием отечественных и зарубежных литературных источников выполнен анализ воздей- ствия современных ТЭС на состояние атмосферного воздуха. Рассмотрены вари- анты совершенствования государственного управления охраной атмосферного воз- духа, природоохранительное планирование, организация сжигания органических топлив на ТЭС и влияние его на генерацию загрязняющих веществ, очистка от них продуктов сгорания топлив, оценка экономического ущерба, причиняемою окру- жающей среде, и пути его минимизации. Приведены справочные сведения и неко- торые нормативные акты по охране атмосферного воздуха. Учебное пособие предназначено для студентов специальности Т 01.02.00 «Теп- лоэнергетика» высших учебных заведений, а также других специальностей техни- ческого профиля. Представляет интерес для широкого круга специалистов, инженерно-техноло- гического персонала ТЭС и котельных промпредприятий, научных работников и аспирантов. УДК 621.1:628.5(075.8) ББК 31.3 © С т р и х а И. И. , К а р н и ц к и й Н . Б., 2001 ISBN 985-464-105-8 © УП « Т е х н о п р и н т » , 2001 СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ 6 1. СУЩНОСТЬ, ЗАДАЧИ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРИРОДООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЭНЕРГЕТИКЕ 9 1.1. О с н о в н ы е положения 9 1.2. Правовое и нормативное обеспечение 20 1.3. Термины и их определение 23 2. СОСТАВ И СТРУКТУРА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА И ВИДЫ ЕГО ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ 29 2.1. А т м о с ф е р н ы й воздух 29 2.2. Классификация загрязняющих веществ. . . . ; 39 2.3. Характеристика основных загрязняющих веществ 39 3. НОРМИРОВАНИЕ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ. 50 3.1. Предельно д о п у с т и м ы е концентрации 50 3.2. Предельно д о п у с т и м ы е в ы б р о с ы 53 4. РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВАЛОВЫХ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 70 4.1. Расчет в ы б р о с о в твердых частиц 70 4.2. Расчет в ы б р о с о в оксидов серы 71 4.3. Расчет в ы б р о с о в оксидов углерода 73 4.4. Расчет в ы б р о с о в оксидов ванадия 74 4.5. Расчет выбросов оксидов азота от котлов 75 4.6. Расчет выбросов бенз(а)пирена 78 4.7. Расчет в ы б р о с о в диоксида углерода при сжигании органического топлива 82 4.8. Расчет выбросов оксидов азота от газотурбинных установок 87 4.9. Расчет в ы б р о с о в оксида углерода и несгоревших углеводородов от газотурбинных установок 91 4.10. Расчет валовых выбросов вредных веществ по д а н н ы м инструментальных измерений 92 5. ИНВЕНТАРИЗАЦИЯ ВЫБРОСОВ И КОНТРОЛЬ ВОЗДУХООХРЛННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ТЭС И КОТЕЛЬНЫХ 96 5.1. Инвентаризация в ы б р о с о в з а г р я з н я ю щ и х веществ в атмосферу . . . 96 5.2. Экологический паспорт проекта 98 5.3. Экологический паспорт действующего объекта 105 5.4. Ведомственный контроль воздухоохранной деятельности 107 5.5. Структура и рекомендации по о ф о р м л е н и ю и содержанию ведомственного проекта нормативов П Д В для предприятий 112 6. РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ 130 6.1. О б щ и е положения 130 6.2. Расчет загрязнения атмосферы в ы б р о с а м и одиночного источника 131 6.3. Расчет загрязнения а т м о с ф е р ы в ы б р о с а м и группы источников .. 137 6.4. Расчет загрязнения а т м о с ф е р ы с учетом суммации вредного действия нескольких ингредиентов 143 6.5. Учет ф о н о в ы х концентраций при расчетах загрязнения атмосферы 145 6.6. Определение м и н и м а л ь н о й высоты источников выбросов 147 6.7. Типы д ы м о в ы х труб 151 6.8. Оценка у щ е р б а от загрязнения атмосферы 161 7. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ ТОПЛИВ 179 7.1. О б щ а я характеристика методов 179 7.2. Оксиды азота 182 7.3. Оксиды серы 184 7.4. Продукты химнедожога 188 7.5. Газоанализаторы ^191 7.6. Подсистема «Экология» в составе задач А С У Т П Т Э С 210 8. ОЧИСТКА УХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ТВЕРДЫХ ВЫБРОСОВ 227 8.1. О б щ и е сведения 227 8.2. Ц и к л о н ы и батарейные ц и к л о н ы 232 8.3. Ж а л ю з и й н ы е золоуловители 246 8.4. М о к р ы е золоуловители 248 8.5. Электрофильтры 255 8.6. Кондиционирование д ы м о в ы х газов перед электрофильтрами. . . . 266 8,7- Тканевые фильтры 275 8.8. Результаты эксплуатации золоуловителей 279 9. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА ОТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ 289 9.1. Образование оксидов азота 289 9.2. Зависимость выхода оксидов азота от избытков воздуха в топочной камере 298 9.3. Ступенчатое сжигание топлив 300 9.4. Рециркуляция д ы м о в ы х газов 314 9.5. Ввод влаги в топку и сжигание водомазутных эмульсий 321 9.6. Распределение нагрузок м е ж д у котлами 324 10. ДЕСУЛЬФУРИЗАЦИЯ И ДЕНИТРИФИКАФИЯ ТОПЛИВ И ИХ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ 332 10.1. Газификазия сернистых мазутов 332 10.2. Газификация твердых топлив 337 10.3. Очистка д ы м о в ы х газов от оксидов серы и азота 345 ] 1. ТЕНДЕНЦИИ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПУТЕМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ 354 11.1. Зарубежный опыт 354 11.2. Направление и состояние работ по энергосбережению 360 12. ШУМОВОЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЭС .. 367 ЛИТЕРАТУРА 373 ПРЕДИСЛОВИЕ Данная книга является учебным пособием по дисциплинам «Эколо- гические аспекты энергетики» и «Охрана воздушного бассейна от вы- бросов ТЭС» для студентов теплоэнергетических специальностей вузов. На тепловых электростанциях (ТЭС) страны ставится задача су- щественно повысить эффективность использования органических топ- лив с обеспечением высоких экологических показателей энергетичес- кого оборудования. В составе задач, которые требуют безотлагательного решения на ТЭС, важное место принадлежит вопросам разработки и реализации высокоэффективных способов и средств снижения эколо- гического воздействия ТЭС на окружающую среду. Несмотря на развитие новых источников энергии, выработка теп- ловой и электрической энергии на ТЭС длительное время будет пре- обладающей. Эксплуатация ТЭС, как действующих, так и вновь сооружаемых, должна осуществляться с учетом возрастающих требо- ваний к их эколого-экономичееким характеристикам. Результаты экс- плуатации энергетических объектов подтверждают несоответствие достигнутых ими экологических показателей современным требова- ниям и реальным возможностям. Энергетика играет ведущую роль в развитии всех отраслей народ- ного хозяйства, в реализации достижений современного научно-тех- нического прогресса. Энергетическая программа п р е д у с м а т р и в а е т достаточные гемпы и объемы производства электроэнергии для осу- ществления электрификации всех сфер деятельности и жизни л ю д е й . При интенсивном способе общественного производства возможны и желательны замедления темпов энергопотребления. Однако экологи- ческие проблемы в энергетике не будут менее актуальными. Развитие энергетики все в большей степени становится зависи- мым не только от экономических и социальных условий, наличия топ- ливно-энергетических ресурсов, но и от экологических факторов, к которым в первую очередь относится степень загрязнения окружаю- щей среды, в особенности атмосферного воздуха, различными отхо- дами Более 30% всех загрязняющих веществ поступает в воздушный б а с с е й н от тепловых электростанций. В ближайшей перспективе в энергетике страны не произойдет значительных качественных изме- нений в системах очистки газовых выбросов и сточных вод от ТЭС. Д а л ь н е й ш и й научно-технический прогресс в области разработки спо- собов снижения содержания загрязняющих веществ в продуктах сго- рания топлив на ТЭС позволит обеспечить их минимальное экологи- ческое воздействие на окружающую среду. Проблема защиты атмосферного воздуха от загрязнения его вы- бросами ТЭС решается по основным направлениям: - разработка и реализация способов сжигания топлив, позволяю- щих исключить или существенно снизить количество образую- щихся и выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ; - создание способов и средств для очистки, в первую очередь, за- пыленных газовых выбросов. Проблема рационального использования природных ресурсов, энергии и защиты окружающей среды относится к приоритетным в социально-экономическом развитии общественного производства. В перспективных планах развития экономики страны разрабатываются прогнозы изменения состояния окружающей среды с ориентацией на малоотходные и безотходные технологии производства электрической и тепловой энергии. В настоящем пособии рассмотрены вопросы, связанные с эколо- гическим воздействием ТЭС на атмосферный воздух, и основные на- правления работ по снижению отрицательных последствий этого воз- действия. Наряду с традиционно применяемыми технологиями снижения выбросов в атмосферу загрязняющих веществ представле- ны перспективные «экологически чистые» технологии, а также разра- ботки по созданию систем автоматизированного контроля за выброса- '^и ТЭС и мониторинга состояния атмосферного воздуха. При подготовке учебного пособия использованы источники, спи- '^ ок которых приведен в конце книги. Н а р я д у с р е з у л ь т а т а м и н а у ч н о - и с с л е д о в а т е л ь с к и х р а б о т в о с н о в у Учебного п о с о б и я п о л о ж е н ы м а т е р и а л ы к у р с а л е к ц и й , ч и т а е м ы х авто - рами по дисциплине «Экологические аспекты энергетики» для сту- дентов специальности Т 01.02.00 «Теплоэнергетика» и Т 01.03.02 «Ав- томатизация и управление теплоэнергетическими процессами на ТЭС» Разделы 2, 3, 7, 9, Ш, П написаны докт техн. наук И. И. Стрихой 1,4, 5, 8, 12 — докт. техн. наук Н. Б. Карницким, раздел 6 подготовлеь авторами совместно. Авторы признательны коллективу кафедры промышленной эко логии Белорусского государственного технологического университе- та, возглавляемому канд. техн. наук, доц. В. Н. Марцулем, докт техн наук, проф. А. К. Внукову, докт. техн. наук П. Л. Фалюшину за глубо- кий анализ структуры и содержания пособия и ряд полезных замеча- ний, сделанных при ее рецензировании. Авторы выражают благодарность сотрудникам кафедры «Тепловьк электрические станции» БГПА Е. Г. Веремейчик, Л. А. Бурову, научно- исследовательской лаборатории «Топлива и топочных процессов» РУГ «БелТЭИ» И. И. Рысейкиной, Л. М. Чайке, работникам редакционпо- издательского отдела УП «Технопринт» за их большую работу по под- готовке оригинала-макета и верстку книги. Все замечания и предложения просьба направлять по адресу 220027, г. Минск, пр. Ф. Скорины, 65, кафедра ТЭС. 1. СУЩНОСТЬ, ЗАДАЧИ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРИРОДООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЭНЕРГЕТИКЕ 1.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ Современный уровень развития общественного производства ха- рактеризуется особой актуальностью целого ряда взаимосвязанных проблем, относящихся к природопользованию — основной форме вза- имодействия общества и природной среды. Термин «экология» имеет биологическое происхождение и означает учение о взаимоотношени- ях организмов растительного и животного мира и среды. В техничес- кой литературе этот термин давно используется для отражения взаи- мосвязи различных форм и проявлений современной жизни с окружающей средой. Экологические аспекты хозяйственного разви- тия страны, включая энергетику, подчеркивают необходимость учета экологических и социальных последствий. Научно-техническая революция во всех сферах общественного производства, а в энергетике особенно, в значительной степени усложнила характер связей в системе «человек-природа-общество» и привнесла в нее целый ряд негативных сторон. Экологические про- блемы развития производительных сил приобрели глобальные мас- 1"табы. Антропогенное загрязнение атмосферы приводит к суще- ственному изменению ее состава, который в свою очередь вызывает Изменение теплового состояния планеты, геохимические аномалии " т. п. Некоторые зарубежные ученые рассматривают вопрос о не- возможности дальнейшего развития производительных сил с сохра- нением среды, пригодной для обитания человека, но при этом недо- оценивают возможности положительных изменений в связи с развитием научно-технического прогресса в области «экологически '^Истых» производств. Деградация природной среды может быть предотвращена путем вмешательства государства в хозяйственную деятельность предприя- тий с оптимизацией их взаимоотношений с природной средой. Эколо- гическая ситуация в стране вызывает необходимость применения системного подхода для учета всей совокупности процессов взаимо- действия общества с природной средой и рассмотрения их как единой эколого-экономической системы. В процессе хозяйственной деятельности общества выделяются следующие виды воздействия на окружающую среду, включая боль- шие системы энергетики (рис. 1.1, 1.2): - пространства; - изъятие ресурсов для хозяйственного пользования; - механические нарушения; - биологическое воздействие на ландшафт и его компоненты; - тепловое воздействие; - радиоактивное воздействие; - шум; - химическое загрязнение; - физическое загрязнение (радиоволны, вибрация, электрическое поле). По характеру воздействия на окружающую среду энергетика от- носится к сильно воздействующим отраслям, что нашло свое отраже- ние в санитарно-экологической классификации производств, градации размеров санитарно-защитных зон. В настоящем пособии рассматриваются вопросы, относящиеся преимущественно к химическому загрязнению атмосферного воздуха при сжигании органических топлив в котлах на тепловых электричес- ких станциях и кегельных энергосистемы. Система взаимодействия ТЭС и окружающей среды приведена на рис. 1.3. По данным Международного энергетического агентства (IEA, 1998 г.), потребление первичной энергии в мире будет в ближайшие годы возрастать на 2% ежегодно и составит 14995 млн т н. э. (н.э. — нефтя- ной эквивалент) в 2020 г. при 9245 млн т н. э. в 1995 г В частности, потребление природного газа возрастет с 1810 млн т н. э. в 1995 г. до 3468 млн т н. э. в 2020 г продукция других отраслей Солнечное излучение Природные энергетические ресурсы ' W " 1 возобновляемые Солнечное излучение Энергия ветра Гидро- знергип Невозобновляемые Уран и торий ДейН терий Природ- ный газ Нефть Твердое топливо Добывающие предприятия Г m Перерабатывающие предприятия Обогащение [ Сортирование | Коксование[ и j Транспортировка готового топлива j uJ Выработка электрической и тепловой энергии )ТЭЦ I I Котельные! | ГЭС | ГЭС А Э С Передача электрической и тепловой энергии j u . U - 1 Потребители энергии, сырья и продукции Силовые процессы Освещение Высоко- температурные технологические процессы Низко- температурные технологические процессы Промыш- ленные печи Коммуналыю-бытовые потребители Выбросы теплоты Отопление и кондиционирование Потребители механической энергии 1,1,. Создание электромагнитных полей Выбросы продуктов сгорания Рис. 1.1. Схема основных связей в большой системе «Энергетика» Выбросы примесей Мировые разведанные запасы ископаемых ТЭР (нефти, природ- ного газа и угля) к 1997 г. составляли 1236 млрд т у. т., что на 11% ольше, чем в 1994 г. В запасах ТЭР на уголь приходится 45%; нефть — И БСОС АТМОСФЕРА Примесные загрязнения Тепловое Потребление твердыми, жидкими и загрязнение кислорода газообразными веществами —1 н БСЭН У н 01 I > | | I J_ 4 " t Потребители топлива,тепловой и электрической энергии ЗЙЕ Электрические и тепловые станции - Щ Т Топливоперерабатывающие предприятия ттг 1 у Топливодобывающие предприятия LJ L... 1 / / / Л Потребление ресурсов недр 7 7 7 7 л Загрязнения и изменения ^ / / / ЛИТОСФЕРА / ландшафтов [ Потребление ресурсов Загрязнения твердыми и жидкими веществами ГИДРОСФЕРА Рис. 1.2. Структурная схема БСЭНОС 34,8; природный газ — 15; ядерное топливо — 5%. Данные о запасах ископаемых и уровне их добычи свидетельствуют о том, что при пер- спективных уровнях их потребления угля хватит на 230 лет, природного газа — на 70; нефти — на 45 лет, урановой руды (с применением ядер- ных реакторов-размножителей) — на 3000 лет. Запасы и годовая добы- ча ТЭР распределяются следующим образом: уголь — 104000 и 4520 Атмосфер а Твердые - ^ / Злектрб- U п СО СО, Зй^чостицы Теппота:Шим:шнит- V V М / МОх V / . V С ' " ' ныешж • итпппрмпр \ Изменения у. ско аемое топливо ландшафта Литосфера ч I Сливы Теплота Гидросфера Рис. 1.3. Схема взаимодействия ТЭС и окружающей среды млн т; природный газ —138000 и 1978 млрд м^; нефть —137000 и 3130 млн т; урановая руда—4150000 и 66500 т. В настоящее время структура мирового потребления ТЭР характеризуется следующими данными (в %): нефть — 40; природный газ — 23; уголь — 27. В энергетике РБ в последнее время ежегодно сжигается порядка 12 млн т у. т. В структуре топливного баланса природный газ превышает 80%, остальное — сернистый мазут, попутный газ и др. Суммарные ежегодные выбросы токсичных веществ составляют порядка 100 тыс. т, в том числе окислов серы — 60 тыс. т, оксидов азота — 30-32 тыс. т, оксида углерода — 5 тыс. т. В масштабах стра- ны во всех отраслях народного хозяйства, а в энергетике в особенно- '^ ти, на природоохранную деятельность выделяются значительные ^Редства, что позволяет целенаправленно решать экологические про- блемы по многим направлениям. Энергетика является частью (под- ^^истемой) в сложной эколого-экономической системе взаимоотноше- ний Человека, общественного производства с окружающей средой. рамках этой системы природопользование осуществляется по сле- .%Ющим направлениям (табл. 1.1). Таблица 1.1 Классификация основных направлений и видов природопользования 1. Ресурсопотребление: а) добыча ресурсов (в том числе выявление , изучение, подготовка, не- посредственное извлечение) ; б) ресурсопользование (без непосредственного извлечения из природной среды); в) использование элементов среды как «вместилища» отходов производ- ства и потребления . 2. Конструктивное преобразование: а) комплексные п р о г р а м м ы преобразования природной среды; б) улучшение отдельных свойств ресурсов среды (мелиорация, обогаще- ние); в) з ащита от с т и х и й н ы х явлений; г) ликвидация последствий хозяйственной деятельности . 3. Воспроизводство природных ресурсов: а) непосредственное воспроизводство возобновляемых ресурсов (созда- ние искусственных биогеоценозов , лесоразделение , опреснение мор- ских вод); б) создание условий для воспроизводства возобновляемых ресурсов (на- пример , з а щ и т а водоохранных лесов) ; в) восстановление (рекультивация ландшафтов , очистка рек). 4. Охрана среды обитания и природных ресурсов: а) предотвращение негативных воздействий производства и п о ф е б л е - ния; б) собственно охрана (консервация) ландшафтов ; в) сохранение генетического разнообразия биосферы. 5. Управление и мониторинг: а) инвентаризация , учет и контроль; б) регулирование состояний ресурсов и природной среды; в) управление п р о ц е с с а м и природопользования . Природоохранные мероприятия, реализуемые в энергетике в раз- ной степени, относятся к приведенным выше основным нанравлени- Природопользования. В рамках настоящего пособия более подроб- но буД^т рассмотрено два направления (п. 4 и 5 табл. 1.1). ^^ В основу природоохранной деятельности в энергетике, как и других о т р а с л я х народного хозяйства страны, положена концепция охраны ок- ужающей среды как комплекс мероприятий по предотвращению ее за- грязнения сверх научно обоснованного допустимого уровня. Работы по воспроизводству природных ресурсов в энергетике включают меропри- ятия по очистке продуктов сгорания топлив и сточных вод, рекультива- ции земель и направлены на ликвидацию источников загрязнения воз- душного и водного бассейнов. Эти работы взаимосвязаны с последующей природоохранной деятельностью по ликвидации экологического воздей- ствия энергетических объектов на окружающую среду. Существуют активные и пассивные, прямые и косвенные методы охраны природы. К активным относят методы, связанные с непосред- ственным изменением экологических показателей источников выбро- сов загрязняющих веществ, к пассивным — нейтрализацию или огра- ничение влияния негативного воздействия различных объектов па среду обитания и ресурсы (создание санитарно-защитных зон, заповедники и т. п.). Прямые методы позволяют ограничить отрицательное воздей- ствие непосредственно на объект, косвенные основаны на изменени- ях в элементах природной среды. Непосредственное воздействие ТЭС на окружающую среду (рис. 1,3) характеризуется тем, что привносится в окружающую среду в результате реализации проекта и что из нее изымается: - химическое загрязнение биосферы (выбросы и сбросы загряз- няющих веществ в газообразном, жидком и твердом состоянии); - тепловое загрязнение воздушного бассейна и водных объектов; - физическое воздействие (акустическое, электромагнитное, ра- диоактивное); - изъятие природных ресурсов (вода, воздух на технологические нужды; земельное пространство для размещения основной пло- щадки ТЭС, золошлакоотвалов, трасс; вырубка лесов). Кроме того, для ТЭС. характерно механическое воздействие на осферу^ не связанное с привнесением и изъятием из природной сре- •^ Ь! отдельных компонентов (например, травмирование микроорганиз- '^ов и рыбы в системах охлаждения ТЭС). Показатели воздействия ТЭС на окружающую среду следующие: - характер воздействия — прямое, косвенное, кумулятивное, си- нергическое и т. д. (определяет временной интервал между воз- действием и его последствием, а также наличие промежуточ- ных передатчиков воздействия); - интенсивность воздействия (поступление загрязнителя, энергии в единицу времени); - продолжительность воздействия (суммарное за определенный период время воздействия на окружающую среду, либо время однократного непрерывного воздействия); - динамика воздействия (изменение воздействия во времени - не- прерывное, периодическое, дискретное, кратковременное, разо- вое); - масштаб воздействия (его распространение по площади, числен- ность и значимость объектов воздействия, его глубина). В качестве источников воздействия ТЭС на окружающую среду рассматриваются те элементы технологического процесса энергопро- изводства (в расчетном и нерасчетном режимах эксплуатации), функ- ционирование которых является причиной изменения в окружающей среде. Источниками воздействия могут рассматриваться также выве- денные из эксплуатации золошлакоотвалы, если они не рекультиви- рованы и оказывают существенное влияние на окружающую среду («след деятельности»). При классификации источников воздействия 1зыделяются: - организованные и неорганизованные; - стационарные и нестационарные; - расчетные, аварийные; - локализованные и рассредоточенные. Характеристика источников воздействия (качественная и количе- ственная) включает следующие показатели: - параметры источников выделений загрязнителей; - параметры источников выбросов и сбросов в окружающую при- родную среду; - состав и количество загрязнителей, поступающих в природную среду; - положение на промплощадке ТЭС; токсичность выделяемых химических загрязнителей. jjpii рассмотрении источников воздействия выделяются наиболее щественные, оказывающие значимое влияние на состояние окружа- ''^ щей среды, учитывается суммация, действия загрязняющих веществ, отдельных источников. К о н е ч н ы м и объектами и субъектами воздействия ТЭС являются: - персонал предприятия; - население (условия жизни и здоровья); - природная среда; - исторические и культурные памятники. Воздействие на эти объекты ТЭС может оказывать непосредствен- ное либо через изменение качества биосферы (атмосферный воздух, водные объекты, почва, растительный и животный мир со сложивши- мися экосистемами, микроклиматы, ландшафт). По выявленным экологически значимым позициям прогнозиру- ются возможные изменения в окружающей среде под влиянием ТЭС по крайней мере по следующим аспектам: - изменение количественных соотношений веществ и воздуха ра- бочей зоны населенного пункта, природных зон в поверхност- ных и подземных водах, на почве; - изменение растительного покрова, в том числе: - видового состава; - состояния растительных сообществ, характера возобновления; - площади распространения растительных сообществ в зоне влияния ТЭС; - изменение животного мира, в том числе: - видового состава; - численности популяции; - мест обитания популяционных сообществ; ~ изменение местного климата, включая: - температурный режим; - влажность; - особенности воздушной циркуляции; - изменение недр, в том числе: - динамической напряженности пород; - термическо1тлэежишигогаиь1хл10осш;" - изменение гидрологического режима подземных вод; - изменение визуального, культурно-исторического качества при- родной среды, в том числе: - визуальные доминанты; - материальные, культурно-исторические памятники. Технологическая и технико-экономическая характеристика ТЭС включает следующие сведения: - основные технические решения; - состав оборудования; - соответствие передовому отечественному и зарубежному уровню: - вид топлива и его потребление. На стадии проектирования ТЭС определяются механизм, харак- тер и уровень ее воздействия на окружающую среду: - источники воздействия, их виды и характеристики; - объекты воздействия. Осуществляется прогнозная оценка изменения окружающей сре- ды под воздействием ТЭС: - на основании данных о санитарно-гигиеническом состоянии воз- душного и водного бассейнов рассматривается увеличение за- грязнения атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почвы. Выделяются загрязнители, по которым складывает- ся концентрация, превышающая ПДК; - по выявленным экологически значимым позициям прогнозиру- ется новое состояние окружающей среды, оцениваются возмож- ные последствия совокупности вероятных изменений в окружа- ющей среде на здоровье и условия жизни населения при соору- жении ТЭС и при нулевом варианте (без реализации проекта); - оценка последствий ожидаемого воздействия создаваемой ТЭС на окружающую среду проводится с учетом фонового загрязне- ния, исходного состояния природных объектов, уязвимости ме- стных экосистем, наличия особо охраняемых природных объек тов, а также с использованием информации об экологически; последствиях сооружения аналогичных энергопредприятий. При оценке вероятности и последствий аварийных ситуаций: - рассматриваются все возможные их виды (разрушение плотины] дамбы, пожары, разрывы газовых сетей и др.), причины их воз- никновения (технические ошибки персонала, дефекты оборудо- вания, стихийные бедствия), вероятность аварийных ситуаций; - на качественном уровне анализируются последствия отдельных видов аварийных ситуаций для окружающей среды и населения; - оценивается возможность оперативной эвакуации персонала, на- селения; - способы устранения и предотвращения аварийных ситуаций, предусмотренные проектом. рассматриваются ранее выполненные природоохранные меро- приятия при разработке проекта реконструкции, технического пере- вооружения ТЭС по охране атмосферного воздуха, водоемов, почвы и недр. Оценка исходного состояния окружающей среды включает; - характеристику воздушной и водной среды; земель, отводимых в постоянное и временное пользование; - описание климатических, геологических и других природных условий; - характеристику флоры, фауны, рекреационных и особо охраня- емых территорий; - демографические показатели; заболеваемость населения; дина- мику этих показателей; заболеваемость работающих с времен- ной утратой трудоспособности; профессиональную заболевае- мость. Рассматриваются средства по ограничению воздействия создава- емой ТЭС на окружающую среду (специальные технические средства по очистке дымовых газов, сточных вод, водообороту, переработке отходов, безопасному складированию золошлаков) и соответствующих Изменений в окружающей среде: - в расчетном режиме эксплуатации; - в случае малоэффективной работы систем улавливания и очист- ки дымовых газов и сточных вод, некачественного выполнения золошлакоотвалов и т. д.; ~ в условиях аварийной ситуации. Выполняется оценка полноты и достоверности мероприятий по Рбдотвращению либо ограничению до допустимого уровня отрица- ^^•^ьных экологических и связанных с ними социальных и экономи- ческих последствий реализации проектных решении, в том числе ме- роприятий: - обеспечивающих соблюдение отраслевых природоохранных нор- мативов; - по снижению ненормируемого воздействия; - по предупреждению и ликвидации экологических, социальных и экономических последствий возможных аварийных ситуаций; - по восстановлению ранее нарушенхюй окружающей среды в ре- зультате эксплуатации ТЭС (для проекта реконструкции, расши- рения и технического перевооружения энергопредприятия); - по контролю загрязняющих выбросов и сбросов, методам опо- вещения, сигнализации, защиты. Осуществляется эколого-экономическая оценка проектных решений: - расчет полных общественных затрат на осуществление проекта с учетом всех выявленных последствий (в том числе здоровья населения), включающих хозрасчетные выгоды, компенсацион- ные выплаты, затраты на ликвидацию или ограничение отдель- ных отрицательных последствий; - эколого-экономический анализ с учетом общественных и эконо- мических интересов с использованием также показателей, не имеющих стоимостного выражения; - расчет рентабелыюсти создаваемой ТЭС с учетом динамики цен на топливо, отпускаемую тепловую и электрическую энергию, утилизируемые отходы производства. 1,2. ПРАВОВОЕ И НОРМАТИВНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Эффективность природоохранных мероприятий в значительной степени зависит от состояния правового обеспечения и комплексного подхода к решению проблемы. В 1992 г принят Закон Республики Беларусь «Об охране окружа- ющей среды», а в 1997 г. — «Об охране атмосферного воздуха». Эти законы и другие акты законодательства являются основанием для раз- работки нормативных и методических документов, регламентирующих функционирование субъектов хозяйствования в области охраны окру- жающей среды. Данные документы имеют разное назначение и обес- ^,ечивают единый подход к формированию и реализации природоох- анньтх мероприятий во всех отраслях народного хозяйства страны, включая энергетику. Ниже приведены характеристики и назначение нормативных и ( с т о д н ч е с к и х документов по вопросам охраны окружающей среды (в с о о т в е т с т в и и с РД РБ 0212.1-96). Нормативные и методические документы в области охраны о к р у ж а ю щ е й среды и использования природных ресурсов содержат пра- вила, общие принципы, методические подходы или характеристики по в о п р о с а м охраны окружающей природной среды от загрязнения, разру- шения, истощения, а также использования природных ресурсов, обяза- тельные для применения и соблюдения расположенными на террито- рии Республики Беларусь предприятиями, в том числе с иностранными инвестициями, учреждениями, организациями независимо от форм соб- ственности и подчиненности, гражданами, занимающимися предпри- нимательской деятельностью без образования юридического лица, ми- нистерствами и другими органами государственного управления. Нормативные документы по стандартизации (далее нормативные документы) содержат правила, обпще принципы или характеристики, касающиеся различных видов деятельности, в том числе их результатов. К ним относятся: стандарт Республики Беларусь (СТБ), руководящий документ Республики Беларусь (РД РБ), технические условия (ТУ РБ), техническое описание (ТО РБ), стандарт предприятия (СТП). Методические документы в области охраны окружающей среды и использования природных ресурсов (далее методические докумен- ты) содержат общие принципы, правила, методические подходы и по- ложения, касающиеся вопросов охраны окружающей среды и исполь- зования природных ресурсов. К ним относятся: инструкции, правила, 'методики, положения и другие документы, утвержденные или согла- •^ованные с Министерством природных ресурсов и охраны окружаю- "^ей среды Республики Беларусь. Основополагающие нормативные и методические докумен- в области охраны окружающей среды и использования природных Р^^Урсов устанавливают на уровне государства общие организацион- "•Уетодические положения, общетехнические и нормативные требо- (нормы и правила), обеспечивающие техническое, методичес- кое и нормативное единство и взаимосвязь различных областей науки, техники, производства, организации и управления по вопросам окру- жающей среды и рационального использования природных ресурсов. В энергетике используются нормативные документы, разработан- ные в соответствии с природоохранным законодательством страны, кодексами РБ, директивными документами, международными согла- шениями и конвенциями, а также стандартами РБ. Необходимо отме- тить, что система нормативных документов динамично развивается и постоянно дополняется новыми положениями, отражающими уровень научно-технического прогресса и социально-экономических условий развития экономики страны. В международных отношениях Республики Беларусь вопросы охраны окружающей среды относятся к приоритетным. По этим воп- росам заключены международные конвенции и соглашения, по вы- полнению которых в стране проводится активная работа: идет подго- товка новых документов по сотрудничеству с зарубежными странами в этой области. Основные направления сотрудничества в рамках подписанных соглашений с зарубежными странами: - усовершенствование природоохранного законодательства; - совместная деятельность в области нормирования, стандартиза- ции, метрологии и сертификации; - охрана окружающей среды в энергетике; - управление промышленными и бытовыми отходами, их перера- ботка; - охрана окружающей среды в сельском хозяйстве; - охрана окружающей среды в промышленности; - применение природоохранных технологий и экологически бе- зопасных веществ; - мониторинг окружающей среды; - заповедное дело, охрана редких и находящихся под угрозой ис- чезновения видов животных и растений; - просвещение, образование и научное сотрудничество; - обмен информацией по данной тематике и др. Сотрудничество осуществляется в форме реализации совместных программ и проектов, проведения совещаний и консультаций экспер- заседаний рабочих групп; научных семинаров и симпозиумов; ^од'готовки, стажировки, обмена специалистами, учеными, делегаци- "" обмена научно-технической, нормативно-методической и другой и н ф о р м а ц и е й и т. д . 1у1еждународное сотрудничество в энергетике в основном осуще- хвляется путем проведения исследований по следующим вопросам: ^ технология сокращения выбросов основных загрязнителей воз- духа, включая технико-экономические обоснования и послед- ствия для окружающей среды; - аппаратура и другие средства наблюдения и измерения уровня вы- бросов и концентрации загрязнителей воздуха в окружающей среде; - усовершенствование модели трансграничного переноса загряз- нителей воздуха на большие расстояния; - воздействие основных загрязнителей воздуха на здоровье лю- дей и окружающую среду, включая сельское хозяйство, лесное хозяйсгво, материалы, водные и другие природные экосистемы; - экономическая, социальная и экологическая оценка альтернатив- ных мер для достижения целей в области охраны окружающей среды, включая сокращение трансграничного загрязнения воз- духа на большие расстояния; - программы обучения и подготовки кадров, связанные с экологи- ческими аспектами загрязнения сернистыми соединениями и другими основными загрязнителями воздуха. Посредством обмена информацией, консультаций, научно-иссле- довательской деятельности и мониторинга разрабатывается политика и стратегия в качестве средств борьбы с загрязнителями воздуха. 1.3. ТЕРМИНЫ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ В Законе «Об охране атмосферного воздуха» и других норматив- '^ bix документах приведен перечень основных показателей и понятий, используемых в системе природоохранной деятельности, а также даны Их следующие определения: ~ природопользование — хозяйственная и иная деятельность, в процессе которой используются природные ресурсы и оказыва- ется воздействие на окружающую среду; - охрана атмосферного воздуха — совокупность организацион- ных, экономических, технических, правовых и иных мероприя- тий, направленных на предотвращение загрязнения атмосфер- ного воздуха, осуществляемых государственными органами, юридическими и физическими лицами; - атмосферный воздух — охраняемый природный объект, пред- ставляющий собой газовую оболочку нашей планеты; - вредное физическое воздействие — воздействие на атмосфер- ный воздух факторов физической природы (щум, инфразвук, уль- тразвук, неионизирующие и ионизирующие излучения, вибра- ция), оказывающее в величинах, превышающих пределыю до- пустимые уровни, неблагоприятное влияние на организм чело- века и окружающую среду; - качество атмосферного воздуха — совокупность его свойств, определяющих степень воздействия химических, физических и биологических факторов на окружающую среду; - загрязнение атмосферного воздуха — изменение его состава в результате привнесения в него примесей; - антропогенное загрязнение атмосферы — обусловлено дея- тельностью человека; - естественное загрязнение атмосферы — обусловлено природ- ными процессами; - трансграничное загрязнение атмосферного воздуха — вызы- вается переносом примесей, источники которых расположены на территории другого региона, государства; - загрязняющее вещество — примесь в атмосферном воздухе, оказывающая неблагоприятное воздействие на здоровье чело- века, объекты растительного и животного мира, другие компо- ненты окружающей среды или наносящая ущерб материальным ценностям; - источник загрязнения атмосферного воздуха — объект, от ко- торого загрязняющее вещество поступает в атмосферный воздух: - передвижные источники — автомобильные, железнодорожные, воздушные, морские и речные транспортные средства, сельско- хозяйственная, дорожная и строительная техника и иные пере- движные средства и установки, оснащенные двигателями внут- fjHcro сгорания, работающими на бензине, дизельном топли- Р ^ к е р о с и н е , сжиженном и сжатом газах, бензогазовых и газо- д е л ь н ы х смесях и других альтернативных видах топлива; ыбР®'' вещества — вещество поступает в атмосферу из источ- " нИка примеси; щошность выброса — количество выбрасываемого в атмосфе- ' у вещества в единицу времени; организованный промышленный выброс — поступающий в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздухо- воды и трубы; _ неорганизованный промышленный выброс — поступающий в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудов- летворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки, выгрузки или хранения продукта; _ удельные выбросы загрязняющих веществ — их масса, вы- брасываемая в атмосферный воздух различными источниками загрязнения, обусловленная современным уровнем развития тех- ники и технологии в расчете на единицу мощноетных, энерге- тических и материальных характеристик продукции, получен- ной при данном технологическом процессе; - инвентаризация выбросов — систематизация сведений о рас- пределении источников на территории, количестве и составе выбросов; - предельно допустимые концентрации загрязнения атмосфер- ного воздуха — максимальные концентрации веществ, не ока- зывающие ни прямого, ни косвенного вредного воздействия на организм человека, включая отдаленные последствия для насто- ящего и будущего поколений; - ориентировочно безопасные уровни воздействия — времен- ные ориентировочно безопасные концентрации веществ в атмос- ферном воздухе, установленные расчетным путем на основании и^токсикометрических параметров и физико-химических свойств; Предельно допустимый выброс — норматив (масса вещества ® единицу времени), устанавливаемый для конкретного стацио- Иарного источника выбросов, отдельных предприятий, регионов и обеспечивающий соблюдение на данной территории качества атмосферного воздуха с учетом воздействия на него выбросов от указанного и всех других источников, а также соблюдение установленных предельно допустимых (критических) нагрузок для экосистем и технических нормативов выбросов; - временно согласованный выброс — временный норматив (мас- са вещества в единицу времени), устанавливаемый для действу- ющих стационарных источников выбросов, отдельных предпри- ятий, регионов, с учетом состояния атмосферного воздуха и со- циально-экономических условий развития территорий для по- этапного достижения установленных нормативов предельно до- пустимых выбросов; - санитарно-защитная зона — часть территории вокруг источни- ка загрязнения атмосферного воздуха, устанавливаемая с целью снижения уровней загрязнения до установленных нормативов и уменьшения отрицательного влияния на здоровье человека; - метеорологические факторы загрязнения атмосферы — ме- теорологические элементы, явления и процессы, влияющие на загрязнение атмосферы; - неблагоприятные метеорологические условия — метеороло- гические условия, способствующие повышению уровня загряз- нения атмосферного воздуха; - потенциал загрязнения атмосферы — сочетание метеорологи- ческих факторов, обусловливающих уровень возможного загряз- нения атмосферы от источников в данном географическом районе; - опасная скорость ветра — на установленной высоте, при кото- рой приземная концентрация от источника примеси достигает максимального значения; - остров теплоты — область в городе, в которой температура воз- духа выше, чем за городом; - смог — газообразные и твердые примеси в сочетании с туманом или аэрозольной дымкой, образующиеся в результате их преоб- разования и вызывающие интенсивное загрязнение атмосферы; - фотохимический смог — смог, образованный в результате ре- акций между примесями в атмосфере под влиянием солнечной радиации; . атмосферная диффузия — неупорядоченное перемещение воз- духа с находящимися в нем примесями, обусловленное турбу- лентностью атмосферы; - коэффициент турбулентной диффузии в атмосфере — коэф- фициент пропорциональности между средним турбулентным по- током примеси в атмосфере и градиентом ее осредненной кон- центрации; - дымовой газ — выделяемый промышленным источником при горении органических веществ; - очищенный газ — подвергнутый очистке в одном или несколь- ких газоочистных аппаратах; - промышленная пыль — входящая в состав промышленного выброса; - дисперсный состав пыли — распределение частиц пыли по размерам, характеризуемое относительным содержанием фрак- ций или параметрами функций, описывающих указанное рас- пределение; - запыленность газа — массовая концентрация пыли в газе; - очистка газа — отделение от газа или превращение в безвред- ное состояние загрязняющего вещества, поступающего от про- мышленного источника; - промышленная очистка газа — очистка газа с целью последу- ющей утилизации или возврата в производство отделенного от газа или превращенного в безвредное состояние продукта; - санитарная очистка газа — очистка газа от остаточного содер- жания в газе загрязняющего вещества, при котором обеспечива- ется соблюдение установленных для последнего предельно до- пустимых концентраций в воздухе населенных мест или произ- водственных помещений; - вымывание примеси из атмосферы — удаление примеси из ат- мосферы при образовании облаков, туманов и выпадении осадков; выпадение примеси из атмосферы — удаление примеси из ат- мосферы под действием гравитационных сил; • степень очистки газа — отношение массы извлеченного из газа или прореагировавшего загрязняющего вещества к массе за- грязняющего вещества, присутствующего в газе до очистки; - самоочищение атмосферы — частичное или полное восстанов- ление естественного состава атмосферы вследствие удаления примесей под воздействием природных процессов. Приведенный перечень терминов и их определение не являются исчерпывающими. Они характеризуют только основные из них и до- полняются новыми понятиями по мере развития основ природополь- зования. 2. СОСТАВ И СТРУКТУРА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА. ВИДЫ ЕГО ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ 2.1. АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ Атмосфера является смесью многих газов (основные из них — азот, кислород, аргон) и таких важных примесей, как водяной пар, уг- лекислый газ и озон. Кроме того, в атмосферном воздухе во взвешен- ном состоянии находятся жидкие и твердые аэрозоли естественного и антропогенного происхождения. Газовый состав земной атмосферы приведен в табл. 2.1. Таблица 2.1 Элементы и газы Содержание в нижних слоях атмосферы, % По объему По массе Азот 78,084 75,5 Кислород 20,946 23,14 Аргон 0,934 1,28 Неон 0,0018 0,0012 Гелий 0,000524 0,00007 J^£MnTon 0,000114 0,0003 .Водород 0,00005 0,000005 газ 0,034 0,0466 Водяной пар: в полярных широтах ^ ^ a i ^ o p a 0,2 2,6 — Озон: тропосфере 0,000001 0,001-0,0001 — i ^ a H гч 0,00016 0,0000003 ^•^сид углерода Тысячные доли, в воздухе городов — до 0,000008 0,0000078 Примерно 50% массы атмосферы сосредоточено в нижних 5 км надземной поверхности, соответственно 75% — в нижних 10 км, 90% — в нижних 20 км, 99,5% — в приземной 80-километровой зоне. Атмосферный воздух у земной поверхности, как правило, влаж- ный, поскольку в его состав вместе с другими газами входит водяной пар — вода в газообразном состоянии. Содержание водяного пара в воздухе меняется в значительных пределах в отличие от других его составных частей: у земной поверхности оно составляет в среднем от 0,2% в полярных широтах до 2,6% у экватора, а в отдельных случаях колеблется от О до 4%. Это объясняется тем, что при существующих в атмосфере условиях водяной пар может переходить в жидкое и твер- дое состояние и, наоборот, может поступать в атмосферу заново вслед- ствие испарения с земной поверхности. Сухой чистый атмосферный воздух у земной поверхности на уров- не моря состоит из азота (78,084% по объему и 75,5% по массе) и кисло- рода (20,146% по объему и 23,14% по массе). Оба эти газа входят в со- став воздуха в виде двухатомных молекул N^ и О .^ Оставшийся 1% приходится почти целиком на аргон — 0,94%. Углекислый газ СО^ со- ставляет 0,034%. Другие газы (криптон, ксенон, неон, гелий, водород, озон, йод, радон, метан, аммиак, закись азота и др.) входят в состав воз- духа в тысячных, миллионных и еще меньших долях процента. Перечисленные газы при наблюдающихся в атмосфере темпера- турах и давлении всегда сохраняют газообразное состояние не только у приземной поверхности, но и в верхних слоях. Состав сухого воздуха у земной поверхности практически посто- янен и одинаков повсюду. Существенно может меняться только содер- жание СО^: в результате процессов дыхания и горения в воздухе за- крытых помещений, а также промышленных центров его объемное содержание может возрастать в несколько раз — до 0,1-0,2%. В связй с этим уменьшается, хотя и весьма незначительно, процентное содер- жание N j и О^. Оно может меняться также в связи с местными и вре- менными изменениями содержания в воздухе аммиака, йода, радона и других газов, попадающих в атмосферу с поверхности почвы или воды. В воздухе находятся также взвешенные твердые частицы зем- ного и космического происхождения — атмосферный аэрозоль. Даже в 1 м' чистого воздуха содержится от 100 до 300 млн пылинок. Части- атмосферного аэрозоля нередко служат центрами конденсации ат- '^^'^ферной влаги, что является причиной образования туманов, и вли- joT на другие физические процессы, происходящие в атмосфере (раз- J молний, оптическая плотность и т п.). До высоты 200 км преобладающим газом атмосферы еще остает- ся а з о т Выше начинает преобладать кислород, причем в атомарном с о с т о я н и и , так как под действием ультрафиолетовой радиации Солн- ца его двухатомные молекулы разлагаются на заряженные атомы. Выше 1 ООО км атмосфера состоит главным образом из гелия и водорода (с п р е о б л а д а н и е м атомарного водорода). Содержание водяного пара в воздухе меняется с высотой, причем более значительно, чем состав сухого воздуха. Плотность водяного пара в с р е д н е м снижается в 2 раза в свободной атмосфере уже на высоте 1,5 км, а в горах — на высоте 2 км. На высоте 5 км содержание водяно- го пара в воздухе в 10 раз меньше, чем у земной поверхности, на высо- те 8 км — в 100 раз меньше, а на высоте 10—15 км оно ничтожно мало. По вертикальному распределению температуры в атмосфере вы- деляются следующие основные слои: тропосфера (от 8 до 18 км), стра- тосфера (от 45 до 55 км), мезосфера (от 80 до 90 км), термосфера (от 500 до 800 км), экзосфера (выше 800 км) и переходные слои между ними: тропопауза, стратопауза, мезопауза, термопауза. По физико-химическим процессам в атмосфере выделяют следу- ющие основные слои: озоносфера (слой атмосферы между 10 и 50 км), нейтросфера (от земли до 70-90 км), ионосфера (от 50-80 км до 400 км), хемосфера (от стратосферы до нижней части термосферы). Особым слоем является озоносфера. Озон образует в высших слоях атмосфе- ра тонкий слой — так называеый озоновый экран, схема которого при- ведена на рис. 2.1. В нем происходят фотохимические процессы обра- зования озона, максимальное содержание которого (порядка 410"^ г/м^) приходится на уровень между 20 и 25 км с резким убыванием его вверх ^бниз. Так как озон способен поглощать значительную часть ультра- ^ олетовой радиации Солнца, температура воздуха в слое, находящем- Bbiuie него, т. е. в верхней стратосфере, достигает даже положи- ®«ьных значений. Атмосфера поглощает и рассеивает солнечную радиацию, сама из- длинноволновую инфракрасную радиацию, поглощает инфра- Ультрвфиопетовое мл^енме Ультрафиолетовоо излучение и IL Озон поглощает О ^ ультрафиолет . ^ Ультра- фиолет у15ивавт живое б Своболные атомы кисло pOiaa Гаао образный кислород Озон О, Кислород -Оз Равновесие Озон Рис. 2.1. Озоновый экран: а — поглощение озоном (ОJ в стратосфере ультрафиолетовых лучей; б — формирование озона в стратосфере красную радиацию земной поверхности и обменивается теплотой с зеМ' ной поверхностью путем теплопроводности и фазовых переходов воды Вследствие неравномерного нагревания атмосферы в ней вознИ' каст общая циркуляция и ряд местных, локальных, циркуляций. Об: щая циркуляция атмосферы приводит к обмену воздуха между раЗ' личными широтами и областями Земли. Она осуществляется в форм* циклонической деятельности, т. е. с помощью атмосферных возмуще ний — циклонов и антициклонов. Под влиянием радиационных уело ВИЙ и циклонической деятельности происходит расчленение тропо I в горизонтальном направлении на отдельные воздушные мас- резко разграничивающими их переходными зонами — фронтами. Для высот от 2000 до 80000 м над уровнем моря приняты еледую- значения основных параметров стандартной атмосферы: атмосферное давление р = 760 мм рт. ст., 1013,25 ГПа, или 1013,25 Мбар; _ температура воздуха Г - 288,15 К, 15,0° С; относительная влажность воздуха ф = 0%; _ плотность воздуха р = 1,225 кг/м\ А т м о с ф е р а содержит различные -загрязняющие вещества и при- меси, вносимые в нее в результате природных процессов и человечес- кой деятельности (табл. 2.2). Загрязнение воздуха имеет место в тех случаях, когда загрязняющее вещество или несколько веществ при- сутствуют в атмосфере в таком количестве и в течение такого време- ни, что они причиняют вред или могут способствовать причинению вреда людям, животным, растениям и имуществу, или могут нанести не поддающийся учету ущерб здоровью и имуществу человека. В природе происходят различные процессы и существуют ис- точники поступления в воздушную среду газов, паров и твердых ча- стиц: атмосферное электричество, химические и фотосинтетические процессы, дыхание живых организмов, вулканическая деятельность, общая циркуляция атмосферы и наличие мощных локальных воздуш- ных течений и ветров. В результате природных процессов в атмос- ферный воздух поступают: углекислый газ, озон, соединения азота и серы, взвешенные вещества. Свинец, имеющийся в составе земной коры, попадает в воздушный бассейн в результате естественных про- цессов с летучими веществами, морской солью, при лесных пожа- рах, вулканических извержениях, песчаных бурях (важный источник свинца в виде силикатного соединения). Подобное происхождение имеют и другие твердые примеси в атмосфере. Большая часть взве- '^енных частиц, поступающих в естественных условиях в атмосфе- РУ' образуется при взаимодействии газообразных компонентов. По оценкам, количество их достигает 1,110'' т в год. Далее Удельному содержанию в атмосфере следует почвенная пыль и Ни выветренных горных пород, морская соль и частицы вулка- ^^еских извержений. OJ Таблица 2.2 Основные загрязнители атмосферного воздуха Основные источники Среднегодовая концентрация в воздухе, мг/м' Химич. Загрязни- тели Природные Искусствен- ные процессы взаимодейст- вия с окруж. средой Воздействие на здоровье человека Воздействие на окруж. среду 1 2 3 4 5 6 7 Твердые Вулканические Сжигание В городских В зависимос- Зависит от Снижение солнеч- частицы извержения, топлива в районах ти от хими- химичес- ного освещения и (пыль, пылевые бури. промышлен- 0 , 0 4 - 0 , 4 ческого сос- кого видимости, увели- зола и лесные пожары. ных и бы- тава и раз- состава чение облачности и др.) испарения морской соли и др. (около 3 7 6 0 - 1 0 Ч / г о д - 94 % от общего количества) товых уста- новках (ок. 2 4 0 - 1 0 4 / г о д - 6%) мера частиц туманности. Разру- шение и загрязнение материалов. Возмож- ное снижение темпе- ратуры Земли в ре- зультате длительного воздействия Сернис- Вулканические Сжигание В городских Атл{Осферное Заболева- Хроническое пора- тый ан- извержения, топлива. районах д о окисление до ния дыха- жение растений, гидрид. окисление серы нефтеперера- 0 , 5 - 1 SO3 приво- тельных снижение урожай- SO. и сульфатов, ботка, черная дит к образо- путей ности в сельском рассеянных в и цветная ванию тума- хозяйстве, уничто- море (около металлургия на, содержа- жение лесов 1 5 0 - 1 0 4 / г о д - (175-150) -10 ' щего пары 7 0 - 5 0 % от общ. т / г о д - д о H2SO4 количества) 50%) продолжение таблицы 2.2 1 ' / ^ 3 4 5 1 ^ \ Т \ / Оксиды 1 Лесные пожары Окисление В районах с В проц. горе- Л.Г уменьш. Поглощение соинсч- \ / азота NOx (770-1 о" т/год- атмосферно- развитой ния образ. содержания ноге света NO2, обра-1 около 93% от го азота и промышлен- 9 5 - 1 0 0 % гемоглоби- зование коричневой общ. количества) азота топ- ностью и авто- N 0 , который на в крови дымки, которая яв- лива при вы- транспортом - окисляется в ляется одним из глав- сокой тем- до 0,2, в дру- атмосферном ных компонентов пературе - гих - до 0,05 воздухе до фотохимических энергетика. NO2 атмосф. туманов - смогов. промышлен- озоном. В Разрушение ряда ма- ность, авто- выбросе ото- териалов, снижение мобили (ок. пительн. ус- урожайности в сель- 5 5 - 1 0 4 / г - тановок, газ. ском хозяйстве. 7%) турбин и дизелей - 7 0 - 9 0 % N 0 , 1 0 - 3 0 % N 0 , уничтожение лесов Оксид Лесные пожары Неполн. сго- 1 - 5 0 (в завис. Медл. окисл. То же Никакого углерода ( 1 М 0 Ч / г о д ) , рание топли- от интенсив- до СОт в ниж- воздействия на СО выделения океа- ва (автомо- ности авто- нем слое высшие растения при нов (10-1 ОЧ/г) , били, про- транспорта. атмосферы. концентрации менее окисление тер- мышл. до близости ме- Химич. 1 мг/м^ пенов (12-10'' 250-350-1 о" таллургичес- инертность т / 1 ' о д - 5 - 1 0 % о т т/год - ких произ- по отнош. к общ. количества) 9 0 - 9 5 % ) водств) др. комп. городской атмосферы L>J OJ Окончание таблицы 2.2 \ 2 3 4 5 6 7 Летучие Лесные пожары. Ненолн. сго- В районах с Реакция СО Раздража- Поражение растений углеводо- поступления при- рание орга- развитым авто- и Оз с обра- ю щ е е некоторыми соеди- роды и их родного метана нич. топлива транспортом и зованием действие нениями при концен- продукты (из почвы болот) (автомобили). промышлен- альдегидов. некоторых трации выше 0,02 и природных тер- дожигание ностью - до 3 кислот и др. продуктов мг/м^. Понижение пенов (2600-10^ отходов, ис- соединений окисления видимости; частое т / г о д - 9 7 % ) парения рас- углеводо- появление запаха творителей и родов (аль- продуктов дегидов) на нефтеперера- глаза и ды- ботки (80-10^ хательные т / г о д - 3 % ) пути Полицик- — Ненолн. сго- Вблизи ас- Нет данных Понижение Нет данных лические рание орга- фальтобетон- видимости, аромати- нич. топлива ных заводов и поражение ческие в стационарн. при сжигании ряда расте- углево- установках и твердого топ- ний; неко- дороды двигат. авто- лива в слое - торые угле- мобилей и до 0,01 водороды самолетов, могут вы- выбросы хи- зывать за- мич., метал- болевания лургич., неф- раком теперер-х и асфальтобе- тон. заводов (100%) кроме того, ежегодно с поверхности Мирового океана в атмосфе- испаряется слой воды в 1250 мм, с суши — в 410 мм, что составляет З^ ЮОО км^ Однако, несмотря на высокий уровень естественных, природных атмосферных загрязнений, они становятся опасными только в особых с л у ч а я х , например при извержениях вулканов, лесных пожарах и дру- гих стихийных бедствиях. Это связано с тем, что происходящий ее ге- с т в е н н ы м путем процесс изменения состава атмосферы является со- ставным элементом природной среды, в которой эволюционно развились средства и способы предотвращения неблагоприятных по- следствий для экосистемы и борьбы с ними. Основные причины и источники антропогенных атмосферных загрязнений воздуха: - развитие промышленности; - рост энергопотребления и производства электроэнергии; - развитие всех видов транспорта; - урбанизация и рост численности населения городов; - химизация и интенсификация сельского хозяйства. По современным оценкам, от 5 до 45% всех частиц и примесей в атмосфере являются продуктом деятельности человека. К тому же ан- тропогенные загрязнения воздушного бассейна имеют более обшир- ный видовой состав, включающий компоненты, чрезвычайно опасные по действию на природную среду и организм человека. Из всего многообразия загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу в результате хозяйственной деятельности человека, наи- более распространены оксид углерода СО (ежегодное поступление 2,010« т), двуокись серы SO^ (7,3-10''т/год), оксиды азота N0^ ^,5-10' т/год), взвешенные вещества (9,6...26)-10'"т), углеводороды углекислый газ СО^ (1,5-10'" т/год, в том числе в результате '^®игания ископаемого топлива 5-10'' т/год). Атмосферный воздух — важнейший природный ресурс. Такие его ^оставцые части, как кислород, углекислый газ и азот участвуют во огих биологических циклах. Весь кислород атмосферы Земли про- ^ ® кругообороте природных процессов через живое вещество ^ осферы примерно за 2000 лет Круговорот кислорода в биосфере Р^чллюстрирован на рис. 2.2. Рис. 2.2. Круговорот кис.породи в биосфере Кругооборот углерода, находящегося в атмосфере в виде СО,, на- чинается с поглощения его растениями при фотосинтезе. Биологичес- кий кругооборот углекислого газа происходит интенсивнее, чем кис- лорода. Скорость оборота через живое вещество биосферы составляет около 300 лет. Общее поступление СО^ в атмосферу растет экспоненциаль- но, увеличиваясь на 4 -5% в год. Рост концентраций углекислого газа может приводить к повышению температуры в нижнем слое атмосферы. 2 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ (ГОСТ 17.2.1.01-76) Нормативными документами (стандартами) установлена классифи- к а ц и я выбросов загрязняющих веществ из источников загрязнения ат- мосферы по составу. Она не распространяется на выбросы, содержа- щие радиоактивные и биологические вещества (радиоактивная пыль, с л о ж н ы е биологические комплексы, бактерии, микроорганизмы и т. п.). Выбросы в зависимости от с о с т а в а загрязняющих веществ клас- с и ф и ц и р у ю т с я по следующим признакам: - агрегатному состоянию веществ в них; - массовому выбросу (масса веществ, выбрасываемых в единицу времени). В зависимости от агрегатного состояния загрязняющих веществ выбросы подразделяют на классы (табл. 2.3): I — газообразные и парообразные; II — жидкие; Ш — твердые; IV — смешанные. Выбросы по химическому составу делятся на группы, а в зависи- мости от размера частиц — на подгруппы. 2.3. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В составе выбросов от ТЭС и котельных в атмосферу загрязняю- щих веществ с продуктами сгорания топлив наибольшую опасность представляют: сернистый и серный ангидриды, оксиды азота (моно- и •Ч^Уокись), оксид углерода и углекислый газ, твердые частицы (сажа, зола), углеводороды, в том числе бенз(а)пирсн). Сернистый газ (SO,) — бесцветный газ, определяющий запах ды- •^овых газов. При концентрации в воздухе 0,3-1,0 ррм ощущается па При более высоких концентрациях имеет резкий запах. Кругово- серы в биосфере приведен на рис. 2.3. Таблица 2.3 Классификация выбросов по составу Класс состава выбросов I 11 Газообразные и парообразные выбросы Жидкие выбросы Груп- па Химический состав Груп- па Химич. состав Под- группа Размер частиц, м-10"''' (мкм) 1 С е р н и с т ы й а н г и д р и д М е н е е 0,5 2 О к и с ь у г л е р о д а в к л ю ч и т е л ь н о 3 О к и с л ы азота (в п е р е - счете н а NO2), в т . ч. д в у о к и с ь а зота 1 К и с л о т ы 1 ( с у п е р т о н к и й т у м а н ) 4 Ф т о р и с т ы е с о е д и н е н и я (в п е р е с ч е т е па ф т о р - ион) , в т о м ч и с л е ф т о - С в ы ш е 0,5 до 3 в к л ю ч и т , ( т о н к о д и с п е р - р и с т ы й в о д о р о д 2 Щ е л о ч и 2 с н ы й т у м а н ) 5 С е р о у г л е р о д 6 С е р о в о д о р о д 7 Х л о р 8 С и н и л ь н а я к и с л о т а и ц и а н и д ы (в п е р е с ч е т е на C N ) 3 Р а с т в о р ы С в ы ш е 3 д о 10 в к л ю ч и т е л ь н о ( г р у б о д и с п е р - с н ы й т у м а н ) 9 Ртуть м е т а л л и ч е с к а я с о л е й 3 10 А м м и а к 11 М ы ш ь я к и его с о е д и н е н и я 12 У г л е в о д о р о д ы - всего , Р а с т в о р ы из них : ж и д к и х С в ы ш е 10 ( б р ы з г и ) 13 п р е д е л ь н ы е 4 м е т а л л о в 4 14 н е п р е д е л ь н ы е и их 15 а р о м а т и ч е с к и е солей 16 Ф е н о л 17 К и с л о р о д с о д е р ж . ор - г а н и ч . с о е д и н е н и я О р г а н и - ч е с к и е 18 А з о т с о д е р ж а щ и е о р г а - с о е д и - н и ч е с к и е с о е д и н е н и я 5 н е н и я 1 19 П р о ч и е Продолжение таблицы 2.3 ^ ^ — Класс состава выбросов Массовый выброс Ill IV Индекс па Химический Под- Размер Смешан- группы состав группа частиц. ные вы- т/сутки массов. мЮ-"^ (мкм) бросы выброса i Канцерогенные М е н е е 0,01 1 вещества 1 М е н е е 1 включ. 2 Свинец, соедине- ние свинца в включ. С в ы ш е 0,01 до 0,1 2 пересчете на РЬ 2 С в ы ш е 1 включ. 3 Органическая пыль 3 до 10 включ. С в ы ш е 0,1 до 1,0 включ. 3 4 Неорганическая пыль 4 С в ы ш е 10 С в ы ш е 1,0 до 10 4 5 Сажа до 50 включ. 6 Смолистые вещества включ. С в ы ш е 50 С в ы ш е 10 до 100 включ. 5 7 Прочие С в ы ш е 100 6 SO*—soa--. J J A M Добыча полезных Распад FeS и др. (поступление С Г , ^ ™ » . I Уголь и серосодержащие • углеводороды - нСпанмы и другие свросвдержшцие осадочные породы Рис. 2.3. Круговорот серы в биосфере Содержание сернистых газов, как и пыли, в выбросах ТЭС зави- сит от вида топлива, его характеристик. Количество выбрасываемых газов в атмосферу определяется состоянием сероочистки. Содержа- ние серы в мазутах, используемых ТЭС в РБ, составляет 2,5-3%. Се- росодержание твердых топлив, разных углей изменяется в широких пределах от 0,2-0,4 до 5% и более. При соединении сернистых соединений с парами воды образуют- ся сернистая и серная кислоты. Этот процесс усиливается в пасмур- ную погоду (с образованием аэрозолей с последующим воздействием на организм человека и объекты окружающей среды). При соответ- ствующих метеоусловиях серная кислота находится в атмосфере в виде капелек тумана либо выпадает на землю вместе с дождем. Известны формы негативного воздействия на окружающую среду в виде «кис- лотных дождей». При загрязнении воздуха сернистыми соединения- ми сверх допустимых пределов у людей проявляются легочные забо- левания, обостряется хронический бронхит. Пагубному воздействию подвергается флора и фауна, здания и сооружения, водоемы. С ростом кислотности погибают обитатели водоемов, появляются грибы и бак- терии — апаэробы, выделяющие углекислый газ, метан и сероводо- род. Подвергаются разрушениям металлические конструкции, бетон- ные сооружения; снижается урожайность, гибнут леса и т. п. В ряде стран последствия воздействия кислотных дождей достигли катастро- фических размеров в части уничтожения лесов, повреждения истори- ческих памятников культуры. В результате преобладания направления ветров с запада на восток на территорию нашей страны переносится значительное количество загрязняющих веществ из других стран. Эта проблема актуальна для многих стран Западной Европы, атмосфер- ный воздух которых подвергается загрязнению за счет переноса их из других стран. Смеси загрязняющих веществ более агрессивны, чем их состав- ляющие в отдельности. Примером таких образований является смог, возникновение которого происходит при наличии в воздухе газов (сер- нистых соединений) и пыли (сажи). В нижних слоях воздуха при его застое и приземной инверсии, сопровождающейся ростом температу- ры снизу вверх, возрастают и устойчиво поддерживаются повышен- ные концентрации загрязняющих веществ. Существует разновидность который создается в сухом загазованном воздухе из-за интен- смог^' рдзд^йствия на него солнечного облучения (фотохимический СИ® (Создается синеватая прозрачная дымка из новообразований, ^^^ le поражают дыхательные органы людей и животных и поврсж- X растения. В условиях смога концентрация сернистого газа в воз- '^^''^^миогократно (в 100-200 раз) превышает допустимые значения. В ^^тсратурб описаны случаи образования влажного смога (1952 г , Лон- он) фотохимического смога лос-анджелесского типа, которые наблю- д а ю т с я ежегодно в общей сложности 60 дней. Предрасположенность к образованию смогов при соответствующих уровнях выбросов за- грязняющих веществ объясняется наличием физико-географических у с л о в и й (горные котлованы и др.). В Беларуси появление смогов не отмечалось и при создавшихся условиях маловероятно. Оксиды азота. В составе выбросов загрязняющих веществ с про- дуктами сгорания топлив оксиды азота в основном представлены его моноокисью (N0) и в незначительном количестве двуокисью (N0,). Схема круговорота азота в биосфере приведена на рис. 2.4, 2.5. В ат- мосферном воздухе двуокись азота распадается с выделением атомар- ного кислорода с последующим образованием озона. При избытке озо- на в атмосфере появляются условия для образования смога. При наличии оксидов азота образуются нитраты и нитриты, которые ока- зывают отрицательное воздействие на человека и природную среду. Повышс1шос содержание оксидов азота в воздухе на уровне дыхания человека вызывает болезнь легких, нарушение витаминного обмена и т. п. Положение усугубляется тем, что на отечественных ТЭС дымо- Bbie газы не подвергаются очистке от оксидов азота. В то же время существует множество относительно малозатратных мероприятий, по- зволяющих технологическими методами существенно снизить уровень их выбросов в атмосферу. Окись углерода (угарный газ). В составе выбросов загрязняю- веществ от ТЭС он содержится относительно в небольшом коли- ^'сствс. Основной источник загрязнения атмосферы окисью углерода — автотранспорт. Окись углерода при воздействии на человека или животных ослаб- организм и ускоряет поражение различными заболеваниями. При ^^Равлении окисью углерода характерна быстрая утомляемость, голов- Эпеетрохи- мическови фотохими- ческое саязьшание Денитрифихация Рис. 2.4. Круговорот азота в биосфере ная боль, одышка, нарушение сна, сердцебиение и т. п. В сочетании с некоторыми другими веществами вызывает повреждение растений. В природе постоянно происходит процесс самоочищения атмосферы от окиси углерода. Содержание угарного газа в атмосфере зимой выше, чем лсгом. В выбросах ТЭС при соответствующей организации процесса сжигания топлива содержание окиси углерода может быть сведено к минимуму. Круговорот углерода в биосфере приведен на рис. 2.6, 2.7. Особое положение в составе выбросов в атмосферу от ТЭС занима- ет углекислый газ, содержание которого в воздухе постоянно растет.' Органический азот растений и животых (NHj) Аммот^хация Мочдаина Продукция растений и животных Аммиак (NHj) < Ион аммония (NH,) Нитрификация Нитриты (NOj) г»- Закись азота (N2O) Нитрификация Свободный азот ,, Двнитрификация Нитраты (NO3) Если концентрация этого газа в воздухе не превыша- ет 0,03%, то он не оказыва- ет влияния на человека. При содержании углекислого газа в воздухе более 3% у людей учащается дыхание, сердцебиение, повышается давление крови, замедляет- ся пульс и т. д. При более высоком содержании СО, в воздухе проявляется его нар- котическое действие. Обыч- Рис. 2.5. Схема круговорота азота в биосфере Азотфиксирую- щив организмы но содержание СО, в призем- ном слое атмосферы не должно превышать 0,1%. Средняя температура поверх- ности Земли в настоящее время состаляет 15° С, что соответствует тепловому равновесию с атмосферой. Антропогенная деятель- ность человека привносит дисбаланс в соотношение поглощаемой и выделяемой энергии, который увеличи- вает постепенно приземную температуру. Возникает так называемый «парниковый» эффект, вызываемый таки- ми газами, как диоксид уг-^ Схема круговорота углерода в биосфере g ^ лсрода, метан, оксид азота, пов " хлорфторуглероды. Без газового «одеяла» температура парц '^^ "®*^ ™ Земли была бы ниже на 30-40° С. Чрезмерное содержание Hbix газов создает предпосылки к росту температуры призем- •^ лоев атмосферы. На рис. 2.8, 2.9 приведена схема возникновения \ \ Ь / у / Солнца Равновесие Атмосфера-Вода // Н,СО. Рис. 2.7. Круговорот углерода в биосфере парникового эффекга, в том числе обусловленная увеличивающимся со- держанием СО^. В первой половине XX в. содержание углекислого газа оценива- лось в 0,03%, а специальные исследования, проведенные в рамках Второго международного геофизического года, показали, что его ко- личество возросло и в 1985 г. составило 0,34%. При нынешних темпах использования органических тонлив в ближайшие 50 лет прогнозиру- ется повышение среднегодовой температуры на планете в пределах от 1,5° С (близ экватора) до 5° С (в высоких широтах). / Световая / энергия Световая энергия поглощается и превращается в тепловую Теплота улавпиааетсн Утекислый и другие парниковые газы Поглощение углекислым другими парни- ковыми газами Нафввание атмосферы Исходящее инфракрасное излучение Рчс. 2.8. Схема возникновения парникового эффекта. Аналогично автомобилю или парнику нагревается атмосфера Зем.ш: свет сквозь нее проникает, а инфракрасное излучение поглощается парниковыми газами. Чем выше концентрация этих газов, тем сильнее нагревается атмосфера В то же время из-за увеличения запыленности атмосферного возду- ^^ рост содержания СО^ в нем не приводит к повышению его температу- а скорее создает условия для ее понижения. Однако по мере снижс- ^^ ия запыленности атмосферного воздуха проблема снижения СО, в нем УДет обостряться. Международными организациями проводится соот- ветствующая работа по правовому регулированию вопросов снижения ®Ь1бросов в атмосферу углекислого газа с продуктами сгорания топлив. (Солнце) Видимый свет от Солнца дос- тигает поверх- ности Земли и нафввавг ее Земля отдает погло- щенную энвргу|ю в атмо<^ру в виде инфракрасного излучения Часть инфракрасног излучения погпоцавтся СС^ и таким образом улавлива- ется атмосферой.Еще часть отражается или переизлуча- ется обратно к Земле Рис. 2.9. Парниковый эффект, обусловленный присутствием углекислого газа в атмосфере Твердые выбросы. При работе пылеугольных и мазутных ТЭС в атмосферу выбрасывается пыль различного состава. При росте газо- вых выбросов дополнительночобразуется пыль. Считается, что антро- погенные загрязнения воздуха пылью не превышают 5%. Однако по своему составу пыль достаточно опасна для человека, вызывая легоч- ные и аллергические заболевания. В общем объеме атмосферы пыль составляет ничтожно малую долю. В то же время основная часть загрязнения пылью сконцентри- ровапа над городами, суммарная площадь которых — не более 2% суши. Частицы пыли разносятся на большие расстояния. Загрязне- ние пылью населенных пунктов крайне неравномерное с преоблада- нием этого показателя для городской местности. Для энергетики РБ проблема пылеулавливания на ТЭС не является первоочередной из- за преобладания природного газа в качестве топлива. Для пылеуголь- ных ТЭС она относится к числу актуальных, требующих постоянно- го внимания. Углеводороды (разновидность — бенз(а)пирен) относятся к чрсз- 1чайно опасным загрязняющим веществам и появляются при непол- ном сжигании углеводородных топлив. Бенз(а)пирен является канце- о г с н и ы м веществом, вызывающим раковые заболевания, устойчив к д е й с т в и ю обычных окислителей, разлагается в условиях ультрафио- летового облучения. К наиболее распространенным углеводородам в с о с т а в е продуктов сгорания топлив относится метан. 3. НОРМИРОВАНИЕ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 3.1. ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ В большинстве промышленно развитых стран мира законодатель- но ограничивают выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Крите- рием этих ограничений являются предельно допустимые концентрации (ПДК) различных веществ в приземном слое атмосферы. При установ- лении нормативов ПДК для отдельного вещества исходят из того, что наличие в атмосферном воздухе соответствующего его количества не оказывает негативных воздействий на человека, животный и раститель- ный мир, климат, состояние атмосферы и т. п. Показатель ПДК устанав- ливается соответствующими органами. Впервые в бывшем СССР в 1951 г, а затем и в других странах мира были установлены нормативы ПДК большого числа загрязняющих веществ. В настоящее время в РБ действуют нормативы ПДК более чем по 400 веществам. Установлены также правила эффекта суммации токсичности выбросов при совмест- ном присутствии в атмосферном воздухе отдельных веществ (более 50 комбинаций смесей, например диоксид и монооксид азота, мазутная зола, сернистый и серный ангидрид, монооксид азота). Установлены ПДК загрязняющих веществ для рабочей зоны, воз- духа из систем вентиляции, населенных пунктов, территорий, курор- тов, зон отдыха. Существуют максимально разовые ПДК, при которых проявляют- ся реакции людей на загрязнение воздуха при 20-минутном воздей-: ствии на них и среднесуточные — без отрицательных последствий при неограниченно длительном воздействии. В разных странах устанавливались нормативы ПДК загрязняющих атмосферу веществ, уровни которых по одинаковым веществам значи- льно отличались. Для сравнения приведены действовавшие в 80-е гг. аксимально допустимые концентрации некоторых загрязняющих ве- щ е с т в в воздухе населенных пунктов отдельных стран (табл. 3.1). Таблица 3.1 г Зд^^шяющсс вещество ПДК загрязняющих веществ, мг/м^ Бывший СССР США ФРГ Венгрия Tf^^mccl^cepbi 0 ,15 0 ,26 0 ,40 0.15 Диоксид азота 0 ,085 0,45 1 0,085 Оксид углерода 1 16,5 — 1 Пыль 0 ,15 0 ,20 — 0,15 Свинец 0 , 0 0 0 7 0 ,02 — 0 ,0007 Хлор 0 ,03 0,3 0,3 0,03 Необходимо отметить, что нормативы ПДК загрязняющих веществ постоянно совершенствуются. Это иллюстрируется табл. 3.2, в кото- рой приведены данные применительно к N0^.. Таблица 3.2 Страна, год принятия Период ПДК, норматива осреднения мг/м' США, 1987 1 г о д 0,1 Япопия, 1986 2 4 ч 0 ,04 ^'Ф (СССР) 2 4 ч 0 ,04 2 0 м и н 0 ,085 Швеция, 1987 2 4 ч 0 ,12 1 ч 0 ,20 Нидерланды, 1986 2 4 ч 0 ,12 ( 2 % ) 1 ч 0 ,135 Республика Б е л а р у с ь 1 г о д 0 ,04 2 4 ч 0 ,10 2 0 м и н 0 ,25 ^^ табл. 3.3. представлены значения ПДК для основных загрязни- '''ЗДей атмосферы, принятые в Российской Федерации в 1994 г О ns^ с 1981 г действуют нормы ПДК по диоксиду азота, равные р и 0,3 мг/м^ при длительном и кратковременном воздействии. В ^ установлена среднегодовая ПДК NO^, составляющая 0,10 мг/м-' как д л я iicpiiiiMui.ix ( п р и м ч а н н ы х и и ц н 1 н 1 ь чдор^ми.с м е л о и с к а ) . law и для вторичных сгаидаргон (приjiiainibix иинтигь fxiaiососюяппс на- селения путем уменьшения Bpe;uioro возде11егвия .ии рячин i еде!! на растительны]"! и животньн"! мир. сгрончельные сиоружсння н i п.). Предельно допус тимые коинентрацни SO, в США сос тавляют; ОЛ miv'm^ в часовой и 0,3 мг'м' в срсднесу точтюй пробах. В Янонни аиалотич- иыс нормы более жесткие: максимальная (часовая) — 0,3 nhVm\ сред- несуточная — 0,14 мг/м'. Во Францин, как н в России, максимальная (30-минутная) ПДК SO, равна 0.5 д н м \ Ташииа 3.3 Значения ПДК д.1я основных загрязнителей, riociynaiomiix в атмосферу с дымовыми газами котлов, мг/\г' Загрязняющее ксщсство Кописит] эаимя Максимально-разовая Срслисс>точ11ая 1 2 3 П ы л ь н е т о к с и ч н а я 0,5 0 ,15 О к с и д у г л е р о д а 5,0 3,0 Д и о к с и д с е р ы 5 0 л 0,5 0 ,05 Д и о к с и д азота N O : 0 ,085 0 ,04 М о п о о к с и д азота N 0 0,4 0 ,06 С е р о в о д о р о д 1 I iS 0 ,008 0 ,008 Ф о р м а л ь д е г и д Н С Н О 0 ,035 0 .12 Бспз(а)пирсм C20H1: 1 — 0,000001 (0,1 мкг /100 м-') В Республике Беларусь загрязняющие вещества, выбрасываемые в атмосферу и с т о ч 1 Н 1 к а м и теплоты, имеют санитарно-гигиенический характеристики, которые демонстрируются в табл. 3.4. J При совместном присутствии эффектом суммации обладают; дн оксид азота п диоксид серы; диоксид и оксид азота; диоксид серы : мазутная зола (в пересчете на ванадий). При этом в соответствии уточнениями к дсйс'гвуюттщм нормативным документам но вопрс сам нормирования выбросов вредных веществ в атмосферу при со вмсстном присутствии диоксидов серы, азота, оксида азота, мазут ной золы (в пересчете на ванадий), обладающими эффектом неполно: суммации с коэффициентом комбинированного действия 1,65, н Наименование веществ 0 к с в д 1 г л е £ 0 ^ Р^1азугпая зола (в пересчете на в а н а д и й ) Зола ПДК, мг/м Максимально- разовые 0,5 0 ,25 0,4 5,0 0,5 Среднесуточ- ные 0,05 0,04 0,06 3,0 0,002 0,15 Таблица S.4 Класс опасности требуется проверки эффекта суммации в отношении диоксидов серы и азота. С 1.09.1998 г. R РБ введено дополнение к списку загрязняющих веществ, согласно которому коэффициент трансформации оксида азо- та в диоксид при рассеивании в атмосфере дымового факела ТЭС и котельных при расчете максимальных приземных концентраций ра- вен 0,8, усредненных (среднесуточных, среднемесячных, среднегодо- вых) — 0,6. Внесены дополнения в отношении ПДК диоксидов серы и азота (табл. 3.5). Таблица 3.5 Наименование ПДК, мг/м^ Класс опасности Максимально разовая Средне- суточная Средне- годовая Диоксид серы 0,5 0 ,2 0 ,05 3 Диоксид азота 0 ,25 0,1 0 ,04 2 Приведение в РБ нормативов ПДК для диоксида азота в соответ- ствие с таковыми ряда зарубежных стран позволило по-другому ре- шать задачи градостроительства, расширять объем малозатратных тех- нологических методов снижения выбросов в энергетике. 3.2. ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫЕ ВЫБРОСЫ ^^ Для соблюдения выполнения санитарно-гигиенических нормати- g Чистоты атмосферного воздуха в 70-80-е гг. в большинстве стран, ^ом числе и в бывшем СССР, была введена система нормирования предельно допустимых выбросов (ПДВ). Эта система ограничивает абсолютное значение выбрасываемых в атмосферу загрязнителей. Нормы ПДВ периодически пересматриваются с учетом совершенство- вания технологических процессов, а также появления достаточно эф- фективных очистительных устройств. Дополнение санитарно-гигиенических нормативов системой ПДВ позволило более четко оценивать ответственность каждого предприя- тия за загрязнение атмосферы. В бывшем СССР нормы ПДВ были установлены в конце 70-х гг. (ГОСТ 17.2.3.02-78). Этот же стандарт предусматривал для предпри- ятий возможность работать с повышенными, так называемыми вре- менно согласованными, выбросами (ВСВ). В настоящее время для действующих предприятий задачу о допустимых выбросах вредных веществ (М, г/с) решают местные органы контроля за состоянием атмосферы, которые руководствуются требованием обеспечения ПДК, а также технологическими возможностями промышленных и отопи- тельных котлов. В большинстве нромышленно развитых стран имеются общена- циональные стандарты по допустимым выбросам в атмосферу для крупных энергетических котлов, и, как правило, отсутствуют нормы для мелких отопительных котлов, которые обычно работают на газе или дистилляте (очищенном жидком топливе). Что касается промыш- ленных и крупных отопительных котлов, то к этой проблеме во всех странах подходят по-разному. Так, например, в США в декабре 1987 г. (Агентство по охране окружающей среды) ЕРА установило нормы, обязательные для промышленных котлов тепловой мощностью свы- ше 29,3 МВт (котлы тепловой мощностью более 73 МВт уже относят- ся к классу энергетических и должны удовлегворять другим нормам по допустимым выбросам). В соответствии с этими нормами, вступившими в силу в декабре 1989 г, выбросы оксидов азота (в пересчете на NO^) для котлов данного класса при сжигании газа не должны превышать 0,043-0,086 г/МДж в зависимости от теплового напряжения топочного объема. Если эти циф- ры перевести на более привычные концентрации но N0^, то для при- родного газа, сжигаемого в промышленных котлах г Москвы, предель- ные нормы концентрации N0^ в дымовых газах должны составлять 120-'^ 40 мг/м'' (в пересчете на N 0 , в сухой пробе дымовых газов при стандартных условиях: jD = 101,3 кПа, Г = 273 К, О, = 6%, т. е. а = 1,4). Для промышленных котлов, работающих на мазуте, в США при- няты следующие нормы допустимых выбросов: _ по N0^ — 0,172 и 0,129 г/МДж (больщая цифра для котлов с повышенным тепловым напряжением топочного объема); по SO, — 0,344 г/МДж при условии 90-процентной очистки ды- мовых газов или 0,215 г/МДж без очистки. У к а з а н н ы м выше удельным выбросам соответствуют следующие концентрации (приведенные к а = 1,4): - по N0^ — 480 и 360 мг/м^; -- по SOj'— 960 и 600 мг/м^ Выбросы твердых частиц при сжигании мазута не должны превы- шать 0,043 г/МДж, или приблизительно 280 мг/м^ Для промышлен- ных котлов, сжигающих твердое топливо, были установлены следую- щие предельные нормы выбросов: - по SO, — 0,516 г/МДж (для всех типов топок) и 90-процентная очистка дымовых газов; - по N0^. — 0,301 г/МДж (для пылеугольных топок); - 0,258 г/МДж (для топок с кипящим слоем); - о т 0,215 до 0,258 г/МДж (для разных топок с механическими решетками); - по твердым частицам — 0,0215 г/МДж. В большинстве европейских стран также лимитируются удельные выбросы только для крупных отопительных и промышленных кoтJюв, так как мелкие котлы, применяемые, как правило, для огопления ин- дивидуальных домов, работают на экологически чистом топливе. В табл. 3.6, 3.7 приведены предельно допустимые выбросы SO, и N0^ для промышленных котлов в некоторых развитых странах. Угроза глобальной экологической катастрофы вслсдствие техно- выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с продуктами угорания органических топлив вызывает необходимость устанавливать олее строгие нормы на допустимые уровни этих выбросов. В частно- N0^ в Европейском сообществе для новых ТЭС на твердом ^опливе мощностью свыше 50 МВт действующие предельные нормы мг/м^ (при 6% Oj) предполагается ужесточить с разбивкой но мощ- Таблица 3.6 Предельно допустимые выбросы диоксида серы для угольных котлов Страна Тепловая мощность котла, МВт Допустимые выбросы г/МДж мг/м"* при Ог = 3% Австрия 1 0 - 5 0 0,142 400 Бельгия 5 0 - 1 0 0 0,688 2000 Финляндия 5 0 - 1 5 0 0,232 660 Германия 1 - 1 0 0 (обычные котлы) 0,688 2000 Более 1 (топки с к и п я щ и м слоем) 0 ,142 400 Нидерланды 50-300 0,245 700 Испания ( П р о м ы ш л е н н ы е котлы) 0,86 2400 Ш в е ц и я Более 0,5 0,103 290 С Ш А Более 29 0 ,516 1480 Таблица 3.7 Предельно допустимые выбросы диоксида азота, мг/м^ Страна Паропроизводи- тельность котлов, т/ч Топливо Газ Мазут Уголь С Ш А 3 0 - 9 5 132 512 560 Я п о н и я 3 5 - 5 2 0 170 270 513 Германия 6 5 - 4 0 0 167 250 400 Австрия 2 0 - 4 0 0 125 167 300 Нидерланды 3 - 4 0 0 167 250 500 Швейцария 3 - 1 3 0 208 375 500 ностям: 50-100 МВт — 400 мг/м^; 100-300 МВт — 300 мг/м^; свыше 300 МВт — 200 мг/м1 Для существующих ТЭС мощностью 50-500 МВт устанавливаются предельные значения 50 мг/м^ а для энерго- блоков и ТЭС свыше 500 МВт — 350 мг/м1 В ближайшие годы можно ожидать ужесточение норм в странах Европейского сообщества по выбросам оксидов азота (табл. 3.8). В США градации предельно допустимых выбросов по НО^связанЬ не только с мощностью котлов, но и с конструкцией топочных устройств: для топок с настенными горелками и твердым шлакоудалением — Таблица 3.8 виды топлива и расчетный избыток воздуха Паропроизводи- тельность котла, т/ч Предельно допустимые выбросы NOj- ppm = МЛ1Г' мг/м"* в пере- счете на N0 , Уголь, Со, = 6 % ( а = 1 , 4 ) Не более 570 250 513 Более 570 200 410 Мазут. Со, = 4 % ( а = 1 , 2 4 ) Не более 540 150 308 Более 540 130 267 Газ, Со^ = 5 % ( а = 1 , 3 1 ) Не более 506 100 205 Более 506 60 123 590 мг/м-', с жидким шлакоудалением (более 65 МВт) — 1075 мг/м"; для тангенциальных топок — 510 мг/м\ для циклонных топок (более 155 МВт) — 1100 мг/м1 Для дсйствуюпщх котлов предполагается к 2003 г, снизить выбросы N0^ на 25 %. К этому же времени для новых котлов энергетического назначения будет установлен предел 190 мг/м' Начиная с 2000 г. в США действуют нормы II этапа, которые пре- дусматривают не только более жесткие ограничения для котлов I груп- пы, но и введение предельно допустимых выбросов N0^ для действу- ющих котлов TI группы (табл. 3.9). Таблица 3.9 Котлы Предельно допустимые выбросы N0,. для угольных котлов, 1-/МДж* Этап I 1996-2000 гг. Этап П после 2000 г. ______ I группа: Гопки с вихревыми горелками и 1ё££ДМм_1макоудалением 0 ,25(610) 0,198(570) -ХЩНЩтальные топки 0,194(560) 0,172(500) — 11 группа опки с вихревыми горелками и — ^ Н Щ и т а к о у д а л е и н е м 0,370(1058) Гопки с циклонными — 0,400(1156) - ^ 2 2 Н 1 1 | е р т и к а л ь н ы м горением — 0,344(984) y i S i ^ O B ^ o p M K H — 0,293(836) слоем * г. ^ ^ — 0,125(357) fc g — — — '^ '«обках указано значение в мг/м' при = 6%. После решения основных задач по снижению SO^ и N0^, достиг- нутых в ряде зарубежных стран в конце 80-х гг., на первый план были выдвинуты требования по уменьшению эмиссии СО .^ Главный путь в ^ этом направлении — повышение экономичности эксплуатации обору- : дования, приводящее к снижению удельного расхода топлива на выра- ботку единицы энергии. Оно реализуется за счет улучшения исполь- зования теплоты уходящих газов к о т л о в , повышения п а р а м е т р о в п а р а , применения сушки высоковлажных твердых топлив и др. Нормативы удельных выбросов в атмосферу оксидов серы приве- дены в табл. 3.10, 3.11 Таблица 3.10 Нормативы удельных выбросов в атмосферу оксидов серы для котельных установок, вводимых на ТЭС до 31 декабря 2000 г., для твердых и жидких видов топлива Тепловая мощность котлов Q, МВт (паронроизводитель- ность котла D, т/ч) Приведенное содержание серы 5„р, % • кг/МДж Массовый вы- брос SOv на еди- ницу тепловой энергии, г/МДж Массовый выброс SO,, кг/т у.т. Массовая концентра- ция ЗОд. в дымовых газах при а = 1,4, мг/м^ Д о 299 (до 420) 0,045 и менее 0,875 25,7 2000 более 0 ,045 1,5 44,0 3400 300 и б о л е е ( 4 2 0 и более) 0,045 и менее 0,875 25,7 2000 более 0,045 1,3 38,0 3000 Таблица 3.11 Нормативы удельных выбросов в атмосферу оксидов серы для котельных установок, вводимых на ТЭС с 1 января 2001 г., для твердых и жидких видов топлива Тепловая мощность Приведенное Массовый Массовый Массовая котлов Q, МВт содержание выброс SOj. выброс концентра- (паропроизводитсль- серы 5„р, на единицу SO,, ция SO, ность котла D, т/ч) % • кг/МДж тепловой энер- гии, г/МДж кг/т у. т. в дымовых газах при а = 1,4, мг/м' I 2 3 4 5 Д о 199 (до 320) 0,045 и менее 0,5 14,7 1200 Более 0 ,045 0,6 17,6 1400 2 0 0 - 2 4 9 ( 3 2 0 - 4 0 0 ) 0 ,045 и менее 0,4 11,7 950 Более 0 ,045 0,45 13,1 1050 Продолжение таблицы 3.11 (420 1 2 3 4 5 ^99 ( 4 0 0 - 4 2 0 ) 0 ,045 и м е н е е 0,3 8,8 700 Более 0 ,045 0,3 8,8 700 1 более и более) 0,3 8,8 700 В Р о с с и и и Беларуси для стационарных паровых котлов с есте- ственной циркуляцией небольшой мощности действуют общие тех- н и ч е с к и е требования но выбросам оксидов азота (табл. 3.12). Таблица 3.12 Удельный выброс оксидов азота при сжигании расчет- ного топлива, кг/ГДж, не более Для выпускаемой, освоенной ранее продукции (до 01.01.91) Для поставляемой на произ- водство (модернизированной) продукции (с 01.01.91) Паропроизводительность, т/ч 4-6,5 1 10-25 35-75 100-160 4-6,5 1 10-25 35-75 100-160 На мазуте 0,15 0,2 0 ,30 0 ,14 0 ,18 0 ,27 На газе 0 ,12 0,15 0,3 0,11 0 ,14 0 ,27 Для стационарных котлов большой мощности (табл. 3.13) наиболь- шие допустимые значения выбросов оксидов азота за котлами, кг/ГДж (мг/м^ сухого газа при а = 1,40; г = 0° С; 760 мм рт. ст.). Таблица 3.13 Сроки разработки для котлов, разработанных Тоиливо до 01.07.90 после 01.07.90 Паропроизводительность, т/ч Менее 420 420 и более Менее 420 420 и более Мазут ' 0 , 1 0 ( 2 9 0 ) 0 ,12 (350) 0 ,10 (290) 0 ,12 (350) ( 2 5 0 ) " Г щ ^ Ш П 0 , 0 8 6 (255) 0 ,10 (290) 0 , 0 7 (200) 0 ,08 (240) ( 1 2 5 ) " .. Значения действительны для котлов, сжигающих мазут марки 100 или лучшего качества. Значения относятся к котлам, разработанным после 01.01.92. Нормативы удельных выбросов в атмосферу оксидов азота и твер- дых частиц приведены в табл. 3.14, 3.15. Коэффициенты эмиссии для расчета приведены в табл. 3.16 (вы- Рос вредных веществ в тоннах при сгорании 1 тонны бензина, диз- ^оплива и сжиженного газа; 1000 м^ — для сжатого газа). Таблица 3.14 Нормативы удельных выбросов в атмосферу оксидов азота для котельных установок, вводимых на ТЭС (числитель - до 31.12.2000 г., знаменатель - с 1.01.2001) Тепловая Массовый Массовая кон- мощность котлов Q, МВт (паропроизво- Вид топлива выброс N0^ на единицу тепловой Массовый выброс КОд-, кг/т у.т. центрация NOj. в дымовых газах при дительность энергии, а = 1,4, котла D, т/ч) г/МДж мг/м' 1 2 3 4 5 Газ 0,043/0,043 1,26/1,26 125/125 Мазут 0,086/0,086 2,52/2,52 250/250 Д о 299 (до 420) Б у р ы й уголь: твердое шлако- удаление жидкое шлако- 0,12/0,11 3,50/3,2 320/300 удалепие 0,13/0,11 3,81/3,2 350/300 Камен. уголь: Д о 299 (до 420) твердое шлако- удаление жидкое шлако- 0,17/0,17 4,98/4,98 470/470 удаление 0,23/0,23 6,75/6,75 640/640 Газ 0,043/0,043 1,26/1,26 125/125 Мазут 0,086/0,086 2,52/2,52 250/250 Б у р ы й уголь: твердое шлако- удалеиие 0,14/0,11 3,95/3,2 370/300 300 и более жидкое шлако- удалепие — — — (420 и более) Каменный уголь: твердое шлако- удаление 0,20/0,13 5,86/3,81 540/350 жидкое шлако- удалепие 0,25/0,21 7,33/6,16 700/570 Таблица 3.15 Нормативы удельных выбросов в атмосферу твердых частиц для ко гельных ус1 ановок, вводимых на ТЭС для твердого топлива всех видов: числитель - до 31.12.2000 г., знаменатель - с 1.01.2001 г. Тепловая мощность котлов Q, МВт (пароироизво- дитсльность ко гла D, т/ч) Приведенное содержание серы %-кг/МДж Массовый выброс SO^Ha единицу тепловой энергии, г/МДж Массовый выброс твер- дых частиц, к'г/т у.т. Массовая концентрация частиц в дымовых газах ири а = 1,4, мг/м' 1 2 3 4 5 Д о 299 (до 420) М е н е е 0 ,6 0 , 6 - 2 , 5 0 ,06 0 ,06 0 , 0 6 - 0 , 2 0 0 , 0 6 - 0 , 1 0 1,76 1,76 1 , 7 6 - 5 , 8 6 1 , 7 6 - 2 , 9 3 150 150 1 5 0 - 5 0 0 1 5 0 - 2 5 0 Б о л е е 2 ,5 0 ,20 0,1 5 ,86 2 ,93 500 250 300 и б о л е е (420 и более ) М е н е е 0,6 0 ,6-2 ,5 0 .04 0 ,02 0 . 0 4 - 0 , 1 6 0 , 0 2 - 0 , 0 6 1,18 0 ,59 1 , 1 8 - 4 , 7 0 0 , 5 9 - 1 , 7 6 100 50 1 0 0 - 4 0 0 5 0 - 1 5 0 Более 2 ,5 - / 0 ,06 - / 1 , 7 6 - / 1 5 0 Таблица 3.16 Наименование вредных веществ Выброс вредных веществ двигателями, использующими в качестве топлива: Бензин Дизтопливо Сжиженный газ Сжатый газ О к с и д у г л е р о д а 0 ,440 0 ,125 0 ,440 0 ,220 У г л е в о д о р о д ы 0 ,080 0 ,055 0 ,080 0 ,050 Д и о к с и д азота 0 ,025 0 ,035 0 ,025 0 ,025 Сажа 0 ,0006 0 ,015 _ Д и о к с и д с е р ы 0 ,002 0 ,020 _ _ С ^ н е ц 0,3 кг — — _ Бенз (а )пирен 0 ,23 г 0 ,31 г - - Как следует из приведенных данных, уровни удельных выбросов по основным загрязняющим веществам для транспортных средств значительно превышают таковые для котельных установок. Нормативные значения ПДК и ПДВ по отдельным загрязняющим веществам имеют решающее значение при планировании мероприя- тий по охране атмосферного воздуха, составлении долгосрочных пла- нов развития народного хозяйства, решении вопросов рационального размещения жилых объектов и предприятий. Объективная оценка эко- логического воздействия на окружающую среду различных предпри- ятий позволяет более рационально распределять финансовые средства на проведение атмосфероохранных мероприятий и определять пра- вильное направление работ. Выбор оптимального направления развития энергетики будет за- висеть от возможности выполнения корректных и научно обоснован- ных технико-экологических обоснований и экспертиз различных про- ектов. Такое технико-экологическое обоснование весьма затруднено и может носить субъективный характер в связи с неполным учетом всех факторов, определяющих экологическое воздействие энергетическо- го объекта на окружающую среду. Исследования, выполненные в Киевском политехническом инсти- туте, позволяют сформировать достаточно полную систему критериев экологического воздействия любого энергетического объекта на окру- жающую среду с учетом трех факторов: термодинамического (КПД установки), топливного (состав топлива) и технологического (особен- ности конструкции топочных устройств и условий их эксплуатации). В зависимости от особенностей воздействия указанных факто- ров система показателей экологического воздействия на окружаю- щую среду состоит из трех групп. К первой группе относятся пока- затели, которые зависят только от термодинамического фактора. Такая зависимость определяется в том случае, если относить объем загряз- нения не к единице времени (как это принято), а к единице вырабо- танной энергии. Главным показагелем данной группы является показатель тепло- вого загрязнения окружающей среды (Я^, МДж/кВт-ч), который име- ет достаточно четкий экологический смысл и определяется следую- щим соотношением: Г] ^^ . КПД установки; q^nq^ — химический и механический недожоги. В зависимости от типа топочного устройства сумма q^) может с о с т а в л я т ь от одного до нескольких процентов химической энергии т о п л и в а . Поэтому приведенное соотношение для экспертных оценок м о ж н о использовать в более простом виде при q^) 0. Тепловое загрязнение окружающей среды ТЭС на базе ГТУ по- чти в 2 раза выше, чем у ТЭС на базе ИГУ. Применение парогазовых установок позволяет при одинаковой выработке электрической энер- гии снизить показатель загрязнения Я ^ по сравнению с ПТУ в 2 раза и по сравнению с ГТУ почти в 3 раза. Таким образом, ГТУ по тепловому загрязисрщю окружающей сре- ды является неконкурентоспособным агрегатом по сравнению с дру- гими технологическими схемами преобразования энергии. К группе показателей, определяющихся в основном термодина- мическим фактором, можно отнести также показатель отторжения тер- ритории (Я м-/кВт ч), показатель электромагнитного воздействия (Я кДж/кВт ч) и другие. Ко второй фуппе показателей, зависящих от термодинамического фак- тора и вида сжигаемого топлива, относится показатель углскислотного за- грязнения окружающей среды (Я^о , ) и показатель эмиссии паров воды ( ) • Методика их определения зависит от способа задания состава углеводородных топлив и распределения в них горючих компонентов. Для газообразных углеводородных топлив ( ) из стехиомет- рического уравнения , т п + — 4 О, = / г С 0 2 + у Н 2 0 с„н„, + ®Ь1текают очевидные балансные соотношения: 3,6л Рсо, ^со. =• Л а, JJ _ 1,8/л Рн,о Л е,, Здесь пмт — стехиометрические коэффициенты; Рсо, и Рн,о — плотность диоксида углерода и паров воды при нормальных услови- ях; Q^^ — теплота сгорания исходного топлива (МДж/м^). Полученные показатели имеют размерность кг вещества на киловатт-час вырабо- танной энергии. С использованием приведенных выше соотношений можно полу- чить выражения для любых газовых смесей. Так, для синтез-газа (смеси СО и Н^): 3,6Гсо Рсо, л л й , где /со и Гн — мольные доли компонентов синтез-газа. При сжигании твердых и жидких топлив, заданных элементар- ным составом, соответствующие показатели определяются соотно- шениями: JJ _Рсо, I + Iq 0,21 3,6 Р„с, й . 1 + Р Л п -V 3,6 ^ Й. л Здесь — плотность продуктов сгорания при нормальных ус- ловиях; — стехиометрический коэффициент (кг/кг); (3 — топлив- ный коэффициент Бунте; Кн^ о ^0,0124 (9HP+WP) — объем паров воды, образующихся при сжигании 1 кг топлива при известном содержании в элементарной массе водорода (Н?) и влаги (Wp). Показатели данной группы в меньшей степени зависят от КПД , установки в сравнении с показателями первой группы. Однако зави- симость Я от термодинамического фактора остается заметной, но на первые роли выходит топливный фактор. Так, максимальное углекис- лотное загрязнение достигается при сжигании оксида углерода, но при этом, естественно. Яр, q = О . При сжигании водорода Я^о, = О , но достигается максимальная эмиссия паров воды. Последнее обстоятель- позволяет сомневаться в экологической «чистоте» водорода как '^'плпва так как, по данным Французской Академии наук, эмиссия ™ в ВОДЬ! в атмосферу может способствовать появлению парниково- го эффс'^та не в меньшей степени, чем эмиссия углекислоты. Кроме того, при сжигании водорода с воздухом могут образовать- ся токсичные оксиды азота. Ко второй группе показателей загрязнения окружающей среды можно также отнести показатели загрязнения диоксидом серы ( /Tjq ) и золой (Д,), которые дополнительно определяются технологией очи- стки топлива или продуктов его сгорания. К третьей группе следует отнести показатели загрязнения, кото- рые зависят не только от термодинамического и топливного факторов, но и в заметной степени определяются технологией организации то- почного процесса и условиями эксплуатации. К числу наиболее вероятных токсичных компонентов продуктов сгорания углеводородных топлив (при отработанной технологии сжи- гания) относится оксид углерода (СО), оксиды азота (N0 и NO,) и фор- мальдегид (СН^О). При существенных недостатках в организации топочного процес- са, обычно сопровождающихся заметным химическим недожогом топ- лива {q^ > 1%), в продуктах сгорания может появи гься сажа, являющая- ся носителем бенз(а)пирена. В соответствии с общепринятой методикой ущерб, причиняемый токсичными выбросами, пропорционален приведенной массе годово- го выброса {М) из источника м = Х 4 М „ 1=1 где N- общее число токсичных компонентов в продуктах сгорания; — коэффициент, характеризующий относительную агрессив- ность различных примесей; — масса годового выброса г'-го вида в атмосферу. Е с л и о т н е с т и п р и в е д е н н у ю м а с с у г о д о в о г о в ы б р о с а к т е п л о в о й ^Нергик^ э к в и в а л е н т н о й п о л н о м у т е п л о в о м у э ф ф е к т у о т с ж и г а н и я (•^ 'год - ^-г.тол б„)> ™ у д е л ь н а я п р и в е д е н н а я м а с с а в ы б р о с о в •^„д p„c«e„ '=1 где a — коэффициент избытка воздуха; С.— концентрация токсично- го компонента (мг/м^). Комплекс o.QJ{\ + aL^) характеризует теплоту сгорания стехио- метрической горючей смеси и остается практически однозначным для различных топлив и равен ~ 2,7 мДж/кг При 1,29 кг/м^ М-2 ,87 -10- ' | :Д .С- , а ^ /МДж. Если же отнести приведенную массу к киловатт-часу энергии, то искомый показатель токсичности (г/кВт-ч) Г] /=1 Полученный показатель может быть определен по результатам полной диагностики состава продуктов сгорания или расчетным ме- тодом по имеющимся характеристикам токсичности. Для заданной технологии сжигания топлива могут быть получе- ны корреляционные соотношения вида СО СН^О что дает возможность прогнозировать содержание данных компонентов в продуктах сгорания по величине химического недожога топлива. Более сложно прогнозировать содержание оксидов азота в про- дуктах с1орания, так как эмиссия N0^ определяется большим много- образием действующих факторов, большинство из которых являются взаимозависящими. Этим объясняется большая противоречивость дан- ных по оксидам азота, особенно в камерах сгорания, ГТУ. Эмиссия N0^ (приведенных к а = 3,5) изменяется от 600 до 1000 и более мг/м' для агрегатов ГТН-25 ИЗЛ, до 300 мг/м^ для установок ГТ-35 ХТЗ. При этом установлена тесная взаимосвязь между уровнем эмиссии N0^ и режимными, конструктивными и эксплуатационно-технологически- ми особенностями установок. Во всех случаях при уменьшении эмиссии возрастает доля химического недожога, что способствует росту концентрации СО в ктах сгорания, а при наличии сажеообразования — появлению в пподуктах сгорания бенз(а)пирена. Многообразие и противоречивость факторов, определяющих эмис- ]ч[0 в продуктах сгорания, существенно усложняют сопоставление и обобщение данных. В КИИ предложен алгоритм приведения N0^ вида NO. NO. = — ^ = К.ехр шг RT где N 0 (мг/м'') - истинная концентрация оксидов азота в продуктах сгорания при текущем значении коэффициента избытка воздуха а и других параметров; К. — коэффициенты приведения, каждый из кото- рых определяется по соотношениям; Ki^ — обобщенный коэффициент. Таким образом, схема приведения подразумевает не только при- ведение к нормальным условиям: давлениюр^^^ и температуре но и приведение по коэффициенту избытка воздуха а , концентрации кис- лорода в окислителе \|/ и времени пребывания т. При оценке коэффициента приведения К^ в свою очередь следует знать объемную плотность тепловыделения (q^ Вт/м^-Па) и интеграль- ную относительную температуру в зоне реакции Т = Т Т^ где Т^ — начальная температура окислителя на входе в топочное устройство. Температура Т определяется на основании уравнения теплового баланса с учетом химического недожога и зависимости теплоемкости от температуры ^ ^ = К + 1)Г - Г , ^ - CXL„, ^ро-' о ^^ ро ^р.о где С ро теплоемкость окислителя при Т .^ При этом теплоемкость каждого компонента определялась в виде Нома первой степени от температуры С =а.+ аТ, р ' ' а теплоемкость продуктов сгорания рассчитывалась как теплоемкость смеси идеальных газов, состав которых определяется коэффициентом избытка окислителя С„ l + oL,, All с" Совместное решение указанных уравнений относительно Гпозво- ляет получить уравнение где АГ- + ВТ-С = 0, А = [(!„ + + ( а - 1)4а,] , В = [(L, + +{а- \)L,a, С=^^^ [ц, (1 - )+oLo ( « о , ( « 0 3 + « 3 ^ , а., Ь., с. - коэффициенты в уравнениях теплоемкости для воздуха, про- дуктов сгорания и топлива. С использованием предложенного алгоритма приведения N0^ в КПИ обработаны данные многочисленных исследований эмиссии NO^., Некоторые результаты такой обработки представлены в табл. 3.17. Как видно, каждое из исследованных топливосжигающих устройств ха* рактеризуется конкретной зависимостью N0^ , которая носит стабиль^ ный характер при отсутствии каких-либо дополнительных воздействий! Причем это подтверждается обработкой данных различных исследо- вателей в разных условиях их проведения. Высокая стабильность воспроизведения характеристик N0^=7(7) позволяе! использовать полученные кинетические константы К^ и Е^ при прогнозировании приведенных и валовых выбросов N0^. Таблица 3.17 тнп горелки или фронтового устройства Диапазон температур, "С К е., R СГ-16 5 0 0 - 9 5 0 2,5626-10^ 2876 950-^2000 3,6183-10 ' 8927 C Y p ^ t t ^ i ^ ^ СГ-10 2 8 0 - 1 4 1 0 2,3588-10' ' 3341 1410-2230 1,43-10' Ы1Ь 7^;:;:^^^;йпаяТорелка СТ-40 5 0 0 - 1 1 5 0 6 , 2 9 1 0 ' 1742 модуль 100 -340 1,2935-10' 1576 ГГЛ-15 3 4 0 - 1 0 0 0 65,838 - 2 6 1 Гт£уш1Ь1Й линейный модуль 2 0 0 - 4 0 0 98,31 432,6 СГЛ-50 4 0 0 - 2 2 3 0 4 ,296-10 ' 2969,4 Диффузионио-стабилизаторная горелка (Польша) 2 0 0 - 1 0 0 68,483 772 Дпффузнонкс^сгабилизаторггос фронтовое устройство установки ST-1,5 (Чехословакия) 400 840 6,2373-10' ' 3644 Диффузионо-етабилизаторные горелки КПИ 1390-2000 1 ,6838-10" 20697 Кольцевая камера с разноименной за- круткой воздуха установки ГТН-25 НЗЛ 2 8 0 - 7 3 0 3,1-10 ' 2774,2 Трубчатая камера сгорания с восьмигорелоч!1ым регистровым фронтовым устройством 180-730 5,557-10 ' 2967,5 Установки ГТ-35 Х Т З (лето) 7 3 0 - 1 0 0 0 2,8125-10' ' 8904 4. РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВАЛОВЫХ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ При определении валовых выбросов вредных веществ значения величин, входящих в расчетные формулы, следует принимать по фак- тическим средним показателям за год. Проводя расчет максимальных выбросов вредных веществ, значе- ние расхода топлива (г/с) берется, исходя из наибольшей электричес- кой и тепловой нагрузки электростанции за рассматриваемый период; значения зольности и сернистости топлива — по наихудшим показа- телям за последние три года. Расход жидкого и твердого топлива опре- деляется в г/с, расход газа — в дм7с. 4.1. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ Количество твердых частиц летучей золы и несгоревшего ТОПЛР ва М^ ^^ в тоннах в год или в граммах в секунду, выбрасываемое в атмос- феру с дымовыми газами, вычисляют по формуле где В — расход натурального топлива за рассматриваемый период, т/гоД г/с; А^ — зольность топлива на рабочую массу, %; а^ ^^ —доля золы в уио, се; —доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях (принима ется по данным измерений); Г^ ^^ — содержание горючих в уносе, %. При отсутствии эксплуатационных данных по содержанию горЮ чих в уносе количество выбрасываемых твердых частиц определяю' по выражению 0,01В ' 32680 (1-Лз) , у„ потери теплоты от механической неполноты сгорания топ- '^^ва^с уносом, %• Для мазутных котлов q^ '^ может быть принято рав- ^^^^ п о? % При отсутствии эксплуатационных данных по q^' при НЫМ • г сжигании твердого топлива для приолиженного расчета принимается нормативное значение q^; Q^ — низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; 32680 — теплота сгорания углерода в кДж/кг Количество летучей золы М^ в т/год или г/с, входящей в суммар- ное количество твердых частиц, уносимых в атмосферу, вычисляют по формуле Количество твердых частиц М^^ в т/год или г/с, образующихся в топке за счет мехнедожога и выбрасываемых в виде коксовых остат- ков (при сжигании твердого топлива) или в виде сажи (при сжигании мазута) рассчитывается по выражению М =М -М. СГ ТВ 3 4.2. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ СЕРЫ Количество оксидов серы SO^ и SO^ в пересчете на SO, в тоннах в год или в граммах в секунду, выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами, вычисляют по формуле 'so, ^ и,. где В расход натурального топлива за рассматриваемый период, т/год, г/с; Sp — содержание серы в топливе на рабочую массу, %; rj^ Q — доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле; ri'o — доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе попутно с твер- д ы м и частицами; г)^^ — доля оксидов серы, улавливаемых в ссро- ^ Нои установке; п , п — длительность работы сероулавливаю- установки и котла. цу^^Р^^итировочно значения ri^ при факельном сжигании различ- видов топлива составляют: торф _ 0,15; сланцы эстонские и ленинградские — 0,8; сланцы других месторождений — 0,5; экибастузский уголь — 0,02; березовские угли Канско-Ачинского бассейна для топок: - с твердым шлакоудалением при низкотемпературном сжига- нии — 0,5; - с жидким шлакоудалением — 0,2; другие угли Канско-Ачинского бассейна для топок: - с твердым шлакоудалением при низкотемпературном сжига- нии — 0,2; - с жидким шлакоудалением при высокотемпературном сжига- нии—0,05; угли других месторождений — 0,1; мазут — 0,02; природный газ — 0,0. Примечание. Под низко- температурным сжиганием по- нимают сжигание углей с низ- шей теплотой сгорания менее 23050 кДж/кг в топках с твер- дым шлакоудалением при темпе- ратуре факела ниже 1500° С. Под высокотемпературным сжигани- ем понимают сжигание всех уг- лей в топках с жидким шлако- удалением, а также углей с низшей теплотой сгорания, рав- ной или более 23050 кДж/кг; в топках с твердым шлакоудалени- ем при температуре факела, рав- ной или выше 1500° С. 35 Доля оксидов серы rigy, улавливаемых в су- хих золоуловителях, при- нимается равной нулю. В мокрых золоуловителях с трубой Вентури и центро- бежном скрубере Г)',, за- 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 Рис. 4.1. Зависимость степени улав.тваиия оксидов серы в мокрых зо.поуловителях от приведенного серосодержания при щелочности орошаемой воды: 1 - 10, II- 5, Ш - о ' : S" ~ приведенная дм' сернистость топиива Y от расхода и общей щелочности орошающей воды, а также при- 10Й ссрнистости топлива при принятых на тепловых электро- ^^^ иях удельных расходах воды на орощение золоуловителей 0,1- 0Д5 дГ^'воды/м' газа (рис. 4.1) гр S"" = —. 4.3. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ УГЛЕРОДА Количество оксидов углерода М^^ в тоннах в год или в граммах в секунду, выбрасываемого в атмосферу с дымовыми газами при сжига- нии твердого, жидкого или газообразного топлива, вычисляют по фор- муле г Мго =0,001Qo-S 100 " к, где С^^ — выход оксида углерода при сжигании твердого и жидкого (кг/т) или газообразного (кг/тыс.м^) топлива, определяемый по фор- муле Р ^ чЖ 1013 ' где q^ — потеря теплоты от химической неполноты сгорания гопли- ва, %, R — коэффициент, учитывающий долю потери теплоты от хи- мической неполноты сгорания топлива, обусловленную содержанием в дымовых газах окиси углерода: для твердого топлива — 1,0; для газа 0,5; для мазута - 0,65; Q^ — низшая теплота сгорания нату- рального топлива, кДж/кг, кДж/м^; В — расход топлива за рассматри- ваемый период, т/год, тыс.м7год, г/с, дм7с; q^ — потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %. Значения q^ и q^ принимают по эксплуатационным данным. При отсутствии этих данных допускается принимать ориентировочно нор- ^«ативные значения ДЛЯ газомазутных котлов, работающих с малыми избытками воз- ДУха (а = 1,01-1,03), следует принимать q, = 0,15%. К^ - режимный коэффициент. При определении годовых выбро- сов оксида углерода он характеризует отношение длительности пере- ходных периодов ч, при которых происходит недожог топлива, к длительности работы котла п, ч, jr _"рсж где п = т п п рсж пуск пуск псрсх псрсх Здесь - количество пусков котла в год; — длительность пуска котла, ч; — количество дней в году, в течение которых ме- няется режим работы; — длительность переходного режима, ч. При определении максимальных выбросов оксидов углерода зна- чение К^ равно 1. 4.4. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ ВАНАДИЯ Количество оксидов ванадия в пересчете на пятиокись ванадия М^ Q в тоннах в год или в граммах в секунду, выбрасываемых в ат- мосферу с дымовыми газами при сжигании жидкого топлива, вычис- ляют по формуле где Gvq — содержание оксидов ванадия в жидком топливе в пересче- те на V,Oj, г/т; В — расход натурального топлива за рассматриваемы» период, т/год, г/с; Г]^ ^ — коэффициент оседания оксидов ванадия ш поверхностях нагрева котлов, равен: 0,07 — для котлов с промежуточ- ными пароперегревателями, очистка поверхностей нагрева которы? производится в остановленном состоянии; 0,05 —для котлов без пром- пароперегревателей при тех же условиях очистки; О — для остальны? случаев; rj — доля твердых частиц продуктов сгорания жидкого топ- лива, улавливаемых в устройствах для очистки газов мазутных котлов Значения оцениваются для средних условий работы улавливающи? устройств за год. При отсутствии результатов анализа топлива содержание оксидо» ванадия Gy^ в сжигаемом топливе определяется ориентировочно пp^' 0,4% по формуле = 95 ,4^^-31 ,6 , 5P содержание серы в мазуте на рабочую массу, %. 4 5 РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА ОТ КОТЛОВ П р и в е д е н н а я ниже формула д л я расчета выбросов оксидов азота эмпирическая и приемлема для энергетических котлов паропроизво- дительностью более 30 т/ч и водогрейных котлов тепловой произво- дительностью более 125 ГДж/ч. Для расчета выбросов оксидов азота от котлов меньшей мощнос- ти следует применять методику Института горючих ископаемых. Суммарное количество оксидов азота ( N 0 + N0^) в пересчете на двуокись азота М^^^ в тоннах в год или в граммах в секунду, выбра- сываемых в атмосферу с дымовыми газами при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива, рассчитывают по выражению 1 - - 100 где В — расход условного топлива за рассматриваемый период, т/год, г/с; К — коэффициент, характеризующий выход оксидов азота, кг/т у. т.; Р, — коэффициент, учитывающий влияние на выход оксидов азо- та качества сжигаемого топлива (содержание JV); Зз — коэффициент, учитывающий вид шлакоудаления. При жид- ком шлакоудалении — 1,4; во всех остальных случаях прини- мается равным единице; е, коэффициент, характеризующий эффективность воздействия рециркулирующих газов на снижение N0^ в зависимости от ус- ловий подачи их в топку; • коэффициент, характеризующий снижение выбросов окси- дов азота при подаче части воздуха помимо основных горелок (при двухступенчатом сжигании), определяется по рис. 4.2 при условии сохранения общего избытка воздуха за котлом; степень рециркуляции дымовых газов; ^а, доля оксидов азота, улавливаемых в азотоочистной установке; "к- — длительность работы азотоочистной установки и котла. Коэффициент К для котлов паропроизводитсль- ностью D > 1 Q т/ч при сжи- гании газа и мазута во всем диапазоне нагрузок, а так- же при высокотемператур- ном сжигании твердого топлива с нагрузками выше 75% номинальной вычисляют по формуле Т 1 \ ч \ о 5 10 15 20 Рис. 4.2. График опреде.чения значений коэффициента г^: 1 — газ: 2 —.чазут; 3 —уголь; 5 — доля воздуха, подаваемого по.милю основных горелок где L>„ 200 + Д,„„ и — номинальная и фактическая паропроизводитсльность котла (корпуса), т/ч. При высокотемпературном сжигании твердого топлива с нагруз- ками котла ниже 75% номинальной в формулу вместо подставля- ют 0,75Z) . ' иом Для котлов паропроизводительностью менее 70 т/ч коэффициент К определяется по формуле 20^ а для водогрейных коглов К определяется из выражения где 2„о„ и — номинальная и фактическая теплопроизводительносП котла, ГДж/ч. При низкотемпературном сжигании твердого топлива в формулй для определения К вместо D^ и Q^ подставляются и 2„„„- Значения [З^ для энергетических котлов, в которых сжигается тве]:^ дое топливо, вычисляют по формуле Р, = 0,178 +0,4 где N'' — содержание азота в топливе на горючую массу, %. J, с ж и г а н и и в энергетических котлах жидкого и газообразного о -^нччения коэффициента Р принимаются равными нри коэф- топлив» „ „ фидиентс избытка воздуха в топочной камере а^: более 1,05 —1,0 ; 1,05...1,03 —0,9 ; менее 1,03 —0,75. При одновременном сжигании в топках энергетических котлов двух видов топлива с расходом одного из них более 90% значение ко- э ф ф и ц и е н т а Р| следует принимать по основному виду топлива. В ос- т а л ь н ы х случаях коэффициент Р, определяют как средневзвешенное з н а ч е н и е составляющих. Так, для двух видов топлива р. . где р| ,В \В" —соответствуют значениям коэффициентов Р| и рас- ходам каждого вида топлива на котел. Значение коэффициента при номинальной нагрузке и степени рециркуляции менее 30% принимают равным: при сжигании газа и мазута и вводе газов рециркуляции: - в под топки (при расположении горелок на стенах топки) — 0,0025; - через шлицы под горелками — 0,015; - по наружному каналу горелок — 0,025; - в воздушное дутье — 0,025; - в рассечку двух воздушных потоков — 0,035; при высокотемпературном сжигании твердого топлива и вводе газов рециркуляции: - в первичную аэросмесь — 0,10; - во вторичный воздух — 0,005; при нагрузках, меньших номинальной, коэффициент е, умножают на коэффициент/ определяемый по рис. 4.3. Величины диоксида N0^ и монооксида N 0 азота в суммарном со- держании N0^ в выбрасываемых в атмосферу дымовых газах следует Ределять по следуюш;им формулам: =0,8М,о,; I^no _ где ^No> M-NO,, — м о л е к у - лярный вес NO и NO^; 0,8 — коэффициент трансформации мо- нооксида азота в диоксид. 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 Рис. 4.3. График определения безразмерного коэффициента f 4.6. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ БЕНЗ(А)ПИРЕНА Методика определения концентраций бенз(а)пирена С^^ Н^^ основа- на на результатах испытаний на энергетических котлах тепловой моЩ'' ностью более 100 МВт и полученных эмпирических зависимостях. Количество бенз(а)пирена, выбрасываемое в атмосферу с дымо- выми газами М^ в граммах в секунду или в тоннах в год, вычисляют пп формуле Ь Ь I' ц концентрация бснз(а)пирсна в уходящих дымовых газах кот-где q ла, мкг/м'; К — удельный объем дымовых газов, м'/кг — для жидкого и твер-" дого топлива или mVm' - для газообразного топлива; В — расход топлива, кг/с или т/год — для жидкого и твердого дм7с или тыс. м7год - для газообразного топлива. При сжигании мазута приближенное значение концентраций бенз(а)пирена в дымовых газах с ^ в микрограммах на кубически! метр, приведенное к а = 1,3, рассчитывают по выражению: где — тепловое напряжение топочного объема при номинально! нагрузке, кВт/м^ В табл. 4.1 приведены значения q^ для некоторых типов котлов. Таблица 4.1 Номинальная нагрузка D„„„, т/ч Тепловое напряжение f/v, кВт/м' 220 230,8 420 205.3 уг M^ I^LS— тп 420 164,7 I 1 тп 87-1 420 147,3 111-0/ -— 7ТМ-96Б 480 223,9 670 219,2 ЯК'^ -Ч^ О 320 251,4 420 215,3 ТГМП-344 1000 204,8 А за конвективным пароперегревателем . В табл. 4.2 даны значения коэффициента^ Б диапазоне = 1,005 -1,10. При значениях о."„> 1,1 концентрацию бснз(а)пирена в дымовых газах следует принимать равной рассчитанной при = 1,10. Таблица 4.2 п а„п А а;;„ А 1,005 0,8697 1,055 0,2233 1,010 0,7568 1,060 0,1956 1,015 0,6591 1,065 0,1715 1,020 0,5744 1,070 0,1504 1,025 0,5009 1,075 0,1320 1,030 0,4371 1,080 0,1159 1,035 0,3817 1,085 0,1019 1,040 0,3335 1,090 0,0895 — 0,2551 1,095 0,0788 — — — 0,2916 1,100 0,0693 Л-д =1 + 25 где D, D ^ 1 - D Д. расчетная и номинальная нагрузки котла, т/ч. Формула для К^ применяется в интервале значений от 1 до 0,5. К ^^ется по формуле коэффициент, учитывающий рециркуляцию газов, опреде- ar, где г — доля рециркуляции газов в интервале значений от О до 0,25; а — коэффициент, зависящий от способа ввода газов рециркуля- ции, равен при подаче газов рециркуляции: - в воздушный короб и вокруг амбразур горелок — 4,0; - в шлицы под горелками — 2,7; - в шлицы напротив горелок — 2,0; - в под топки — 1,0; К^ — коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжига- ния, вычисляют по формуле где а — доля вторичного воздуха в интервале значений от О до 0,2; q — коэффициент, зависящий от способа организации ступенчато- го сжигания: по «вертикали» — плюс 7,0; по «горизонтали» — минус 2,2. К^ ^ — коэффициент, учитывающий влияние ввода влаги в топку в период особо неблагоприятных метеоусловий. Определяется в зависимости от доли вводимой влаги по отношению к топливу со и способа подачи влаги. В табл. 4.3 приведены значения коэффициента К^ для значений (О от О до 0,1. Таблица 4.3 Доля вводимой влаги по отношению к топливу со Способ ввода влаги При зональном впрыске воды в топку и подаче пара в пристенную зону топки К^ При подаче воды в дутьевой воздух /^ щ • 0 ,00 1,000 1,000 0,01 0 ,861 0 ,972 0 ,02 0 ,741 0 ,946 0 ,03 0 ,638 0 ,919 0 ,04 0 ,549 0 ,894 0,05 0 ,472 0 ,869 0 ,06 0 ,406 0 ,845 0 ,07 0 ,350 0 ,822 0 ,08 0 ,301 0 ,799 0 ,09 0 ,259 0 ,777 0 ,10 0 ,223 0 ,756 ^ коэффициент, учитывающий увеличение концентрации ("чпирена при очистке поверхностей нагрева работающих па- евых котлов. Когда очистка не производится, К^ ^^ принимают рав- В табл. 4.4 приведены значения коэффициента К^ ^^ в зависи- мости от способа очистки и периода между очистками паровых котлов. Таблица 4.4 Период между очистка.ми, ч Кач Дробевая очистка конвективных поверхностей Обдувка РВП 1 2 - 2 4 1,20 1,10 4 0 - 4 8 1,50 1,25 72 2 ,00 1,50 При сжигании газа приближенную величину концентрации бснз(а)- иирена в дымовых газах С^ в микрограммах на кубический метр, при- веденную к а = 1,3, вычисляют по формуле При сжигании твердого топлива приближенную величину концен- трации бенз(а)нирена в дымовых газах С™ в микрограммах на куби- ческий метр, приведенную к а = 1,5, вычисляют по формуле QI — низщая теплота сгорания топлива, МДж/кг; Л Б — доля бенз(а)пирена, улавливаемого в зависимости от эффек- тивности золоулавливания (т)^), определяется по формуле Лв = 0,7511:, —• коэффициент, учитывающий увеличение кониентрапии бенз(а)пирена в уходящих газах во время дробевых очисток по- верхностей нагрева котла, принимаемый равным 1,5. Значения е"'' '"- приведены в табл. 4.5. Таблица 4.5 а : g-l.la:, а : 1,10 0,0110 1,35 0,0040 1,15 0,0090 1,40 0,0032 1,20 0,0073 1,45 0,0026 1,25 0,0059 1,50 0,0021 1,30 0,0048 Объем дымовых газов F в кубических метрах на килограмм при сжигании мазута, в кубических метрах на кубический метр при сжи- гании газа определяют по формулам где КД Fq — соответственно теоретический объем продуктов сгора- ния и теоретически необходимый объем воздуха на горение при нор- мальных условиях, MVKT, М^/М^ соответственно для мазута и газа; а — ух коэффициент избытка воздуха перед дымососом. При сжигании твердого топлива + MVKH «ух 4.7. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА ПРИ СЖИГАНИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ТОПЛИВА При определении валовых выбросов углекислого газа за отчет- ный период (квартал, полугодие, 9 месяцев, год) значения исходньЩ величин, входящих в расчетные формулы, следует брать по отчетным данным предприятий, усредняя их за этот период. Объем выбросов диоксида углерода при сжигании органического; топлива зависит от вида и состава топлива, от режима сжигания й совершенства топочных устройств. Количество диоксида углерода в тоннах за расчетный пери- од, выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами при с ж и г а н и й твердого или жидкого топлива, вычисляется по формуле f l - 1 / 1- \ 100 V / 100^ 2 количество диоксида углерода, образующееся при полном сжигании 1 т углерода, т/т; (У содержание углерода в рабочей массе топлива, %; JJ. расход натурального топлива за расчетный период, т/год и т п.; q потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %', q — потери теплоты от механической неполноты сгорания топ- лива, %. Количество диоксида углерода Л/^ц в тоннах за отчетньн! пери- од, выбрасываемое в атмосферу с дымовыми газами при сжигании газообразного топлива, вычисляется но формуле в 100 \ / 1 l o o j = 1 ,964 - 0 , 0 1 + ) + Q где 1,964 — удельный вес диоксида углерода, т/тыс.м'; Q:o> > Qo, — содержание в топливе оксида углерода, угле- водородов, диоксида углерода, %; В—расход натурального топлива за расчетный период, тыс. м'/год, и т. п.; т , п — число атомов соответственно углерода и водорода в угле- водородах; — потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %; д^ — потери теплоты от механической неполноты сгорания, %. Значения q^ и q^ принимаются по эксплуатационным данным или по нормам. Расчет диоксида углерода по удельному выходу СО^ На основании усредненных характеристик мазутов (табл. 4.6), природного газа из газопровода Торжок-Минек-РТвацевичи и попут- ного газа Белорусского ГПЗ (Речицкое месторождение нефти) 1табл. 4.7) рассчитаны удельные расходы СО^ при сжигании: мазута — 2,187 т COJT у т.; природного газа — 1,73 2 т С О Л у т ; попутного газа — 2,059 т CO,VT у т. Таблица 4.6 Характеристика мазутов Наименование Марка мазута Сернистый МЮО Высокосер- нистый МЮО Малосернис- тый М100 Среднее значение Q I , ккал/кг 9845 9740 9940 Средний элементарный состав, % 2,0 3,5 0,5 83,8 83,0 84,65 Н ' 11,2 10,4 11,7 0 Ч № 1,0 1,0 1.0 Таблица 4.7 Характеристика газообразного топлива 1 опливо м его характеристики Формула и обозначение Величина Природный газ (газопровод Торжок-Минск-Ивацевичи) Средний химический состав, % Метан СН4 9 7 , 7 5 6 Этан C j H , 0 , 8 2 6 Пропан Бутан Пентан С 3 Н 8 С4Н10 C s H , , 0 , 2 5 4 0 , 1 0 3 0 , 0 1 9 Диоксид углерода Азот СО2 N 7 0 , 0 3 0 0 , 9 4 2 Кислород О 2 0 , 0 7 0 Низшая теплота сгорания, ккал/м' е ; 8 0 0 7 Тепловой эквивалент перевода в условное э 1 , 1 4 3 9 топливо Удельный выход СО2 при полном сгорании " ' с о , 1 , 7 3 2 1 т у . т , , т C O i / T у . т . Попутный газ (Белорусский ГПЗ, Речицкое месторождение нефти) Средний химический состав, % Метан С Н 4 6 2 , 3 8 Этан С 2 Н 6 2 6 , 6 2 Пропан Бутан Азот С З Н 8 C 4 H I 0 N, 6 , 4 8 1 , 0 7 3 , 4 5 2 Низшая теплота сгорания, ккал/м^ q: 9 3 3 0 Тепловой эквивалент перевода в условное э 1 , 3 3 2 9 топливо (т СОг/т у.т.) Удельный выход СО2 при полном сгорании 1 т у.т., т СО2/Т у.т. 2 , 0 5 9 Р а с с ч и т а е м количество СО,, образующееся при сжигании: мазута - - Ме'о^ = 2 , 1 8 7 5 - 1 - 4i 100 1 - 100 , т. где g уел расход условного топлива за расчетный период, т у тУгод и т. п.; п р и р о д н о г о газа — 1 - Яъ 100 1 - Ял 100 , Т, где В — расход условного топлива за расчетный период, т у. т/год и т п.; понутного газа — М^'о, = 2,05981 1 - 100 1 - 100 , т. где — расход условного топлива за расчетный период, т у. тУгод и т п.; q^ — потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, %; q^ — потери теплоты от механической неполноты сгорания, %. Значения q^ и q^ принимаются по эксплуатационным данным или по нормам. Если при сжигании газообразного топлива в его состав входит СО,, необходимо к выбросам СО^, образующимся при сжигании газа, доба- вить количество СО^, содержащееся в топливе. Количество СО^, содержащееся в газообразном топливе, опреде- ляется по формуле =1,964-0,01С,о5^,т , где 1,964 — удельный вес СО^, т/тыс. м^; е . . — содержание СО в газе, %; — расход натуральною топлива за расчетный период, тыс.м'. Пример расчета выбросов диоксида углерода от ТЭЦ Определить выбросы СО^ от ТЭЦ, сжигающей мазут и природ- ный газ. Исходные данные. Годовой расход мазута = 112 тыс. т (155,1 тыс. т у. т.). Годовой расход природного газа = 515,4 млн м^ (587,3 тыс. т у. т.). Содержание углерода в рабочей массе мазута С^ = 82,5%. Состав природного газа (газопровод Торжок-Минск-Ивацевичи): метан СН^ этан пропан CjHg бутан пентан СзН,^ диоксид углерода СО^ азот Nj кислород Oj а: При сжигании мазута: При сжигании газа; — 97,756%; — 0,826%; — 0,254%; — 0,103%; — 0,019%; — 0,030%; — 0,942%; — 0,070%; — 8007 ккал/м\ ^3=0,15%; ^^=0,02%. ^3=0,15%; ^ ,= 0,0%. 1 вариант расчета (по расчет}1ьш формулам) Количество СО^, образующееся за год при сжигании: мазута — = 3 , 6 7 - 0 , 0 1 С Ч , 1 - - 100 Я, 100 = 3,67-0,825-П2- 1 - 0Д5 100 1 - 0,02 100 = 338,5 тыс. т/год 100 природного газа — = 1 , 9 6 4 - 0 , 1 - = 1,964 • (0,0003 - 1 • 0,97756 - 2 • 0,00826 + 3 X X 0,00254 - 4 • 0,00103 - 5 • О, ООО 19) • 515,4 ^^ 0,15 100 = 1013,9 тыс. т/год П вариант расчета (по удельным выбросам СО J Удельный выход СО^ при сжигании: - мазута — 2,187 т СО,/т у. т.; - природного газа (газопровод Торжок-Минск-Ивацевичи) — 1,732 т COJT У Т. Следовательно: I 1<:оличсство COj при сжигании мазута = 2,187-155,1 / л f i - / 1 - <7. ^ 100 \ / \ 100 у 1 - 0,15 100 1 - 0,02 100 = 338,5 тыс. т/год. 2, Количество СО^ при сжигании природного газа = 1 , 7 3 2 5 - 1- Яз 100 = 1,732-587,3 1 - 0,15 100 = 1015,7 тыс. т/год. 3. Количество СО^, находящееся в газе в качестве балласта = l ,964-0 ,01Qo,5 = 1,964-0,0003-515,4 = 0,3 тыс. т/год. 4. Суммарное количество СО^ при сжигании природного газа = M'^Qo^ + =1015,7 +о, 3 = 1016 тыс. т/год. Погрешность в расчете по двум вариантам составила 0,2%. 4.8. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА ОТ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК Суммарное количество оксидов азота N 0 и N0., в пересчете на диоксид азота, выбрасываемых в атмосферу с отработанными газами газотурбинных установок Mf^Q , г/с, вычисляют по формуле где В — расход топлива в камере сгорания, кг/с; — удельный выброс N0^,, г/кг топлива, определяется по фор- муле / =Г V где Cfjo — концентрация оксидов азота в отработавших газах в пере- счете на N0^, г/м^ при нормальных условиях; Г — объем сухих дымовых газов за турбиной, MVnr топлива, при нормальных условиях равен где Fj."— теоретический объем газов, м^/кг; V — теоретически необходимый объем воздуха, м^/кг; a^g — коэффициент избытка воздуха в отработавших газах за тур- биной; V^ Q — теоретический объем водяных паров, м^кг. Удельные выбросы NO^ для режимов работы ГТУ с регистровыми камерами сгорания можно рассчитать на основании приведенных в табл. 4.8 и 4.9 данных по концентрации на номинальных режимах ГТУ = 50 ос: + C"v:\ где a„g и а"б— коэффициенты избытка воздуха в отработавших га- зах ГТУ, соответствующие условиям исследуемого и номиналь- ного режимов; - концентрация N0^ на номинальном режиме (табл. 4.8,4.9). Г" "-NO, Таблица 4.8 Фактические концентрации оксидов азота на номинальных режимах действующих ГТУ (но результатам измерений, нроведенных в промышленных условиях) Тип ГТУ Вид топлива Коэффи- циент аоб Содержание кислорода в продуктах сгорания и . Концентра- ция азота, ГТ-100-750 ПО Л М З Газотурбинное топливо 4,0 15,5 0,250 ГТ-35-770 ПО A T Х Т З П р и р о д н ы й газ Газотурбинное топливо 4,5 4,5 16,5 16,0 0,200 0,200 ГТ-25-700-П ПО Л М З П р и р о д н ы й газ 5,5 16,7 0,120 Продолжение таблицы 4.8 Тип ГТУ Вид топлива Коэффи- циент Oog Содержание кислорода в продуктах сгорания U2 Концентра- ция азота, CNO. • ГТГ-12 Диз. топливо 5,0 16,4 0,180 111 ^ ГТН-25 п о н з л _ _ _ Природный газ 4,0 15,5 0,090 Таблица 4.9 Рекомендуемые концентрации оксидов азота для вводимых в эксплуатацию и разрабатываемые в настоящее время ГТУ (по результатам измерений, проведенных в стендовых условиях) Тип ГТУ Топливо Коэффи- циент ао5 Содержание кислорода в продуктах сгорания Концентрация окси- дов азота, С^о , г/м'' 6c:i мероприя- тий по совершен- ствованию конструк- ции камер сгорания с изме- нением конст- рукции ГТЭ-150 ПО ЛМЗ Природный газ Газотурбинное топливо 3,5 3,5 14,5 14,5 220 260 0,150 0,210 ГТЭ-45 П О Л Т ХТЗ П р и р о д н ы й газ Жидкое топливо 4,0 4,0 15,3 15,3 220 250 0,150 0,200 ГТЭ-115 ПО AT ХТЗ Природный газ Газотурбинное топливо 3,1 3,1 14,0 14,0 — 0,150 0,220 — объем сухих дымовых газов на номинальном режиме рабо- ты ГТУ, вычисляемый при равенстве «„^ и a"g. При использовании в энергетических ГТУ высокофорсированных камер сгорания с последовательным вводом воздуха в зону горения и ^икрофакельных камер сгорания с подачей всего воздуха через фрон- товое устройство концентрання оксидов азота приближенно вычисля- емся по формуле С = аКК , т р ' где а — коэффициент, зависящий от вида топлива. Для высокофорси- рованиых камер сгорання; а = 1,8 — при сжигании природного газа и 2,4 — газотурбинного и дизельного топлива. Для микро- факельных камер сгорания: а = 6,2 — для природного газа и 7,7 — для жидких гонлив; К^ — коэффициент, учитывающий влияние температуры газов пе- ред турбиной Т^ на образование NO^. Для высокофорсированных камер сгорания указанная зависимость применима для режимов, близких к рабочему, а для микрофакельных — в широком диапазоне изменения режимных параметров а^, = 3-8, Т =200-350° С. ВО'.Ш Зависимости от Т^ для камер сгорания обоих типов представлены на рис. 4.4, 4.5; К^ — коэффициент, учитывающий зависи- мость концентрации NO^ от давления в камере сго- рания, к ! I т,-^ к 'С ' 6 р , . - 0 , 7 7 ' где р^ — давление в каме- ре сгорания. Эффективным спосо- бом снижения концентра- ции оксидов азота в уходящих газах энергети- ческих ГТУ без коренно- го изменения конструкции камеры сгорания является впрыск воды или ввод пара в зону горения. 527 627 727 827 927 1027 1127 Рис. 4.4. Зависимость коэффициента К от температуры для высокофорсированных камер сгорания 527 627 727 827 927 1027 112/ Рис. 4.5. Зависимость коэффициента К^ от те.мнературы для микрофакельных камер сгорания т„, к Снижение концент- рации оксидов азота при подаче влаги в зону горе- ния можно оценить сле- д у ю щ е й зависимостью: Сч/О к,:. К,. 4,5 4 3.5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 О 1 1 • 1 1 1 i : i i i 1 ! 1 i ( 1 i ; кон- Рис. 4.6. Завистюсть коэффициента К^^^ от относительного расхода влаги (пара или воды) в ка.меру сгорания где Cno, ' ^N0, цснтрация окси- дов азота соответ- ст венно при пода- че влаги и без нее; К — коэффициент, учитывающий влияние расхода влаги, опрс- дс]]ястся по рис. 4.6 в зависимости от отноп]еиия количества ВВ07ДИМ0Й влаги к расходу топлива В. Для сравнения концентрации N0^. в продуктах сгорания различных ГТУ по дсйсгвующим отечественным и зарубежным нормативно-тех- ническим документам концентрацию оксидов азота в продуктах сгора- ния ГТУ приводят к содержанию кислорода О, = 15,0% по формуле 2 0 , 9 - 1 5 , 0 2 0 , 9 - O t ' где Q o , Q o — приведенная и действительная концентрация окси- дов азота; - фактическое содержание кислорода в продуктах сгорания ГТУ. Ot 4.9. РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ОКСИДА УГЛЕРОДА И НЕСГОРЕВШИХ УГЛЕВОДОРОДОВ ОТ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК Суммарное количество оксида углерода и нссгоревших углеводо- родов в пересчете на метан М^^ и М^,, , г/с, выбрасываемых в атмос- феру с отработавшими газами газотурбинных установок (ГТУ), вы- числяют по формулам: где В — расход топлива в камеру сгорания, кг/с; -^со' — удельные выбросы СО и СН^, ^со ~ ^со Яг> т _ "си, где q^ — потери теплоты от химической неполноты сгорания топли- ва, %; «СО' ^сн,' "со' "сн, — коэффициенты, определяемые видом сжига- емого топлива (табл. 4.10). Таблица 4.10 Вид топлива Значения коэффициентов ^со «сн, "со «си, Природный газ 22,8 5,01 0,6 1,2 Дизельное и газотур- бинное топливо 30,8 2,5 1,0 1,0 Значения q^ принимаются по эксплуатационным данным. При их отсутствии q^ принимают: 0,1—0,5% — для рабочих режимов; 1,0-3,0%—для переменных нагрузок и особенно на холостом ходу; 3,0-5,0% — для камер сгорания с конструктивными изменения- ми, направленными на снижение на рабочих режимах концентрации оксидов азота (увеличение коэффициента избытка первичного возду- ха до а^ = 1,8-2,2, интенсификация процесса выгорания путем приме- нения многогорел очных устройств микрофакельного сжигания). 4.10. РАСЧЕТ ВАЛОВЫХ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ПО ДАННЫМ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ Измерение концентрации вредных ингредиентов в дымовых га- зах следует проводить по методикам, принятым в теплоэнергетике. Выброс вредного вещества, т/год, г/с, ..., определяется по формуле •jKcn Средняя концентрация ингредиенга в рассма1риваемом се- ^ j^^ jHUH газохода, г/м^, при нормальных условиях; ^ объем сухих дымовых газов в рассматриваемом сечении, м^/кг, " при нормальных условиях у1) у« — соответственно теоретический объем продуктов сгора- ' ния и теоретически необходимый объем воздуха на горение при нормальных условиях; Q, коэффициент избытка воздуха в дымовых газах в рассматри- ваемом сечении, который находят по формуле 1 а = где 1 - 3 , 7 6 — — • 1 0 0 + где О , ЛО, — соответственно содержание в дымовых газах в рассмат- риваемом сечении кислорода и трехатомных продуктов сгора- ния, %. Коэффициент избытка воздуха может быть также определен по показанию кислородомера, являющегося одним из основных прибо- ров контроля за процессом горения топлива на ТЭС, газоанализатора типа Орса, ВТИ-2 или другого прибора из выражения а = -21-0, При определении выброса вредного ингредиента с дымовыми га- зами за более длительный промежуток времени следует брать расход топлива за указанный промежуток времени и среднюю за этот период концентрацию вредного вещества в газах. Усреднение концентраций за рассматриваемый период произво- дится по формуле с , д + а д + ... + с„д . С = + + ... + S,, Д^® С|, С,, С^ — концентрация вредного вещества в характерные периоды нагрузки, г/м'; 1 \ \ \ Рис. 4.7. Зависимость коэффициента избытка воздуха до турбины от перепада температур в камере сгорания В,, В,, ...,В„ — р а с - ходы условного топлива, т, за характерные перио- ды нагрузки, которым соответствуют. При о п р е д е л е н и и выбросов вредных ве- ществ от ГТУ путем из- мерения их концентра- ций в д ы м о в ы х газах коэффициент избытка воздуха рекомендуется определять следующим образом: по штатным замерам температуры газов за турбиной, температуры воздуха за компрессором, давления за компрессором (до турбины) и имеющимся на ТЭС графическим зави- симостям рассчитывают температуру газов до турбины t^ ^ и величину перепада температур в камере сгорания Dt =t -t. КС г.т. е По этому значению на основании зависимости, приведенной на рис. 4.7, находится величина коэффициента избытка воздуха до тур-з бины а . . об.т Поскольку часть воздуха (5-10% от в зависимости от тина ГТУ) идет на охлаждение турбины, минуя тракт камеры, то коэффициент избытка воздуха в отработавших газах определяется 1 « о б = « о б . , . 1 - J где g^^^— относительный расход воздуха на охлаждение турбины. Порядок расчета валовых выбросов оксидов азота Выброс оксидов азота от каждого котла . г/с, при номиналь- ной нагрузке с учетом структуры сжигаемого топлива определяется по формуле М - ^ rr . удельный выход оксидов азота при номинальной нагрузке где •'^ иом ^ , ( н е з а в и с и м о от вида сжигаемого топлива), кг/т у. т., определя- ют по формуле fC = f f ОЖС" к^cll где к. . •— удельный выход оксидов азота при режимных условиях проведения эксперимента, кг/т у. т., . . зкси тт-ЭКСИ где — замеренная во время эксперимента концентрация окси- дов азота (суммы N 0 и N0^) в пересчете на N0^, г/м\ при нор- мальных условиях; ^uoit' ^жт — рзсход топлива на котел при номинальной нагрузке и во время эксперимента, т у. т./ч; -^ ном' -^ эксп — паропроизводительность котла, т/ч, номинальная и во время проведения замера; Рр — коэффициент, учитывающий влияние на выход окси- дов азота качества сжигаемого топлива, при условиях расчета и во время замера; — объем сухих дымовых газов во время замера, MVC, при нормальных условиях (коэффициент избытка воздуха в месте замера), = V A ' , T ( K T — расход натурального топлива на котел во время эксперимента, кг/с, MVC). В тех случаях, когда максимальная нагрузка котла ниже номиналь- ной, выброс оксидов азота, г/с, вычисляют по формуле где У]"" коэффициент нагрузки котла, Г) /? max max Z) в иом пом ^^пт расход топлива на котел при максимальной нагрузке т У т./ч). 5. ИНВЕНТАРИЗАЦИЯ ВЫБРОСОВ И КОНТРОЛЬ ВОЗДУХООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ТЭС И КОТЕЛЬНЫХ 5.1. ИНВЕНТАРИЗАЦИЯ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ Инвентаризация выбросов представляет собой систематизацию сведений о распределении источников по территории, количеству и составу выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Основной целью инвентаризации выбросов загрязняющих веществ является получение исходных данных для: - оценки степени влияния выбросов загрязняющих веществ пред- приятия на окружающую среду (атмосферный воздух); - установления предельно допустимых норм выбросов загрязня- ющих веществ в атмосферу как в целом по ТЭС, так и по от- дельным источникам загрязнения атмосферы; - организации контроля за соблюдением установленных норм вы- бросов загрязняющих веществ в атмосферу; - оценки состояния пылегазоочистного оборудования; - оценки экологических характеристик используемых технологий; - оценки эффективности использования сырьевых ресурсов и ути- лизации отходов; - планирования воздухоохранных работ. Данные о характеристиках источников выделения и загрязнения атмосферы, газоочистных и пылеулавливающих установок приводят- ся в бланке инвентаризации по состоянию на день ее начала, а сведе- ния о количестве выбрасываемых и улавливаемых загрязняющих ве- ществ, коэффициенте обеспеченности газоочисткой и затратах на нее даются за предшествующий год. Инвентаризация должна проводиться, как правило, периодически 1П раз в пять лет. После реконструкции и изменения технологии 0 оизвоаства предприятия данные проведенной ранее инвентариза- даГуточняЮТСЯ. При проведении инвентаризации предприятие обязано учесть все п о с т у п и в ш и е в атмосферу загрязняющие вещества от имеющихся ста- ц и о н а р н ы х источников загрязнения (организованных и неорганизован- ных) и автограпепорта. Для этого должны использоваться непосред- с т в е н н ы е инструментальные замеры в соответствии с действующими с т а н д а р т а м и н рекомендованными методиками, допускается также применение расчетных отраслевых методик. Работа по проведению инвентаризации должна включать следую- щие этапы: а) гюдготовительный; б) проведение инвентаризационного обследования; в) обработку результатов обследования и оформление выходных материалов. На первом составляется краткая характеристика ТЭС как источ- ника загрязнения атмосферы, балансовые схемы основных и вспомо- гательных производств, схемы и описания основных технологий. При этом должны определяться выделяемые загрязняющие вещества и их источники, а балансовые схемы должны составляться в соответствии с нормами технологического проектирования. На втором обследуются источники выделения и загрязнения ат- мосферы, эффективности газоочистного оборудования, определяются их характеристики. На третьем этапе систематизируются результаты, проводится их анализ, заполняются бланки формы 1-воздух, составляется перечень методик, используемых для определения концентраций, и расчетных методик определения выбросов загрязняющих веществ. После анализа материалов инвентаризации местный орган Гос- комприроды представляет ТЭС перечень загрязняющих веществ: - подлежащих государственному учету, но которым предприятие организует первичный учет (характеристики источников, выде- ляющих эти вещества, заносятся в журнал первичного учета ПОД-1); - по которым предприятие должно представлять ежегодную стат- отчетность по форме 2-ТП (воздух). Материалы инвентаризации оформляются по приведенным фор- мам и используются в дальнейшем для заполнения экологического паспорта предприятия (табл. 5.1). 5.2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ПРОЕКТА При проектировании новых ТЭС и котельных или их реконструк- ции составляется экологический паспорт проекта, основные разделы которого приведены ниже. Экологический паспорт проекта (Наименование объекта, .местонахождение) I. Общая часть 1.1. Наименование проектной организации, ее адрес_ 1.2. Заключение по проекту выдано на срок_ 1.3. Стадия проектирования 1.4. Аналог проекта 1.5. Дата составления проекта 1.6. Общая сметная стоимость объекта , в том числе затраты на мероприятия по охране природы и рациональному использова- нию природных ресурсов 1.7. Срок начала и окончания строительства 1.8. Объем выпускаемой продукции (основной) 1.9. Наименование организаций, согласовавших проект, и даты согласования П. Данные о площадке размещения объекта 2.1. Разрешение на проведение проектных работ (кем, когда выдано) 2.2. Площадь участка, необходимая для размещения площадки под проектируемый объект, из них ЗНО; 2.3. Наличие территорий природно-заповедных зон (произрастания редких видов ра- стений. мест обитания животных) и влияние проектируемого объекта на их экологи- ческое состояние Бланк инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу Раздел I. Источники выделения загрязняющих веществ Таблица 5.1 Наименова- ние про- изводства, цеха, участ- ка и т.п. Номер источника загрязне- ния атмо- сферы Номер источни- ка вьще- ления Наименова- ние источни- ка выделе- ния зафяз- няющих веществ Наимено- вание вы- пускаемой продукции Время работы источника выделения, ч Наимено- вание загряз- няющего вещества Код загряз- няющего вещества Количество за- грязняющих ве- ществ, отходов от источника выделения, т/год В сутки За год А \ 2 3 4 5 6 7 8 9 Раздел П. Характеристика источников загрязнения Координаты источников Параметры Параметры газовоздушной Код загряз- Количество загряз- загрязнения в заводской источников смеси на выходе источника няющего няющих веществ. системе координат , м загрязне)1ия загрязнения атмосферы вещества выбрасывае.мых Номер атмосферы в атмосферу источника Точечного Второго Вы- Диаметр Ско- Объем- Темпе- Макси- Суммар- загрязне- источника конца ли- сота, или рость, ный ратура, маль- ное, ния атмо- или одного нейного м размер м/с расход, °С ное, г/с т/год сферы конца источника сечения M"Vc линейного устья,м источника X, У, X, У2 1 10 11 12 13 9 3 4 5 6 7 8 9 о о Продолжение таблицы 5.1 Раздел Ш. Показатели работы газоочистных и пылеулавливающих установок Номер Наименование Код загрязняющего Коэффициент источ- и тип пыле- КПД аппаратов, % вещества, по кото- обеспеченности Капитальные Затраты на ника выде- улавливающе- рому происходит /С % вложения. газоочистку. ления го оборудова- Проектн. Фактич. очистка Норма- Факти- тыс.руб. тыс. руб./год ния тивный ческий 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Раздел IV. Суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, их очистка и утилизация (в целом по предприятию), т/год Код загряз- няющего вещества Наименование загрязняюще- го вещества Количество загрязняющих веществ, отходящих от источников выделения В том числе; Из поступивших на очистку Всего вы- брошено в атмо- сферу, т,/год Выбра- сывается без очистки Поступает на очистку Выброшено в атмосферу Уловлено и обезврежено Факти- чески Из них утилизировано 1 2 3 4 5 б 7 8 9 Окончание таблицы 5.1 Раздел V. Выбросы автотранспорта предприятия Группа транспортных средств Коли- чество Средний годовой пробег на единицу транс- порта, км/год Общий пробег, млн км/год Коэффициент влияния Удельные выбросы Годовой выброс, т/г 1 Сред- него возрас- та парка Уровня техни- ческого состо- яния Окись угле- рода Окис- лы азота Угле- водо- роды Окись угле- рода Окис- лы азота Угле- водо- роды 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Грузовые и специальные машины с двигателями; — бензиновыми — дизельными — газобаллонными Автобусы с двигателями: — бензиновыми — дизельными — газобаллонными Легковые служебные и специальные Другие Заполняется автотранспортными цехами и предприятиями. о 2.4. Предусмотренные мероприятия по восстановлению (рекультивации) земельного участка и использованию плодородного слоя почвы: 2.5. Площадь лесных массивов и пашни, подлежащих изъятию (группа, балльность, га) 2.6. Санитарная классификация объекта Нормативный размер санзоны 2.7. Принятый размер санитаро-защитной зоны 2.8. Мероприятия по организации санзоны (снос строений, озеленение) III. Охрана и рациональное использование водных ресурсов Водоснабжение: 3.1. Наименование источника водоснабжения; а) производственного б) хозяйственно-питьевого в) удельный расход воды по проекту (на одного жителя, на единицу основной продукции или сырья) 3.2. Водозаборные сооружения (технологическая схема подачи воды, состав сооруже- ний по очередям строительства с указанием количества и производительности соору- жений) 3.3. Объем водопотребления (свежей воды) всего MVcyT., в том числе: а) на хозяйствено-питьевые нужды м'/сут.; б) на производственные нужды: воды питьевого качества м'/сут.; воды технического качества м'/сут. 3.4. Объем оборотного и повторного использования воды: а) в системе оборотного водоснабжения м7сут.; б) повторное использование воды м7сут. Системы оборотного водоснабжения и повторного использования воды; мероприятия по внедрению малосточных и бессточных систем водоснабже- ния 3.5. Процент экономии свежей воды за счет применения оборотной, малосточной, бес- сточной системы водоснабжения Канализация и очистка сточных вод объекта 3.6. Удельный расход сточных вод MVcyTKH на одного жителя, единицу сырья или ос- новной продукции 3.7. Общий объем сточных вод м7сут., в том числе: хозяйственно-фекальных MVcyT.; производственных загрязненных м^сут.; не требующих очистки MVcyx СоорУ^"^^'""'' "" сточных вод Сооружения по внутриплощадочной очистке стоков (состав, их производитель- н о с т ь в какую систему канализации отводятся стоки после очистки) (^цдружения по внеплощадочной очистке сточных вод (технологическая схема очистки стоков, состав и количество сооружений по очередям строительства, произ- вочигельность, наличие и расположение выпуска сточных вод) Т7(ГСхсма очистки ливневых вод, их качественная характеристика и состав очист- ных сооружений 11 Водоприемник для стоков, не требующих очистки, и ливневых вод ^ 12.Ф][зико-химическии состав и свойства сточных вод Показатели До очистки, мг/л После внутрипло- щадочпых очист- ных сооружений, мг/л После внепло- щадочных очистных сооружений, мг/л в створе полного с.мешения, .м г/л i. БПКж 2. BiBeiiienHbic вещества 3. Минеральные вещества 4. Сульфаты 5. Хлориды 6. Нефтепродукты 7.рН 8. Никель 9. Ванадий 10. Фтор 3.13. Среднесуточное количество реагентов, применяемых для очистки, дезинфекции или нейтрализации сточных вод 3.14. Использование очищенных сточных вод на производственные нужды или в сель- ском хозяйстве 3.15. Наименование, физико-химические и бактериологические показатели водоема, куда сбрасываются очищенные сточные воды (максимальный, среднегодовой и мини- мальный среднемесячный расход для года с 95% обеспеченности в MVC, глубина, цщ- рина, скорость течения; для озер — объем в тыс. м') IV. Охрана атмосферного воздуха 4.1. Характеристика категории опасности предприятия 4.2. Количество вредных веществ, выбрасываемых всеми стационарными источника- ми выделения в воздушный бассейн (т/год) 4.3. Количество уловленных и обезвреженных на предприятии вредных веществ (т/год) 4.4. Источник теплоснабжения предприятия и вид потребляемого тоилива_ 4 .5. Существующее фоновое загрязнение в районе строительства предприятия (с раз- 5ивК0Й по ингредиентам) Данные по фону приняты на основании_ 4 6. Предполагаемые значения максимальных концентраций вредных веществ в воз- душном бассейне после ввода проектируемого предприятия в эксплуатацию. Xs п/П Наименование вещества Значения максимальных конценп раций в долях ПДК В жилой зоне без учета фона В жилой зоне с ч е т о м фона За 1раницей СЗЗ без учета фона 4 7. Величина существующего валового выброса вредных веществ в воздушный бас- сейн (после очистки), т/год 4 8. Предлагаемый в проекте норматив ПДВ по валовому выбросу, т/год 4 9. Норматив выбросов загрязняющих веществ с разбивкой по ингредиентам в целом по предприятию. № п/П Наименование вещества Существующий выброс (т/год) на 200 г. Нормативы ПДВ (т/год) по годам Год до снижения ПДВ V. Утилизация отходов 5 1. Виды и объемы производственных отходов (в том числе образующиеся при очистке сточных вод и выбросов в атмосферу), т/год 5.2. Проектные решения по утилизации и использованию образующихся отходов (т/год), в том числе токсичных 5 3. Принятые прогрессивные решения по внедрению малоотходных и безотходных технологий 5.4. Мероприятия, направленные на улучшение природного состояния местности, где размещается проектируемый объект (дополнительные лесные и лесопарковые насаж- д е н и я , создание водоемов, противоэрозионные работы и пр.) Приложения: 1 Ситуационный план расположения объекта (предприятия) в радиусе не менее 2 км (если имеются источники выброса Н более 40 м, то радиус ситуации должен быть не менее ЗОН) с указанием на нем СЗЗ объекта (предприятия), окружающей жилой и промышленной застройки. 2. Карта-схема источников выбросов. 3. Генплан объекта с инженерными сетями. 4 Генплан очистных сооружений. Руководитель проектной организации Главный инженер проекта « » г. 5.3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ДЕЙСТВУЮЩЕГО ОБЪЕКТА Экологический паспорт тепловой электростанции или котель- ной ' нормативно-технический документ, включающий данные по и с п о л ь з о в а н и ю ресурсов (природных, вторичных и других) и предо- ставляющий комплекс сведений, выраженных через систему показа- телей, отражающих уровень использования природных ресурсов и сте- пень воздействия ТЭС на окружающую срсду Основой для разработки экологического паспорта являются согла- сованные и утвержденные основные показатели производства, проек- ты и утвержденные расчеты ПДВ, нормы ПДС, разрещсние на приро- допользование, паспорта газо- и водоочистных сооружений и установок по утилизации и использованию отходов, данные государственной ста- тистической отчетности, инвентаризации источников загрязнения и нормативно-технические документы. Экологический паспорт для действующих ТЭС составляется по состоянию на начало соответствующего года и дополняется (коррек- тируется) при изменении технологии производства, замене оборудо- вания и т. д. в течение месяца со дня изменений. Экологический паспорт ТЭС состоит из разделов, расположенных в следующей последовательности: - титульный лист; - общие сведения о ТЭС и ее реквизиты; - краткая природно-климатическая характеристика района распо- ложения ТЭС; - карта-схема ТЭС (в масщтабе) с указанием источников водоза- бора, выбросов и сбросов; - краткие сведения о мощности ТЭС с характеристикой основно- го оборудования; - сведения об использовании земельных ресурсов; - характеристика используемого топлива; - характеристика выбросов в атмосферу; - характеристика водопотребления и водоотведения, включая све- дения о сбросах (сливах) жидких отходов; - характеристика отходов (золы, шлака, шлама и способов их уда- ления), включая утилизацию, переработку, передачу, складиро- вание ИТ. п.; - сведения о рекультивации нарушенных земель; - сведения о транспорте ТЭС; - оценка влияния ТЭС на окружающую среду с установлением приоритетности проведения природоохранных мероприятий; - сведения об эколого-экономической деятельности ТЭС. Ниже приведены рекомендации по заполнению отдельных разде- лов паспорта. Краткая природно-климатическая характеристика района распо- ложения ТЭС включает характеристики: - климатических условий, в том числе розы ветров; - состояния атмосферного воздуха, в том числе фоновые концен- трации в атмосфере веществ, по которым ТЭС имеет разрепте- ние на выброс; -источников водозабора и приемников сточных вод, фоновый химический состав водньтх объектов. Карта-схема ТЭС представляется в виде выкопировки из генпла- на ТЭС (с соблюдением масштаба). В ней указывается расположение главного корпуса, источники выбросов (дымовые трубы, склады топ- лива) и источники сброса в водные объекты, места забора, приводится роза ветров. Сведения о выбросах ТЭС, загрязняющих атмосферу, отражают состав, качественные и количественные значения их содержания. От- дельно в виде справки с указанием времени, объемов и состава приво- дятся данные о залповых и аварийных выбросах в атмосферу за- грязняющих веществ. Карты рассеивания выбросов принимаются из проектных материалов и томов по ПДВ. Приводятся характеристика газоочистных установок и перечень загрязняющих веществ, подлежа- щих контролю. В характеристике водопотребления, водоотведения, состояния водоочистных сооружений отражают объемы, удельные нормативы, состав, качественные и количественные значения загрязняющих ве- ществ, содержащихся в сточных водах ТЭС. Отдельно в виде справки с указанием времени, объемов и состава приводятся данные о залпо- вых и аварийных сбросах (сливах) загрязняющих веществ, в том чис- в почву, водные объекты, канализационные сети, на очистные со- оружения, отстойники, отдельные емкости и т. п. Характеристика отходов приводится с отражением сведений об их пожароопасности, агрегатном состоянии, растворимости, влажно- сти наличии этих отходов в местах организованного складирования, п о л и г о н а х и накопителях, предназначенных для захоронения, образо- вании, использовании и передаче другим организациям, обезврежива- нии и т. п. Отдельно, в виде справки с указанием времени, объема, состава и места представлены данные о внеплановых и аварийных слу- чаях сброса в почву, водные объекты, вывозе, захоронении (складиро- вании) загрязняющих веществ. Оценка влияния ТЭС на окружающую среду осуществляется на основании действующих нормативно-технических документов. Све- дения об эколого-экономической деятельности ТЭС, включая данные о затратах на природоохранные мероприятия, их эффективности, ос- новываются на действующих методах оценки. Данные о платежах ТЭС за загрязнение окружающей среды, порядок определения и примене- ния нормативов платы за выбросы (сбросы) должны отвечать действу- ющим правилам. 5.4. ВЕДОМСТВЕННЫЙ КОНТРОЛЬ ВОЗДУХООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Контроль воздухоохранной деятельности ТЭС и котельных осу- ществляется в соответствии с Законом Республики Беларусь «Об ох- ране окружающей среды». Ведомственный контроль производится в энергосистеме для обес- печения выполнения подведомственными предприятиями и организа- циями планов и мероприятий по охране окружающей среды, природо- охранного законодательства. Контроль воздухоохранной деятельности ТЭС и котельных осу- ществляется путем: - периодических проверок непосредственно на ТЭС и в котель- ных соблюдения норм выбросов загрязняющих веществ в атмос- феру, правил эксплуатации основного и природоохранного обо- рудования и приборов контроля за выбросами, выполнения пла- нов, приказов, предписаний по охране атмосферного воздуха, ведения требуемой технической и отчетной документации; - анализа материалов, периодически поступающих в контролиру- ющие органы в установленном объеме. Ведомственный контроль воздухоохранной деятельности ТЭС и котельных предназначен для: - обеспечения соблюдения установленных норм выбросов в ат- мосферу; - выполнения плановых заданий по охране атмосферного воздуха; - оказания помощи ТЭС и котельным в организации контроля вы- бросов загрязняющих веществ в атмосферу; - выявления резервов повышения эффективности воздухоохран- ного оборудования; - реализации новых и прошедших опытно-промышленную про- верку на предприятиях отрасли методов сокращения выбросов. Экологическая служба ТЭС и котельной (либо выделенные для ведения указанных вопросов специалисты) осуществляет системати- ческий производственный контроль за: - деятельностью цехов, служб и иных подразделений ТЭС и ко- тельной по соблюдению правил технической эксплуатации обо- рудования (котлы, шламоотвалы, топливные склады, а также средства измерений) и технологических параметров, влияющих на количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, а также по соблюдению установленных для ТЭС и котельных норм выбросов в атмосферу; - содержанием загрязняющих веществ в дымовых газах путем ин- струментальных измерений. Экологическая служба обеспечивает оперативной информаци- ей руководство ТЭС (котельной) и эксплуатационный персонал о превышении норм выбросов, а также о причинах установленного нарушения. Экологическая служба (либо выполняющие ее функции подраз- деления) РУЭП контролирует воздухоохранную деятельность ТЭС и котельных, обеспечивая необходимое взаимодействие с о р г а н а м и Минприроды. Э к о л о г и ч е с к а я служба РУЭП осуществляет: псриолнчсские (не реже одного раза в год) проверки воздухо- охраииой деятельности ТЭС и котельных непосредственно па Т Э С и к о т е л ь н ы х ; - с и с т е м а т и ч е с к и й анализ воздухоохранной деятельности ТЭС и к о т е л ь н ы х на основании документации, поступающей в уста- новленном порядке; _ методическую и техническую помощь экологическим службам ТЭС и котельных в осуществлении ими функций производствен- ного контроля; - подготовку для руководства РУЭП предложений по поощрению и санкциям по отношению к персоналу ТЭС и котельных по ре- зультатам контроля воздухоохранной деятельности ТЭС и ко- тельных; - обеспечение рассмотрения и утверждения проектов норм вы- бросов в атмосферу и предложений по их корректировке. Орган ведомственного контроля постоянно обеспечивает прове- ряемые объекты информационными материалами о новейших дости- жениях в области воздухоохранной деятельности. Специализированная ведомственная организация осуществляет контроль за воздухоохранной деятельностью ТЭС, котельных, РУЭП в рамках проведения обследования по поручению концерна «Белэнер- го» в целях: - комплексной оценки эффективности природоохранной деятель- ности ТЭС, котельных, РУЭП; - разработки конкретных мероприятий по сокращению выбросов в атмосферу с учетом всех аспектов экологической деятельнос- ти ТЭС и котельных. Экологическая служба по охране окружающей среды (либо вы- полняющие ее функции подразделения) концерна «Белэнерго»: - контролирует организационную деятельность служб по охране окружающей среды РУЭП, ТЭС и котельных; - контролирует ход реализации планов по охране атмосферного воздуха; - принимает решение по результатам комплексного обследования воздухоохранной деятельности отдельных ТЭС, котельных, РУЭП; - координирует проводимые в отрасли работы по контролю воз- духоохранной деятельности. Объем ведомственной проверки воздухоохранной деятельности ТЭС включает проверку организации воздухоохранной деятельности, состояния и условий эксплуатации оборудования, влияющего на вы- бросы загрязняющих веществ в атмосферу, документации по охране атмосферного воздуха, в том числе: - соблюдения утвержденных норм выбросов и разрешения на вы- брос загрязняющих веществ в атмосферу или хода разработки этих норм; - режимов работы предприятия — фактической нагрузки ТЭС в рассматриваемый период (максимальной, кратковременной и средней за год), расхода и качества потребляемого топлива (вида топлива, теплоты сгорания, зольности, сернистости, содержания азота), доли различных видов топлива при максимальной нагруз- ке ТЭС за рассматриваемый период; - режимов работы отдельных котлов — максимальной нагрузки каждого котла и соответствующего расхода топлива, максималь- ного и общего расхода различных видов топлива за рассматри- ваемый период, объема дымовых газов, температуры дымовых газов, избытков воздуха за дымососом и топкой; - наличия и состояния неорганизованных источников выбросов (вентиляционных систем топливоподачи, топливных складов, зо- лooтвaJЮв); - изменения состава котельного и газоочистного оборудования за рассматриваемый период, ведущихся работ по расширению ТЭС; - выполнения планов мероприятий по охране атмосферного воз- духа — хода реализации, эффективности внедренных меропри- ятий; - выполнения заданий годовых и перспективных планов по охра- не воздушного бассейна; - выполнения постановлений директивных органов по охране ок- ружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов Республики Беларусь, решений местных органов; - наличия и работоспособности штатных приборов контроля ре- жима работы котлов, газоочистного оборудования; н а л и ч и я на ТЭС подразделения или специально назначенных лиц осуществляющих контроль выбросов, и планов их работы; __ г л а с н о с т и природоохранных работ Т Э С , используемых спосо- бов пропаганды и поощрения; - м а т е р и а л о в отчетности по форме 2-ТП (воздух); - наличия планов мероприятий по предотвращению аварийных и залповых выбросов; - выполнения предписаний государственых контролирующих ор- ганов, рекомендаций по итогам ведомственных проверок; - организации контроля выбросов веществ на ТЭС, ведения жур- налов измерения, учета выбросов, согласованных форм отчет- ной документации; - учета поступающих предупреждений об особо неблагоприятных метеоусловиях и проведения соответствующих мероприятий по кратковременному умсньщению выбросов; - наличия методик определения выбросов и должностных инст- рукций для персонала, связанного с эксплуатацией котлов и га- зоочистного оборудования. Проверка выбросов загрязняющих веществ включает: - измерение концентраций загрязняющих веществ в дымовых га- зах и объема дымовых газов; - проведение контрольного определения выбросов максимальных разовых выбросов (г/е) по характеристикам топлива и котлов либо по измеренным концентрациям; - сопоставление полученных данных по выбросам с установлен- ными для ТЭС контрольными нормами выбросов в атмосферу; - сравнение фактических выбросов с установленными плановы- ми заданиями по снижению выбросов; - контроль за определением выбросов вредных веществ при осу- ществлении ТЭС мероприятий по кратковременному снижению выбросов по сигналу о наступлении особо неблагоприятных ме- теоусловий. По результатам проверки составляется заключение и разрабаты- ваются предложения по уеоверщенствованию оборудования и улуч- шению состояния воздухоохранной деятельности с учетом опыта дру- гих ТЭС. Если при проверке установлено, что ТЭС превышает нормы вы- бросов в атмосферу, так как изменились условия работы ТЭС по срав- нению с принятыми при расчете норм либо применяется иная методи- ка расчета выбросов или внедрен новый прибор контроля выбросов, то проверяющий: - выявляет причины несвоевременной подготовки ТЭС предло- жений по корректировке норм выбросов; - обязывает ТЭС в установленный срок разработать предложения по корректировке норм выбросов, а также по ограничению рос- та выбросов. 5.5. СТРУКТУРА И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОФОРМЛЕНИЮ И СОДЕРЖАНИЮ ВЕДОМСТВЕННОГО ПРОЕКТА НОРМАТИВОВ ПДВ ДЛЯ ПРЕДПРИЯТИЙ Ведомственный проект нормативов ПДВ должен состоять из двух самостоятельных частей. Первая должна содержать основные результаты работы и состоять из разделов, разработанных в соот- ветствии с настоящими рекомендациями. Вторая (приложения) включает переписку по вопросам нормирования выбросов, расче- ты и обоснования выбросов с учетом их нестационарности во вре- мени, результаты расчета фона, распечатки расчетов на ЭВМ и дру- гие п р и л о ж е н и я по у с м о т р е н и ю г о л о в н о й в е д о м с т в е н н о й организации (ГВО). Примечание. Объем и содержание проекта нормативов ПДВ оп- ределяется местными органами Госкомгидромета в зависимости от значимости выбросов предприятия на загрязнение атмосферного воз- духа в данном городе (регионе). 5.5.1. Титульный лист Титульный лист является первой страницей проекта нормативов ПДВ и оформляется в соответствии с формой 1. Ограничительный гриф устанавливается ГВО. Форма I Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь Головная ведомственная организация УТВЕРЖДАЮ Начальник местного органа Госкомприроды Подпись (Ф.И.О.) « » 200 г П Р О Е К Т нормативов предельно допустимых выбросов для (Наи.меноват1е предприятия) Должность руководителя (Ф.И.О.) предприятия М.П. Регистрационный номер Разрешен на выброс Город, год 5.5.2. Список исполнителей В списке исполнителей указываются организации и фамилии всех ответственных исполнителей и соисполнителей, принимавших учас- тие в разработке проекта нормативов ПДВ (фамилии исполнителей и соисполнителей располагаются столбцом). Слева указываются их дол- жности, ученые степени и звания. Возле каждой фамилии в скобках указывается номер подготовленного раздела (подраздела). Если проект нормативов ПДВ разработан совместно с другими орга- низациями, то в список исполнителей включаются вначале данные об исполнителях ГВО, затем данные организаций соисполнителей. 5.5.3. Аннотация Текст аннотации должен содержать основные результаты прове- данной работы с указанием числа загрязняющих веществ; веществ, обладающих эффектом суммации вредного действия, для которых раз- работаны нормативы выбросов; источников выбросов за1рязняющих веществ в атмосферу в целом по предприятию; сроков достижения нормативов ПДВ по ингредиентам; необходимых для этого затрат; ве- личину ущерба, наносимого выбросами предприятия. 5.5.4. Содержание Содержание проекта нормативов ПДВ должно включать наиме- нование всех разделов с указанием номеров страниц. В каждой из ча- стей проекта нормативов ПДВ должно быть свое содержание, при этом в первой части помещается содержание всего проекта нормативов ПДВ с указанием приложений. 5.5.5. Введение Во введении приводят перечень основных директивных докумен- тов, на основании которых разработан проект нормативов ПДВ; осно- вание для проведения работ по нормированию выбросов на данном предприятии (приказ, его номер и т. д.); название ГВО и соисполните- лей; их почтовые адреса. 5.5.6. Общие сведения о предприятии В разделе приводятся; 5 6 ! . Почтовьп! адрес предприятия, количество промплощадок, взаиморасположение предприятия и граничащих с ним характерных объектов — жилых массивов, промышленных зон, лесов, сельскохо- зяйственных угодий, транспортных магистралей и т. д. 5.6.2. Карта-схема предприятия с нанесенными на нее источника- ми выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (рис, 5.1). 5.6.3. Ситуационная карта-схема района размещения предприятия Проект У(«) 1400 1600 1800 2000 2200 Рис. 5.1. Карта-схема предприятия с указанием на ней границ санитарно-защитной зоны, селитебной тер- ритории, зон отдыха (территории заповедников, музеев, памятников архитектуры), санаториев, домов отдыха и т. д., постов наблюдений за загрязнением атмосферного воздуха предприятия, стационарных но- стов Госкомгидрол1ета (рис. 5.2). 400(1 - 3500 3000 - 2500 Y(M) Проект 1500 1000 - О 7 - - изолинии KOlillCKipiUUlii загрязняющих нешеств; — - зеленая зона; ^ ^ ^ ^ ^ - жилая застройка; ^ - территория пансионата ; _ _ - санитарно-защншеиная зона; Д - точки контроля качества атмосферного воздуха; - ф а н и ц а территории предприятия Рис. 5.2, Ситуационная карта-схе.иа района города, в которо.м расположено предприятие 5.5.7. Характеристика предприятия как источника загрязнения атмосферы В состав раздела входят: Краткая характеристика технологии производства и техноло- гического оборудования (описание выпускаемой продукции, основ- ного исходного сырья, расход основного и резервного топлива) с точ- ки зрения загрязнения атмосферы. При этом необходимо учесть наличие в выбросах всех загрязняющих веществ, образующихся в тех- нологическом процессе, а также все химические превращения выбра- сываемых веществ. Краткая характеристика существующих установок очистки газа, укрупненный анализ их технического состояния и эффективнос- ти работы. Оценка степени соответствия применяемой технологии, техно- логического и пылегазоочистного оборудования передовому научно- техническому уровню в стране и за рубежом. Перспектива развития предприятия по каждому году текущей пятилетки и в целом по последующим пятилеткам — 10-20 лет. При этом необходимо учитывать данные об изменениях произво- дительности предприятия, реконструкции, сведения о ликвидации производств, источников выброса, строительство новых технологичес- ких линий и агрегатов, общие сведения об основных перспективных направлениях воздухоохранных мероприятий, сроки проведения ре- конструкции, расщирения и введения в действие новых производств, цехов и т. д. Дается ссылка на документ, определяющий перспективу развития, указываются сведения о наличии проекта на реконструкцию, расширение или новое строительство, о согласовании его с органами Госкомгидромета. Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосфе- ру, представляют в виде табл. 5.2. В табл. 5.2 в графе 2 приводятся вначале вещества, имеющие мак- симально разовые ПДК, затем имеющие среднесуточные ПДК, затем вещества, имеющие ориентировочные безопасные уровни воздействия, и далее вещества, по которым отсутствуют ПДК и ОБУВ. В конце таб- лицы дается перечень веществ, обладающих эффектом суммарного вредного действия. Таблица 5.2 Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу Наименование вещества ПДК„ „, ПДК и ОБУВ, мг/м^ Класс опасности Выброс вещества, т/год 1 2 3 4 Таблица 5.3 Наименование производств(цехов) и источников выбросов Наименование вещества Выбросы веществ, г/с Периодич- ность, раз/год Продолжи- тельность выброса, ч Годовая величина залповых выбросов По регламенту Залповый выброс I 2 3 4 5 6 7 Параметры выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для расчета ДДВ Таблица 5.4 Производство Цех Источники выделения загрязняющих веществ Число часов работы в год Наименование источника выброса вредных веществ Число источников выброса, шт. Наименование Кол-во, шт. СП п СП П СП П СП п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II Номер источника на карте-схеме Высота источника выброса, м Диаметр устья трубы, м Параметры газовоздушной смеси на выходе из источника выброса Скорость, м/с Объем на одну трубу, м^/с Температура, "С СП п СП п СП п СП П СП П СП П 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 Продолжение таблицы 5.4 1 Координаты на карте-схеме Наименование газо- очистных установок и мероприятий по сокращению выбросов Вещества, по кото- | Средняя 1 Точечный источник центра группы источников или одного линейного источника Второго конца линейного источника рым производится газоочистка эксплуатационная 1 степень очистки, % ( Коэффициент обеспеченности газоочистки, % Максимальная степень очистки,% X, У) Хг Уг СП П СП П СП П24 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Наименование вещества Выбросы загрязняющих веществ Год достижения ПДВ СП п (ПДВ) г/с мг/м^ т/год г/с мг/м"* т/год 34 35 36 37 38 39 40 41 Примечание: 1. СП — существующее положение (на момент разработки ведомственного тома ПДВ); П — перспектива (на момент достижения ПДВ). 2. При наличии данных о перспективе развития предприятия в разделы таблицы вводятся допол- нительные графы по этапам развития (п. 1.7.4). 3. Допускается использование аналогичных таблиц, разработанных на базе таблицы ГОСТа 17.2.3.02- 78 и настоящей таблицы. Количественная характеристика выбрасываемых в атмосфе- ру загрязняющих веществ в т/год приводится по усредненным годо- вым значениям в зависимости от изменения режима работы предпри- ятия, технологического процесса и оборудования, характеристик сырья, топлива и т. д. Характеристика аварийных (залповых) выбросов приводится в виде таблицы 5.3 или дается краткая характеристика условий, при которых возможны аварийные и залповые выбросы. Параметры выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для расчета ПДВ представляются в виде табл. 5.4, составленной с учетом требований ГОСТа 17.2.3.02-78. При этом учитываются как организо- ванные, так и неорганизованные источники выброса загрязняющих веществ в атмосферу. Обоснование полноты и достоверности исходных данных (г/с, т/год), принятых для расчета ПДВ, взяты ли они из форм инвентариза- ции «1 -воздух», первичного учета ПОД-1 или из форм статистической отчетности № 2-ТП (воздух), получены инструментальными замера- ми или расчетными и балансовыми методами и т. д. При этом приво- дится перечень методических документов, регламентирующих мето- ды отбора, анализа и расчета выбросов загрязняющих веществ. Для определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу рекомен- дуется использовать общесоюзные и ведомственные методики, согла- сованные органами Госкомгидромета. 5.5.8. Проведение расчетов и определение предложений нормативов ПДВ и ВСВ Состав раздела включает: Название использованной программы автоматизированного расчета загрязнения атмосферы. Метеорологические характеристики и коэффициенты, опре- деляющие условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере города в виде табл. 5.5. Результаты расчетов уровня загрязнения атмосферы на теку- щий момент и с учетом перспективы, выполненные в соответствии с ОНД-86; ситуационные карты-схемы с нанесенными на них изолини- ями расчетных концентраций; максимальные приземные концентра- в ж и л о й зоне и перечень источников, дающих наибольшие вкла- ды"в уровень загрязнения атмосферы в виде табл. 5.6. Таблица 5.5 Метеорологические характеристики и коэффициенты, определяющие Наименование характеристик Величина* К т ф ф и ц и е н т , з а в и с я щ и й от с т р а т и ф и к а ц и и а т м о с ф е р ы , 160 К о э ф ф и ц и е н т р е л ь е ф а м е с т н о с т и в г о р о д е * * 1,0 Средняя м а к с и м а л ь н а я т е м п е р а т у р а н а р у ж н о г о в о з д у х а наиболее ж а р к о г о м е с я ц а года , 1, "С 21,2 Средняя т е м п е р а т у р а н а р у ж н о г о в о з д у х а н а и б о л е е холодного м е с я ц а (для к о т е л ь н ы х , р а б о т а ю щ и х по о т о п и т е л ь н о м у графику) , t, °С - 1 1 , 6 С р е д н е г о д о в а я р о з а ветров , % С 8 С В 8 ю в 11 ю 13 юз 22 3 16 сз 12 Скорость ветра ( И * ) (по с р е д н и м м н о г о л е т н и м д а н н ы м ) , п о в т о р я е м о с т ь п р е в ы ш е н и я к о т о р о г о с о с т а в л я е т 5%, м/с 8 Примечания: * В таблице приведены условные значения. ** Для пересеченной местности с перепадом высот более 250 м на 1 км за указаниями по учету рельефа следует обращаться в территори- альные органы Госкомгидромета или ГО имени А. И. Воейкова, прило- жив к запросу соответствующий картографический материал. Предложения по нормативам ПДВ и ПСВ по каждому источни- ку и ингредиенту заносят в табл. 5.7. Примечание. Если в воздухе города (населенного пункта) концен- трация загрязняющих веществ, создаваемая предприятием, с учетом фона не превышает ПДК, то нормативы ПДВ для предприятия уста- навливаются на уровне фактических выбросов. ю К) Таблица 5.6 Перечень источников с наибольшим количеством вредных выбросов в атмосферу Наименование вещества Расчетная максимальная приземная концентрация Источники, дающие наибольший вклад в максимальную концентрацию Принадлежность источника (цех, участок,. . .) В жилой зоне На границе санитарно- защитной зоны X» источников на карте-схеме № вклада 1 2 3 4 5 6 Таблица 5.7 Нормативы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу Производство, цех, участок Номер источ- ника выброса Нормативы выбросов загрязняющих веществ Существующее положение на г. На г. На г. п д в Год достиже- ния ПДВ г/с т/год г/с т/год г/с т/год т/с т/год г/с т/год 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Ц е х № 1 Ц е х № 3 0 И т о г о по п р е д п р и я т и ю Ц е х № 1 Ц е х № 3 0 И т о г о по п р е д п р и я т и ю В с е г о п о п р е д п р и я т и ю Взвешенные вещества О р г а н и ч е с к и е и с т о ч н и к и Н е о р г а н и ч е с к и е и с т о ч н и к и Примечание: 1. Таблица составляется по веществам. 2. В графах 5-10 и т. д. указываются годы, в которые реализуются мероприятия по снижению выбросов. 3. Для крупных предприятий дополнительно может составляться по требованию ГО сводная таблица нормативов по веществам в целом по предприятию. 4. Для крупных предприятий в таблице целесообразно дополнительно проводить обобщенные данные по отдельным цехам. Еспи в воздухе города (населенного пункта) концентрации за- язняюших веществ превышают ПДК, то значения ПДВ для пред- п р и я т и я уточняют местные органы Госкомгидромета после проведе- н и я с в о д н ы х расчетов по городу. ГВО совместно о предприятием р а з р а б а т ы в а е т план мероприятий по снижению выбросов загряз- н я ю щ и х веществ в атмосферу, обеспечивающих достижение уточ- н е н н ы х значений нормативов ПДВ. План мероприятий представля- ют в виде табл. 5.8. Дастся обоснование возможности достижения нормативов ПДВ с учетом использования малоотходной технологии и других планиру- емых мероприятий, в том числе перепрофилирования или сокраще- ния объема производства. Экономическая эффективность предлагаемых мероприятий по достижению нормативов ПДВ и причиняемый ущерб от загрязнения атмосферы могут быть определены по отраслевым методикам, разра- ботанным на основе временной методики. Уточнение размеров санитарно-защитной зоны, проведенное в соответствии с ОНД-86 и СН-245-71. Данные о численности населения, проживающего в санитарно- защитной зоне и на территории, подлежащей включению в санитар- но-защитную зону. Если в районе размещения предприятия или в прилегающей к пред- приятию территории расположены зоны заповедников, музеев, памят- ников архитектуры и т. д., то в проекте нормативов ПДВ приводятся документы (материалы), свидетельствующие об учете специальных требований (при их наличии) к качеству атмосферного воздуха для данного района. 5.5.9. Мероприятия по регулированию выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях Мероприятия по регулированию выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях (НМУ) разрабатывают ГВО совместно с предприятием в соответствии с документами: руководящим РД 52.04.52-85 или ведомственным отраслевым, разработанным на базе РД 52.04.52-85 и согласованным с органами Госкомгидромета. Состав раздела должен содержать следующую информацию: Таблииа 5.. План мероприятий по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на с целью достижения нормативов ПДВ (Наименование предприятия) Наименование производства, цех № источника выброса на карте- схеме предприятия Наименование мероприятий Сроки выполнения мероприятий, квартал, год Затраты на реализацию мероприятий, тыс. руб. Начало Окончание Капитало-вложения Основная деятельность 1 2 3 4 5 6 7 Наименование вещества В е л и ч и н ы в ы б р о с о в Подрядчик До ме роприятия После мероприятия г/с т/год г/с т/год 8 9 10 11 12 13 Примечание. В конце таблицы в п)афах 6, 7 приводятся суммарные значения, в графах 9, 10,11 > 12 — суммарные значения по каждому веществу в отдельности. План мероприятия по сокращению выбросов загрязняющих вс- в а т м о с ф е р у в периоды НМУ в виде табл. 5.9 взамен табл. П.1.1. РД 52.04.52-85. Обобшениые данные о выбросах загрязняющих веществ в ат- мосферу в периоды НМУ в виде табл. 5.10 взамен табл. П.2.1. РД 52.04.52-85. Краткую характеристику каждого конкретного мероприятия с учетом реальных условий эксплуатации технологического оборудо- вания (сущность технологии, необходимые расчеты и обоснования ме- роприятий и т. д.). Обоснование возможного диапазона регулирования выбросов по каждому мероприятию. Экономическую оценку мероприятий по регулированию вы- бросов в периоды НМУ. План-график контроля выбросов загрязняющих веществ в ат- мосферу в периоды НМУ (с учетом раздела 5.5.10). 5.5.10. Контроль за соблюдением нормативов ПДВ (ВСВ) на предприятии Контроль за соблюдением нормативов ПДВ (ВСВ) на предприя- тии подразделяется на следующие виды: непосредственно на источни- ках выбросов; по фактическому загрязнению атмосферного воздуха на специально выбранных контрольных точках (постах) Госкомгидромета или постах, установленных предприятием по согласованию с местны- ми органами Госкомгидромета, установленных на границе саиитарно- защи1 ной зоны или в селитебной зоне района города, в котором распо- ложено предприятие. В состав раздела по контролю за соблюдением нормативов ПДВ (ВСВ) непосредственно на источниках входит перечень веществ, под- лежащих контролю. Отдельно приводится перечень веществ, для ко- торых отсутствуют стандартные и отраслевые методики. Приводится перечень методик, которые используются (будут использоваться) при контроле за соблюдением установленных нормативов выбросов. Для загрязняющих веществ, для которых на момент разработки нормати- вов ПДВ методики контроля не разработаны, ГВО дает рекомендации по их разработке. В случае нецелесообразности или невозможности ON Таблица 5.9 Мероприятия по сокращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в периоды НМУ График работы источника Цех, участок Мероприятия на период неблагоприятных метеорологичес- ких условий Вещества, по которым проводится сокращение выбросов Характеристика источников. Номер на карте-схеме предприятия (города) Координаты на карте-схеме предприятия, м Точечного источника, центра группы источников или одного конца линейного источника Второго конца линейного источника Х,/У, Хг/У, 1 2 3 4 5 6 7 на которых проводится снижение выбросов Параметры газовоздушной смеси на выходе из источника и характеристика выбросов после сокращения выбросов Степень эффектив- ности мероприя- тий, % Экономичес- кая оценка мероприятий Высота, м Диаметр источника выбросов, м Скорость, м/с Объем, м^/с Температура, "С Мощность выбросов после мероприятий, г/с 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Таблица 5.10 Характеристика выбросов вредных веществ в атмосферу в периоды НМУ № Высота Выбросы в атмосферу Примечание. 1 Наименование источ- источ- При нормальных В периоды НМУ Метод 1 цеха, участка ника ника метеоусловиях контроля на вы- броса вы- броса г/с т/г % мг/м' Первый режим Второй режим Третий режим источнике 1 2 3 4 5 6 7 8 1 9 1 10 И 1 12 1 13 14 1 15 1 16 17 Наименование — цеха ИТ. д. Всего по предприятию: В том числе по градациям высот: 0 - 1 0 1 1 - 2 0 21-29 30^50 51-100 100 85 Взвешенные вещества 2. 3. Метод внешней фильтрации Ежемесячно Примечание: 1. В графе 6 указывают, какой % вклада составляют выбросы конкретного источника (группы) от суммы выбросов всех источников в целом по предприятию. В графах 9, 12, 15 указывают эффективность разработанных мероприятий для каждого источника (группы) соответственно для трех режимов. Цифры в столбце 2 даны произвольно. м определения выбросов загрязняющих веществ экспериментальными методами приводится обоснование использования расчетных и балан- совых методов, удельных выбросов и т. д. При этом ГВО разрабатыва- ет и представляет в проекте нормативов ПДВ рекомендации по конт- ролю за соблюдением установленных нормативов выбросов по веществам для основных источников выбросов, указанных в табл. 5.4. План-график контроля за соблюдением нормативов ПВД (ВСВ) на источниках выбросов оформляют в виде табл. 5.11. Контроль за соблюдением нормативов ПДВ (ВСВ) по фактичес- кому загрязнению атмосферного воздуха на специально выбранных кон- трольных точках рекомендуется для крупных предприятий 1 -й катего- рии с большим количеством источников неорганизованных выбросов. Контрольные значения приземных концентраций загрязняющих веществ оформляют в виде табл. 5.11, а обобщенные данные пред- ставляют в виде табл. 5.12. Приводятся обоснования необходимости создания подразделе- ния по контролю за соблюдением нормативов ПДВ и необходимые для этого штаты. Примечание. Контроль за соблюдением нормативов ПДВ (ВСВ) осуществляется силами предприятия, либо организацией данного или других ведомств, привлекаемой предприятием на договорных нача- лах, и проводится на специально оборудованных точках контроля на источниках выбросов и контрольных точках. 5.5.11. Список литературных источников Список должен содержать перечень всех источников, использо- ванных при подготовке проекта нормативов ПДВ. Источники следует располагать в порядке ссылок в тексте ведомственного тома ПДВ. Сведения об источниках, включенных в список, необходимо при- водить в соответствии с требованиями ГОСТа 7.1-84. Таблица 5.11 План-график контроля на предприятии за соблюдением нормативов ПДВ (ВСВ) на источниках выбросов и на контрольных точках (постах) № источника на Производство, Контро- Периодич- Периодич- Норматив Кем Методика карте-схеме цех, участок. лируемое ность ность конт- выбросов ПДВ осуществляется проведения предприятия, Контрольная вещество контроля роля в пе- (ВСВ) контроль контроля № контрольной точка риоды НМУ, г/с мг/м^ точки раз/сутки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I. На источниках выбросов II. На контрольных точках (постах) Примечание. План-график контроля приводится в составе проекта ПДВ и заполняется предприятием (после его утверждения органами Госкомгидромета) по согласованию с Государственной инспекцией по охране атмос- ферного воздуха. Таблица 5.12 Контрольные значения приземных концентраций вредных веществ для контроля нормативов ПДВ (ВСВ) на 200 г. Конт] рольная точка Наименование контролируемого вещества Эталонные расчетные концентрации при опасной скорости ветра Номер Координаты, М Направление ветра, ° Опасная скорость, м/с Концентрация, мг/м^ X у 1 2 3 4 5 6 7 При.иечание. Значение опасной скорости ветра принимают по данным местных opi aHOB Госкомгидромета. чО 6. РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ 6.1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Требования в части расчета концентраций вредных веществ, со- держащихся в выбросах предприятий (проектируемых, действующих и реконструируемых), приведены в ОНД-86. Нормы предназначены для расчета приземных концентраций в двухметровом слое над поверхностью земли, а также вертикального их распределения. Здесь рассматривается методика расчета призем- ных концентраций выбросов загрязняющих веществ. Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха характеризу- ется наибольшим рассчитанным значением концентрации, соответству- ющим неблагоприятным метеорологическим условиям, в том числе опас- ной скорости ветра. Нормы не распространяются на расчет концентраций на дальних (более 100 км) расстояниях от источников выброса. В зависимости от высоты Н устья источников выброса вредного вещества над уровнем земной поверхности они относятся к одному из следующих четырех классов: а) высокие (Я> 50 м); б) средней высо- ты (Я = 10.. .50 м); в) низкие (Я= 2... 10 м); г) наземные (Я< 2 м). Для источников всех указанных классов в расчетных формулах длина (высота) выражена в метрах; время — в секундах; масса вред- ных веществ — в граммах; их концентрация в атмосферном возду- хе — в миллиграммах на кубический метр; концентрация на выходе из источника — в граммах на кубический метр. При одновременном совместном присутствии в атмосферном воз- духе нескольких п веществ, обладающих суммацией вредного действия, для каждой группы указанных веществ однонаправленного вредного действия рассчитывается безразмерная суммарная концентрация q или концентраций п вредных веществ, обладающих суммацией дного действия, приводятся условно к значению концентрации с одного из них. Безразмерная концентрация q определяется по формуле пдк, пдк^ пдк„ где с с^, с„ — расчетные концентрации вредных веществ в атмос- ' ферном воздухе в одной и той же точке местности, мг/м'; ПДК , ПДК„ ..., ПДК^ — соответствующие максимальные разо- вые предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м^ Приведенная концентрация с рассчитывается по формуле ^ ^ П Д К , ' ' П Д К , " ПДК, , где с J — концентрация вещества, к которому осуществляется приведение; ПДК, — его ПДК; с,, ..., с^ и ПДК^, ..., ПДК — концентрации и ПДК других веществ, входящих в рассматриваемую группу сум- мации. Расчет концентрации вредных веществ, претерпевающих полностью или частично химические превращения (трансформацию) в более вред- ные вещества, проводится по каждому исходному и образующемуся ве- ществу отдельно. При этом мощность источников для каждого вещества устанавливается с учетом максимально возможной трансформации ис- ходных веществ в более токсичные. Степень указанной трансформации устанавливается по согласованию с Госкомгидрометом и Минздравом. Расчетами определяются разовые концентрации, относящиеся к 20-30-минутному интервалу осреднения. 6.2. РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ВЫБРОСАМИ ОДИНОЧНОГО ИСТОЧНИКА Максимальное значение приземной концентрации вредного веще- '•'max (мг/м^) при выбросе газовоздушной смеси из одиночного то- чечного источника с круглым устьем достигается при неблагоприят- ных метеорологических условиях на расстоянии (м) от источника и определяется по формуле _ AMFmnr\ Сшах - ' где А — коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы С-'^трад"^; М — масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, г/с; F— безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседа- ния вредных веществ в атмосферном воздухе; т и п — коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоз- душной смеси из устья источника выброса; Н— высота источника выброса над уровнем земли (для наземных ис гочников при расчетах принимается Я = 2 м), м; Г| — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности, в случае ровной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превыщающим 50 м на 1 км, т] = 1; Д? — разность между температурой выбрасываемой газовоздуш- ной смеси t^ и температурой окружающего воздуха t^ , °С; V^ — расход газовоздушной смеси, определяемый по формуле {D — диаметр устья источника выброса, м; 0)^ — средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса, м/с). Значение коэффициента А, соответствующее неблагоприятным метеорологическим условиям, при которых концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе максимальна, принимается равным: а) 250 — для районов Средней Азии южнее 40° с. ш., Бурятии и Читинской области; б) 200 — для Европейской территории бывшего СССР: райо- нов России южнее 50° с. ш., остальных районов Нижнего Повол- жья, Кавказа, Молдавии; Азиатской территории бывшего СССР: Казахстана, Дальнего Востока и остальной территории Сибири и Средней Азии; 130 — для европейской территории бывшего СССР и Урала от 50 до 52° с. ш. за исключением попадающих в эту зону перечислен- ных выше районов и Украины; г) 160 — для европейской территории бывшего СССР и Урала се- в е р н е е 52° с. ш. (за исключением центра европейской территории стра- ны), а также для Украины (для расположенных на Украине источни- ков высотой менее 200 м в зоне от 50 до 52° с. ш. — 180, а южнее 50° С.Ш. — 2 0 0 ) ; д) 140 — для Московской, Тульской, Рязанской, Владимирской, Калужской, Ивановской областей. Для других территорий величины А должны приниматься соот- ветствующими значениям коэффициента А для районов со сходными климатическими условиями турбулентного обмена. Значения мощности выброса М, г/с, и расхода газовоздушной смеси MVC, при проектировании ТЭС определяются расчетом в техноло- гической части проекта или принимаются в соответствии с действую- щими нормативами. В расчете принимаются сочетания Ми V^ , реаль- но имеющие место в течение года при установленных (обычных) условиях эксплуатации предприятий, при которых достигается макси- мальное значение с . max При определении значения At, °С, следует принимать температуру окружающего атмосферного воздуха t^ , °С, равной средней максималь- ной температуре наружного воздуха наиболее жаркого месяца года, а тем- пературу выбрасываемой в атмосферу газовоздушной смеси / , °С, — по действующим для данного производства технологическим нормативам. Примечания. 1. Для котельных, работающих по отопительному графику, допус- кается при расчетах принимать значения t^ , равными средним темпе- ратурам наружного воздуха за самый холодный месяц. 2. При отсутствии данных по t^ они запрашиваются в территори- альном управлении Госкомгидромета. Значение безразмерного коэффициента F принимается: а) для газообразных вредных веществ и мелкодисперсных аэрозо- лей (пыли, золы и других, скорость упорядоченного оседания кото- рых практически равна нулю) — 1; б) для мелкодисперсных аэрозолей (кроме указанных выше) при среднем эксплуатационном коэффициенте очистки выбросов не менее 90% — 2; от 75 до 90% — 2,5; менее 15% и при отсутствии очистки — 3. Вне зависимости от эффективности очистки значение коэффици- ента F принимается равным 3 нри расчетах концентраций пыли в ат- мосферном воздухе для производств, в которых содержание водяного пара в выбросах достаточно для того, чтобы в течение всего года на- блюдалась его интенсивная конденсация сразу же после выхода в ат- мосферу, а также коагуляция влажных пылевых частиц. Значения коэффициентов т и п определяются в зависимости от параметров/ , и / : н'м' ' V я ' Коэффициент т рассчитывается в зависимости от/но формулам: т = tL = при /•<100; 0,67 + 0,1^7 + 0 , 3 4 ^ ' п р и / > 100. Д л я / < / < 1 0 0 значение коэффициента т вычисляется п р и / = / . Коэффициент п при/<100 определяется в зависимости от по формулам: « = 1 при >2-п = 0,532 г ) ^ - 2 , 1 Зг)_ + 3,13 при 0,5 < г ) _ < 2; п = 4,4 1) при и < 0,5. ' max ^ max ' Д л я / > 100 (или Л; = 0) и > 0,5 (холодные выбросы) при рас- чете используется формула _ АМЕпу\ ''ша.х ' где D К = причем п определяется при = . Д и а л о г и ч н о при /< 100 и 0,5 или/> 100 и <0,5 (случаи п р е д е л ь н о малых опасных скоростей ветра) расчет производится по формуле; АМРтц г = "-max j^lii ' где т' - 2,86 т при /< 100, < 0,5; ш' = 0,9при/>100, <0,5. Расстояние от источника выбросов, на котором приземная кон- центрация с (мг/м^) при неблагоприятных метеорологических усло- виях достигает максимального значения определяется по формуле где безразмерный коэффициент d при/< 100 находится по выражениям: d = 2 , 4 8 ( l - b 0 2 8 ^ ) приг )_<0 ,5 ; ^ = 4 , ( l + 0 2 8 ^ ) при < 0,5 < < 2; ^ = 0 2 8 ^ 7 ) п р и г ) _ > 2 . При/> 100 или А/ ~ О значение d рассчитывается: d = 5 P при г )^ < 0,5; 11,4 при 0,5 < < 2; при г ) ^ > 2 . Значение опасной скорости и^ ^^ на уровне флюгера (обычно 10 м от уровня земли), при которой достигается наибольшее значение при- 135 земной концентрации вредных веществ с^^, в случае / < 100 опреде- ляется по формулам: и = 0,5 при V < 0,5; и =Х) при 0,5 < и < 2; max ' ^ max ' ' max max ^ ' max ' " f l + O П л / У ^ р и г ) > 2 . max max ~ J j ^ max П р и / > 100 или О значение u^ ^^ вычисляется по формулам: "max = при < 0,5; - при 0,5 < < 2; = при >2. Максимальное значение приземной концентрации вредного веще- ства при неблагоприятных метеорологических условиях и скоро- сти ветра и (м/с), отличающейся от опасной скорости ветра нахо- дится по формуле с =г с max и max ' где Г — безразмерная величина, определяемая в зависимости от отно- шения и/и max ' Г = 0,67 {и/и ) + 1,67 {и/и У - 1,34 {и/и f при и/и < 1; ' ^ inax'^ ' ^ m a x ' ' ^ т а х ^ ^ max ' г = при > 1. При проведении расчетов не используются значения скорости ветра и > 0,5 м/с, а также скорости ветра и > и*, где и — значение скорости ветра, превышаемой в данной местности в среднем многолетнем ре- жиме в 5% случаев. Оно запрашивается у УГКС Госкомгидромета, на территории которого располагается предприятие, или определяется по климатическому справочнику. Расстояние от источника выброса х^ ^^ на котором при скорости ветра и неблагоприятных метеорологических условиях приземная кон- центрация вредных веществ достигает максимального значения с^ ^^ рассчитывается Л' = рх , max и J max где р — безразмерный коэффициент, определяемый в зависимости от отношения 1с/и , inax ' « = 3 при и/и < 0,25; р = 8,43 (1- и!и У + 1 при 0,25 < ukt < I; ^ ^ max ' ' ' V max-' ' ' max р = 0,32 iiki + 0,68 при и/и > 1. ^ ' mux max 6.3. РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ ВЫБРОСАМИ ГРУППЫ ИСТОЧНИКОВ Приземная концентрация вредных веществ с в любой точке мест- ности при наличии N источников определяется как сумма концентра- ций веществ от отдельных источников при заданных направлении и скорости ветра с = с , -I- с , + . . . -1- с ^ , где Г| + ... + Сд, — концентрации вредного вещества соответствен- но от первого, второго, N-ro источников, расположенных с наветрен- ной стороны при рассматриваемом направлении ветра. Если имеются неучтенные (фоновые) источники выброса того же вредного вещества или веществ, обладающих с ним эффектом сумма- ции (другие предприятия города, промрайоиа, транспорт, отопление и т. п.), то добавляется слагаемое с^ ,^ характеризующее фоновое загряз- нение от неучтенных источников. Если рассчитанная концентрация с удовлетворяет неравенству с>0,к/ц,где а М. и К — мощность выброса, г/с, и расход газовоздушной смеси, MVC, /-го источника, то при расчете приземной концентрации с исполь- зуется формула ^ o X c , г—1 С = • 1=1 Как и для одиночного источника, при расчетах приземных кон- центраций выбросами группы источников принимается наиболее не- благоприятное сочетание значений М. и V^. на всех рассматриваемых источниках одновременно. В целях ускорения и упрощения расчетов количество рассматри- ваемых источников выброса сокращается путем их объединения (осо- бенно мелких) в отдельные условные источники. Способ установле- ния источников, подлежащих объединению, и определения их параметров выброса обеспечивает относительную погрешность 6 расчетных концентраций, удовлетворяющую условию 5 < 0 , 2 5 . При использовании машинного (ориентированного на применение ЭВМ) алгоритма объединения группы из N точечных источников зна- чения с -с „, х = X м =и „, а также координаты размеще-тах max О' max max О' max max О' ' j- —л ния х^ = х^ д, у^ - v^ g для условного источника, заменяющего объединяе- мую группу, определяются по формулам: Л' 1 " 1 " ''гаахО ~ 5j''max/' m^ax О ~ S''шах / ^тах i ' m^axO ''max I'^ 'max / ' '=1 '=• m^axO = — L - Y • 1 у -^ max 0 ^ ''max /*^ max i' -^ max 0 m^ax i J^ max i' •^ 'maxO '-maxO Здесь, как и выше, индексом i при величинах с^^, х^^, и ,^ х ,^ обозначены отдельные источники, объединяемые в группу. Если рассматриваются мелкие источники, для каждого из кото- рых выполняется хотя бы одно из условий: _£тах_ < 0 ,2 ; < 120, пдк пдк то объединение таких источников осуществляется при одновремен- ном выполнении условий: где / mm L < 0 , 1 5 / . ; ^ ^ < 0 , 3 ; ^ ^ < 0 , 3 , max min^ ' ' ' ' •^ max 0 '•'max 0 — минимальное расстояние от объединяемых источников до узлов расчетной сетки точек; максимальное расстояние между двумя из объединяемых источников; V и Ам — соответственно максимальные отклонения величин •^ пих " max Г отх „, м, и М .01 и м/с. Ш а х / max о ' ' max/ max О ' Если приведенные выше условия одновременно не выполнены, то объединение таких источников осуществляется при одновремен- ном выполнении условий: L <0,06/ . ; ^ ^ < 0 , 0 9 ; ^ ^ < 0 , 0 3 . max ' mm' i i -^ max О '^max О При невыполнении для групп мелких и крупных источников дан- ных условий они разбиваются еще на группы, для которых указанные неравенства выполняются. Следует иметь в виду, что при сведении в одну точку источников выбросов с одинаковыми значениями Н, D, V^, Л/ расчетное значение максимальной концентрации вредного вещества от этой группы ис- точников несколько завышается. Если в одну точку сводятся источ- ники с различными Н, D, К,, At, то возможно как небольшое завыше- ние, так и некоторое занижение С удалением от объединяемых источников погрешность за счет сведения группы источников в одну точку убывает. Источники выброса, для которых принятие при расчетах одина- ковых координат не сказывается заметно на величине с называются близкорасположенными. Результаты точных расчетов приземных кон- центраций не допускается корректировать по результатам приближен- ных расчетов с объединением источников. Значение максимальной суммарной концентрации с^ ^^ от N рас- положенных на площадке близко друг от друга одиночных источни- ков, имеющих равные значения высоты, диаметра устья, скорости выхода в атмосферу и температуры газовоздушной смеси, определя- ется по формуле _ AMFmny] / N где M — суммарная мощность выброса всеми источниками в атмос- феру, г/с; V— суммарный расход выбрасываемой всеми источниками газо- воздушной смеси, MVC, определяемый по формуле V= V^N. i VAt Значение параметра = 0,65,' . В остальном схема расчета NH концентраций всщсств, обусловленных выбросами от группы близко расположенных друг к другу одинаковых одиночных источников вы- броса, не отличается от приведенной схемы расчета для одиночного источника. Расчет концентраций веществ, обусловленных выбросами из близ- ко расположенных друг к другу одинаковых источников, когда Д/ > О или значение параметра / > 100, производится с использованием фор- мул для одиночного источника со следующими изменениями: j^^ND 1 I JV 8F 7,]]Jw,F Значение максимальной приземной концентрации вредных ве- ществ при выбросах через многоствольную трубу (TVстволов) рас- считывается по формуле с,™, = c L -CJ; расстояние на котором достигается максимальная концентрация определяется по выражению опасная скорость ветра вычисляется следующим образом: л* , ? , / "iii.ix ~ "пик "^"i.ux Здесь —максимальная приземная концентрация, определяе- мая прп значениях параметров выброса для одного ствола мощ- ности выбросам, равной суммарной мощности выброса из всех стволов; х и Wmax — соответственно расстояние, на котором наблюдает- " ся максимальная концентрация вредных веществ с^^ (мг/м^), и опасная скорость ветра и ^ (м/с) при параметрах выброса для одного ствола; с •—• максимальная приземная концентрация при мощности М, равной суммарной мощности выброса из всех стволов, диаметре D, равном эффективному диаметру источника выброса ко- торый рассчитывается по D^^DyfN, и расходе выходящей газовоздушной смеси F,, равном эффек- тивному расходу , — расстояние, соответствую- щее максимальной концентрации (мг/м^) и опасная ско- рость ветра, определяемые с учетом D = D^, V^ = К,^ ; d^ — безразмерный коэффициент, определяемый по формуле ' d,H-D где / — среднее расстояние между центрами устьев стволов; D — диаметр устья ствола; d^ — безразмерный коэффициент. В остальном расчет производится так же, как для одиночного ис- точника выброса. Примечания. 1. При /, большем или равном d ^ , для многоствольной трубы в расчетах принимается: с = с' , х = х' и и = и' . ^ max ""ах » ^щах шах max max 2. Если многоствольная труба представляет собой трубу, разделенную на секторы, т. е. состоит из стволов секторной формы, то расчеты выполняются так же, как для одноствольной трубы при D = F, = F,^ при я Здесь S— суммарная площадь устьев всех действующих стволов. 3. Если температура t^ и скорость выхода со,, газовоздушной смеси для отдельных стволов различаются между собой, то для расчетов принимаются их средневзвешенные значения, полученные с учетом расходов газовоздуш- ной смеси для отдельных стволов. Для источников выброса, имеющих различные параметры, расчет приземных концентраций начинается с определения для них по каждому веществу максимальных приземных концентраций с^^ (с^^,, , . . . , с ^ ^ и опасных скоростей ветра ("„ах i' "max2 • • •' "max J - какому-либо веществу сумма максимальных приземных концентраций с^^ от всех ис- точников окажется меньшей или равной ПДК ,+ с ^ c^/v - ПДК), то (при отсутствии необходимости учета суммарного действия несколь- ких вредных веществ и фонового загрязнения атмосферы) расчеты при- земной концентрации этого вещества производятся по тебованию орга- нов Госкомгидромета и Минздрава. Такие расчеты выполняются также при оценке фактического уровня загрязнения воздуха. Средневзвешенную опасную скорость ветра ^ для группы N источников можно рассчитать по следующему выражению: _ ^тах I'-max I m^ax 3 + ••. + m^ax w'^ max W "max с '^ max 1 '-max 2 ''max N Отдельно для всех веществ, к которым относятся вычисленные и , определяются значения с (и = и )wx (м = м ). Если по max с' ^ ^ max и max z ' max u V max c^ рассматриваемому веществу сумма c^ ^^ ^ меньше или равняется ПДК, то дальнейшие расчеты производятся главным образом при оценке фак- тического уровня загрязнения воздуха. Расчет приземных концентраций при выбросах от большого числа источников, рассредоточенных на площадке значительных размеров, сле- дует производить на ЭВМ, так как при разработках по проектированию и нормированию, как правило, рассматривается большое число вариантов объединения выбросов, размещения источников на площадке, способов очистки выбросов и других мероприятий. Шаги расчетной сетки выбира- ются в зависимости от размеров области, для которой проводятся расче- ты. При этом общее количество узлов сетки, как правило, не должно пре- вышать 1500-2000. Размеры указанной области должны соответствовать размерам зоны влияния рассматриваемой совокупности источников. Для совокупности источников отдельных предприятий рассчиты- ваются зоны влияния, включающие круги радиусом х, , проведенные вокруг каждой из труб предприятия, и участки местности, где рассчи- танная суммарная концентрация от всей совокупности источников в ы б р о с а данного предприятия, в том числе низких и неорганизован- ных выбросов, превышает 0,05 ПДК. Зоны влияния источников и предприятий определяются по каж- дому вредному веществу (комбинации вредных веществ с суммирую- щимся вредным действием) отдельно. Для ускорения и упрощения расчетов приземных концентраций на каждом предприятии рассматриваются те из выбрасываемых вред- ных веществ, для которых ^ >Ф; Ф = 0 , 0 1 Я п р и Я > 1 0 м ; Ф = 0,1 п р и Я < 1 0 м . ПДК Здесь М — суммарное значение выброса от всех источников пред- приятия, соответствующее наиболее неблагоприятным из установлен- ных условий выброса, включая вентиляционнью источники и неорга- низованные выбросы; ПДК — максимальная разовая предельно допустимая концентрация; Н — средневзвещенная по предприятию высота источников выброса. 6.4. РАСЧЕТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ С УЧЕТОМ СУММАЦИИ ВРЕДНОГО ДЕЙСТВИЯ НЕСКОЛЬКИХ ИНГРЕДИЕНТОВ Для веществ, обладающих суммацией вредного действия, безраз- мерная или приведенная к одному веществу суммарная концентрация q рассчитывается с использованием для каждого источника значений мощности М или М соответственно: ч Л/, М„ ПДК, " ПДК, ПДК, ПДК„ - ПДК,, где М ,^ . - Л / , — мощности выброса каждого из п веществ; ПДК,, ПДК,, ..., ПДК^ — максимальные разовые предельно допу- стимые концентрации этих веществ. Примечание. В остальном расчетная схема остается без изменения. В частности, учет суммации вредного действия для одиночного источника не влияет на значе- ния расстояния где достигается наибольшее загрязнение воздуха, и опас- ной скорости ветра При JV, источников для каждой группы из N^ с суммирующимся вредным действием (из каждого отдельного источника выбрасывает- ся от 1 до Л'^1 ингредиентов) расчеты начинаются с вычисления безраз- мерной суммы а* по формуле q' = ''max 11 n^iax 12 ^ '^ max 1Л'3 '^гоах 21 '^ тах 22 ^ '^ nwx 2Л'3 пдк, пдк^ "-тах N1 '^ шах N2 ^ ''max .V1 /V3 п д к . з Здесь первый индекс у значений максимальных концентраций '^ тах — номер вещества, второй — номер источника. Значения максимальных концентраций или при неблаго- приятных метеорологических условиях находятся с использованием для каждого источника рассчитанных мощностей выбросов. При рассмотрении комбинации веществ с суммирующимся вред- ным действием средневзвешенная опасная скорость ветра ^ для совокупности N источников должна определяться по формуле _ '/max |"п,ах I + '/п.ах 2"шах2 + -^п.ах .V "щах .V max с _i_ _L ' '/max 1 '/max 2 + • • • + <7max N где I, ,, ..., q^^^^^ ^ — максимальные значения q^^^,^^ безразмерной концентрации q для каждого из N источников; "MIX I' "MAX • • •' "MIX V — опасныс скорости встрз ДЛЯ этих источни- ков, не зависящие от учета эффекта суммации. При необходимости учет фоновой концентрации веществ с сумми- рующимся вредным действием осуществляется путем добавления ее соответствующего значения. Если она установлена сразу для комбина- ции веществ с суммирующимся вредным действием, то расчеты загряз- нения атмосферы должны выполняться для той же комбинации веществ. 6.5. УЧЕТ ФОНОВЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ПРИ РАСЧЕТАХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ При наличии совокупности источников выброса их вклады (или их части) могут учитываться в расчетах загрязнения воздуха путем использования фоновой концентрации с^, которая для отдельного ис- точника выброса характеризует загрязнение атмосферы в городе или другом населенном пункте, создаваемое другими источниками, исклю- чая данный. Фоновая концентрация относится к тому же интервалу осредне- ния (20-30 мин.), что и максимальная разовая ПДК. По данным на- блюдений, Сф определяется как уровень концентраций, превышаемый в 5% наблюдений разовые концентрации. Определение фоновой концентрации производится на основании данных наблюдений за загрязнением атмосферы по соответствующей методике. Ее значение устанавливается единое по городу, либо при выявлении существенной изменчивости дифференцированно по тер- ритории города (по постам), а также по градациям скорости и на- правления ветра. При расчетах для действующих и реконструируемых источников (предприятий) используется значение фоновой концентрации Сф, пред- ставляющей из себя фоновую концентрацию , из которой исключен вклад рассматриваемого источника (предприятия). Значение с^ вы- числяется по выражению: 1 - 0 , 4 — при с < 2 с^; Сф = 0,2 Сф при с > 2Сф, где с — максимальная расчегная концентрация всщества от данного источника (предприятия) для точки размещения поста, на котором ус- танавливался фон, определенная при значениях параметров выброса, относящихся к периоду времени, за который по данным наблюдений определялась фоновая концентрация с^. Для вновь строящегося источника (предприятия) С1 = CJ,. ф ф При присутствии в воздухе веществ, обладающих суммацией дей- ствия, допускается использование фоновой концентрации, вычислен- ной не по отдельным веществам, а совместно по комбинации веществ с суммирующимся вредным воздействием. При этом фоновая кон- центрация определяется по концентрациям, приведенным к наибо- лее распространенному из веществ, входящих в рассматриваемую комбинацию. При отсутствии данных наблюдений за приземными концентра- циями рассматриваемого вредного вещества или в случаях, когда в соответствии с нормативной методикой но установлению фоновой концентрации по данным наблюдений фоновая концентрация не оп- ределяется, учет последней основывается на использовании данных инвентаризации выбросов и результатов расчетов. Одним из двух способов учета фоновой концентрации в рассмат- риваемом случае является расчет распределения суммарной концент- рации от рассматриваемых и других существующих и проектируемых источников выбросов вещества или комбинации веществ с суммиру- ющимся вредным действием. Вторым расчетным способом является замена фоновой концент- рации, определенной по экспериментальным данным, фоновой кон- центрацией, рассчитанной для совокупности источников города (про- мышленного района) но параметрам, полученным при общегородской инвентаризации выбросов. При этом фоновая концентрация опреде- ляется умножением расчетной концентрации с на коэффициент 0,4 с дальнейшим осреднением по территории и выделением градаций ско- рости и направления ветра в соответствии с нормативной методикой по определению фоновой концентрации. За фоновую концентрацию с^ для реконструируемого предприя- тия, которое является единственным источником в городе, выбрасы- вающим рассматриваемое вредное вещество, принимается вклад в сум- марную концентрацию с источников того же предприятия, не подвергающихся реконструкции. Для предприятий рассчитываются также значения фоновых кон- ц е н т р а ц и й Сф„ на момент достижения предельно допустимых выбро- сов (на перспективу): ''фл - П Д К при d +<„ > ПДК; с ; = П Д К - с 1 п р и с 1 + с ; , < П Д К , где максимальная концентрация веществ от совокупности источников рассматриваемого предприятия ^^ вычисляется по приведенным выше зависимостям при значениях параметров выброса, относящихся к пери- оду времени, за который определялась фоновая концентрация . Примечание. 1. При отсутствии данных наблюдений концентрации Сф„ для /-го пред- приятия (г = 1,2, ..., IVJ допускается рассчитывать по формуле 1 - М , ПДК. 6.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МИНИМАЛЬНОЙ ВЫСОТЫ ИСТОЧНИКОВ ВЫБРОСОВ При определении минимальной высоты источников выброса и уста- новлении предельно допустимых выбросов концентрация каждого вред- ного вещества в приземном слое атмосферы с не должна превышать мак- симальную разовую предельно допустимую концентрацию данного вещества в атмосферном воздухе (ПДК), утвержденную Минздравом: с < ПДК. При наличии в атмосфере нескольких п вредных веществ, облада- ющих суммацией действия, их безразмерная суммарная концентрация q не должна превышать единицы: q < \ . Если для веществ установлены только среднесуточные предельно допустимые концентраци ПДК, то используется приближенное соот- ношение между максимальными значениями разовых и среднегодо- вых концентраций и требуется, чтобы 0,1 с < ПДК. При отсутствии нормативов ПДК вместо них используются значе- ния ориентировочно безопасных уровней загрязнения воздуха (ОБУВ) в порядке, установленном Минздравом. Нормы концентрации вред- ных веществ в атмосферном воздухе для растительного и животного мира, утвержденные в установленном порядке, принимаются при рас- четах только в случаях, когда они являются более жесткими, чем ут- вержденные ПДК. При наличии фонового загрязнения атмосферы в приведенных выше соотношениях вместо с следует принимать с + с^, где с^ — фо- новая концентрация вредного вещества. Для веществ, обладающих сум- мацией вредного действия, учет фоновых концентраций производит- ся согласно положениям раздела 6.4. Для зон санитарной охраны курортов, мест размещения крупных санаториев и домов отдыха, зон отдыха городов, а также для других территорий с повышенными требованиями к охране атмосферного воздуха следует ПДК заменить на 0,8ПДК. Минимальная высота одиночного источника выброса (трубы) Н, если установлены значения М, ю ,^ Z) и А/ = О, определяется по вы- ражению АМРВц 8F, ( П Д К - С ф ) Если вычисленному//"соответствует значение ^2,тоуказан- W D ное Н является окончательным W -1 ,3 —2—. max ' J J Если < 2, то необходимо при найденном значении Н-Н^ оп- ределить величину п = п. по формулам (раздел 6. 2) и последователь- и п р и б л и ж е н и я м и найти Н=Н^по Н.кп., ...,Н= Н.^^ по Я и я с \ где и и и , —' значения безразмерного коэффициента л, определенно- го соответственно по значениям Я и Я. Уточнение Я необходимо производить до тех пор, пока два после- довательно найденных значения Я и Я. , практически не будут отли- чаться друг от друга (с точностью до 1 м). При А/ > О Я сначала рассчитывается так же, как и в предыдущем случае. Если при этом Я < w„, 10D ^t то оно является окончательным. Если Я > то предварительное значение минимальной вы- соты выбросов (трубы) определяется по формуле I ^^/Fn По найденному таким образом значению Я = Я, определяются величины / г)^ ^^ , , f^ и устанавливаются в первом приближении коэффициенты т = тмп = и.. Если т. то по w. и п^ определяется второе приближение Н-Н^по формуле Н = Я, ^ш.и, • В общем слу- чае (г -1-1)-е приближение Я^, определяется по формуле Я,., = Я где т., п. — соответствуют Я , а т . ,, и. , — Я Если из источника выбрасывается несколько различных вред- ных веществ, то за высоту выброса должно приниматься наиболь- шее из значений Я, которые определены для каждого вещества в отдельности и для групп веществ с суммирующимся вредным дей- ствием. В частности, если при отсутствии фона из трубы выбрасы- ваются два вредных вещества, для первого из которых значения М и F соответственно равны М. я F. , а для второго — М, и то значение Я при FM. > F^M^ определяется по выбросу первого вред- ного вещества, а при FM. < F^M^ — по выбросу второго вредного вещества. При разработке мероприятий по сокращению выбросов, проекти- ровании, строительстве и реконструкции предприятий следует преду- сматривать централизацию выбросов вредных веществ путем макси- мального сокращения числа труб, вентиляционных шахт, дефлекторов, аэрационных фонарей и др. Увеличение высоты трубы для обеспечения рассеивания с целью соблюдения ПДК в приземном слое атмосферы допускается только после полного использования всех доступных на современном уровне технических средств по сокращению выбросов (в том числе неорга- низованных). При этом использование на энергетических объектах труб высотой более 250 м, а па других производствах — более 200 м допус- кается только по согласованию с органами Госкомгидромета и Минзд- рава при наличии технико-экономического обоснования необходимо- сти их сооружения и расчетов загрязнения воздуха в зонах влияния сооружаемых объектов. Расчет высоты многоствольной дымовой трубы аналогичен одно- ствольной с учетом поправочного коэффициента г^ . В этом случае AMFr\ ( П Д К - С ф ) ^ ' где г^ — поправочный коэффициент для расчета многоствольных труб, зависящий от числа стволов в трубе п, отношения расстояния между ближайшими стволами на выходе t к диаметру ствола d^ на выходе и угла наклона выходного участка ствола к вертикальной оси а. Для од- гюствольных труб коэффициент г^ = 1,0, а для многоствольных его значения определяются по табл. 6.1. Таблица 6.1 а Трехствольная дымовая труба (" = 3) Четырехствольная дымовая труба (п = 4) t/do Не более U2 1 ,5 1,8 Не более 1 ,3 1,6 2,0 2,6 0" — 1 , 1 2 1 , 1 4 1 ,0 1,04 1 , 1 0 1 , 1 6 8" 1 ,02 1 , 1 3 1 ,20 1 ,0 1,00 1 ,04 — 16" — — — 1 ,0 1 ,02 1 ,04 1 , 1 0 6.7. ТИПЫ ДЫМОВЫХ ТРУБ Д ы м о в ы е трубы на ТЭС в настоящее время используются преиму- ественно для рассеивания в атмосферном воздухе загрязняющих ве- ществ содержащихся в отводимых газах, до приемлемого уровня кон- ц е н т р а ц и й по санитарно-гигиеническим условиям. На котельных, особенно с водогрейными котлами, дымовые трубы выполняют роль газоотводящих устройств за счет самотяги. Основным требованием, предъявляемым к дымовым трубам, явля- ется высокая надежность их эксплуатации. Труба в течение всего срока эксплуатации (30-50 лет) должна обеспечить ее работу без проведения ремонта. Однако опыт эксплуатации ряда труб показал, что это условие не всегда выдерживается. В зависимости от ус:ювий эксплуатации уже через 5-15 лет может потребоваться ремонт железобетонной дымовой трубы в основном из-за коррозии газоотводящих стволов. Для обеспечения наилучщего рассеивания загрязняющих веществ с учетом экономических соображений необходимо иметь минималь- ное количество дымовых труб. На конденсационных электростанциях обычно устанавливают две одноствольные трубы, на ТЭЦ — одну (в некоторых случаях две многоствольные). На одну трубу ГРЭС реко- мендуется 1юдключать число газоотводящих трактов котлов энерго- блоков согласно табл. 6.2. Таблица 6.2 Рекомендуемое число блоков, подключаемых к одной дымовой трубе ГРЭС Наименование Мощность блока, МВт 200-300 500-800 1200 Количество блоков при установке необслуживаемых труб 2 - 3 Количество блоков при установке обслуживаемых труб 4 - 6 3 - 4 2 Учитывая особенности ТЭЦ (разнотипное котельное оборудование, более высокие требования к надежности дымовых труб по условиям отпуска теплоты потребителям, значительный фон загрязнений, возмож- ность ремонта и т. д.), желательно устанавливать многоствольные тру- бы. в табл. 6.3 приведены рекомендации по подключению котлов к од. ному стволу многоствольной дымовой трубы. Если по каким-либо при- чинам строительство многоствольной дымовой трубы невозможно, то на ТЭЦ должно устанавливаться не менее двух одноствольных труб. Таблица 6.3 Рекомендуемое число котлов, подключаемых к одному газоотводящему стволу дымовой трубы Паропроизводителыюсть (теплопроизводитель- ность) котла Раздельное подклю- чение энергетических и пиковых котлов Совместное подключение энергетических и пиковых котлов Z) = 400 - 500 т/ч 2 - 3 2 £ ) = 1000 т/ч 1 - 2 1 Q= 100 Гкал/ч 3 - 6 1 - 3 е = 180 Гкал/ч 2 - 4 1 - 2 Установка многоствольных труб на ГРЭС дает наибольший эко- номический эффект при большой высоте. При применении много- ствольной конструкции на КЭС в большинстве случаев можно огра- ничиться одной многоствольной трубой. Для блоков мощностью 300 МВт предпочтительно на один ствол присоединять два блока, для энер- гоблоков 500 МВт — один-два блока и, начиная с 800 МВт, по одному блоку на ствол. Опыт эксплуатации труб позволяет оценить достоинства и недо- статки различных их конструкций, классифицировать повреждения и причины их возникновения, сформулировать основные правила экс- плуатации. Повреждение и разрушение конструкций дымовых труб происхо- дит в основном в результате: - стихийного бедствия или аварии (землетрясения, бури, ударов молнии, взрыва газовой смеси при неполном сгорании топлива — «хлопка», возгорания золовых отложений и др.); - неблагоприятного длительного воздействия окружающей и тех- нологической сред. Причины последнего вида вызывают наибольшее число повреж- дений дымовых труб. Их полностью исключить невозможно, однако снизить разрушающее влияние и обеспечить долговечность труб мож- но путем соблюдения правил эксплуатации. Степень повреждаемости конструкций дымовых труб зависит от оатурьь влажности и агрессивности отводимых газов, а также от ^^хнологических режимов эксплуатации. С повышением тсмперату- ^ и понижением влажности отводимых газов, уменьшением числа остановов и повторных разогревов труб долговечность несущего ствола и его футеровки повышается. Кирпичные и армокирпичные трубы при соблюдении требований э к с п л у а т а ц и и являются наиболее долговечными. Срок их службы мо- жет достигать 70-100 лет. Кирпичные трубы используются для отвода дымовых газов различной степени агрессивности в широком диапазо- не температур. Наиболее повреждаемыми элементами конструкций кирпичных труб являются: - оголовки труб — от воздействия атмосферных осадков и отво- димых агрессивных газов: - металлические конструкции кирпичной трубы (стяжные коль- ца, конструкции ходовой лестницы, светофорных площадок, мол- ниезащиты) — в результате коррозии и усталостного разруше- ния металла; - кирпичная футеровка труб — вследствие температурных де- формаций материалов, взрыва газовой смеси в трубе («хлоп- ка»), разрушения кирпича и раствора от агрессивного воздей- ствия отводимых газов, их абразивного износа твердыми час- тицами золы и др.; - ствол — от действия температурных усилий при перепаде тем- ператур по толщине, взрыва газовой смеси («хлопка»), ударов молнии, в результате локальных разрушений кирпича понижен- ной прочности и морозостойкости, а также вследствие нерав- номерных осадок оснований под фундаментом трубы, односто- роннего увлажнения наружной поверхности выбросами пара, воды и др. Основное достоинство кирпичных труб в стадии эксплуатации — сравнительная простота их ремонта, не требующая специальных при- способлений и строительных механизмов. Основные недостатки — высокая трудоемкость возведения, ограниченность высоты (не более 120 м), необходимость регулярной подтяжки стяжных колец. Типоразмеры кирпичных труб приведены в табл. 6.4. Таблица 6.4 Унифицированный ряд типоразмеров кирпичных дымовых труб Высота труб, м Диаметр на выходе, do, м Ис- пол- нение 0,75 0,90 1,05 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 3,0 3,6 4,2 4,8 6 7,2 20 s и X й i а. S 5 ° g « 25 30 35 40 45 50 60 70 о и в- о S S К и о 80 90 100 120 Железобетонные дымовые трубы получили наибольшее примене- ние и используются для удаления слабо-, средне- и сильноагрессив- ных газов. При правильной эксплуатации срок службы железобетон- ных дымовых труб — не менее 50 лет. Повреждения кирпичной футеровки и конструкций металлической гарнитуры железобетонных дымовых труб аналогичны повреждениям в кирпичных трубах. Характер повреждений несущих и газоотводящих стволов дымовых труб зависит от типа конструктивного решения трубы. В зависимости от степени агрессивности удаляемых газов приме- няются трубы следующих конструкций: а) железобетонный несущий ствол с противокоррозионным защит- ным покрытием и кирпичной футеровкой на консолях; б) железобетонный ствол с кирпичной футеровкой и противодав- лением в зазоре между ними; в) железобетонный несущий ствол с одним или несколькими газо- отводящими стволами из металла, керамики или конструкцион- ных пластмасс — конструкция типа «труба в трубе»; г) ж е л е з о б е т о н н ы й ствол с монолитной футеровкой из легкого бетона. Ж е л е з о б е т о н н ы е трубы с противокоррозионной защитой ствола и пичной футеровкой на консолях являются наиболее ранним конст- ктивным решением железобетонных труб и, как показывает опыт их эксплуатации, имеют ряд серьезных недостатков: высокую трудо- емкость футеровочных работ, газопроницаемость футеровки, недоста- точную долговечность антикоррозийных покрытий, низкую плотность бетона в рабочих швах ствола. Следствием названных недостатков является образование агрессивного конденсата на внутренней поверх- ности железобетонного ствола, скапливание его на консолях и фильт- рация к наружной поверхности ствола преимущественно по рабочим швам бетонирования с коррозией бетона и арматуры. Основное условие долговечности и надежной работы таких труб — строгое соблюдение проектного температурного режима эксплуатации, при котором температура на внутренней поверхности ствола по всей высоте трубы должна быть не ниже температуры конденсации водя- ных паров (температура точки росы), а при отводе продуктов сгорания сернистых топлив — не ниже температуры насыщения паров серной кислоты в дымовых газах. Железобетонные трубы с противодавлением воздушного потока в зазоре между стволами и кирпичной футеровкой характеризуются высокой долговечностью основных конструкций при эксплуатации в тяжелых нестационарных температурно-влажностных ycJювияx. Как наиболее предпочтительная рекомендуется коне i рукция железобетон- ных дымовых труб с противодавлением в естественно вeнтилиpye^юм канале при закрытых окнах. Железобетонные дымовые трубы с газоотводящими стволами из металла характеризуются высокой надежностью в работе. Перспек- тивны дымовые трубы с газоотводящими стволами из конструкцион- ных пластмасс, стеклопластика и т. п. Скорость коррозии углеродистой и низкоуглеродистой стали у оголов- ка трубы составляет около 0,14-0,17 мм/год, на остальной части ствола— 0,05-0,18 мм/год. Обязательной является теплоизоляция оголовка, посколь- ку скорость коррозии металла в нетеплоизолированном оголовке может в 4-6 раз превышать скорость коррозии стали в теплоизолированном. Основные достоинства дымовых труб данной конструкции — высокая надежность в работе, относительная простота осмотров и те- кущих ремонтов. Основной недостаток — сложность замены проме- жуточных звеньев внутреннего газоотводящего ствола. Железобетонные трубы с монолитной футеровкой из легкого по- лимерцементного (кислотостойкого) и полимсрсиликатного (кислото- упорного) бетона предназначены для отвода слабо-, средне- и сильно- агрессивных газов. Футеровка в таких трубах выполняет функции противокоррозионной и теплоизоляционной защиты несущего ство- ла. Трубы данной конструкции отличаются высокой надежностью в работе, более низкими по сравнению с трубами других конструкций затратами в стадиях возведения и эксплуатации. Размеры дымовых труб унифицированы. Шаг по высоте принят 30 м, при этом стандартизованы следующие высоты железобетонных конических дымовых труб: 180,210,240,270,300,330, 360, 390,420 и 450 м. Условные диаметры устья рекомендуется при этом принимать следующие: 6,0; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12,0; 13,8. Типоразмеры наиболее распространенных железобетонных дымо- вых труб приведены в табл. 6.5. Таблица 6.5 Типоразмеры железобетонных труб по типовым проектам Диаметр трубы, м Высота трубы, м 120 150 180 250 4,2 + 4,8 + 6,0 + + + 6,5 + 7,2 + + + 8,0 + 8,4 + + + 9,6 + + + Металлические дымовые трубы являются наименее долговечны- ми. Срок их службы в зависимости от условий эксплуатации может состалять 20-30 лет. Наиболее уязвимыми конструкциями металлических труб явля- ются кожух трубы, опорные кольца под футеровку и растяжки вслед- твие коррозии металла, усталостного разрушения сварных швов и прилегающего к ним металла. П о в р е ж д е н и я футеровки и вспомогательных металлоконструкций металлических дымовых труб аналогичны повреждениям в кирпич- ных трубах. Основные достоинства металлических дымовых труб — возмож- ность возводить высотой до 200 м, малая масса, сравнительно низкая трудоемкость возведения, малые размеры фундаментов, что позволя- ет размещать их на площадках ограниченных размеров. Основные недостатки металлических дымовых труб — относи- тельно малый срок их службы, необходимость тщательного ухода в процессе эксплуатации, сложность ремонта кожуха и замены растя- жек. Унифицированный ряд некоторых типоразмеров металлических труб приведен в табл. 6.6. Пример выбора дымовой трубы (упрощенный вариант) приве- ден применительно к ТЭЦ высокого давления, в составе которой: шесть котлов паропроизводительпостью по 420 т/ч БКЗ-420-140 ПТ-2, две тур- бины типа ПТ-135/165-130/15, одна турбина Т-175-210-130 и пять пико- вых водогрейных котлов КВ-ТК-100. Климатические условия района строительства ТЭЦ условно принимаются по т. Барнаулу (t^ = -39° С). Все расчеты, обосновывающие выбор вспомогательного оборудования, выполняются в объеме, соответствующем техническому проекту ТЭЦ. Таблица 6.6 Унифицированный ряд типоразмеров металлических труб Высота труб, м Диаметр на выходе, do. м Растяжка 0,4 0,5 0,63 0,8 1,0 Количество; число ярусов Радиус трубы, м 2 1 , 4 3; 1 1 ,0 2 1 , 6 3 ; 1 1 ,0 23 , 3 3 ; 1 1 ,0 3 1 , 8 6; 2 1 ,6 32 ,0 6; 2 1 ,6 33 ,8 3 ; 1 1 ,6 44,2 : . 1 6; 2 2,2 Дополнительные исходные данные: 1) тип котла Е-420-140 Ж; модель БКЗ-420-140ПТ-2; 2) топливо — ирша-бородинский бурый уголь, =15,68МДж/кг (3740 ккал/кг); зольность — А'' = 6%; содержание серы S"" = 0,2%; 3) предусматривается сухое золоудаление; 4) объем уходящих газов для котла Е-420-140Ж при 147° С со- ставляет 770000 mVm (при барометрическом давлении 760 мм рт. ст.); 5) среднее барометрическое давление для места установки котла 730 мм рт. ст.; 6) полный расход топлива энергетическим котлом — 74,1 т/ч; 7) объем уходящих газов для котла КВ-ТК-100 при t^ = 197° С со- ставляет 407000 м^ч (при барометрическом давлении 760 мм рт ст.); 8) степень очистки газов в электрофильтре Т}^^ = 0,983; 9) полный расход топлива водогрейным котлом — 30,7 т/ч. Высота дымовой трубы (общей для энергетических и водогрей- ных котлов) и диаметр ее входного сечения рассчитываются с учетом рассеивания в воздушном пространстве выбросов золы и SO^+NOj. За расчетную принимается тепловая нагрузка ТЭЦ при средней темпера- туре наружного воздуха за самый холодный месяц ( = -15,3° С). В расчетном режиме нагрузка энергетических котлов считается макси- мальной (6 • 420 = 2520 т/ч), а пиковых водогрейных котлов — равной 60% максимальной (3 котла по 348,9 МВт (300 Гкал/ч)). Суммарный объем газов, выбрасываемых энергетическими кот- лами, составляет 6 . ^ ^ . ^ = 1 3 4 0 MVC. 3600 730 Суммарный объем газов, выбрасываемых водогрейными котлами 3 . 4 0 7 0 0 0 . 7 ^ ^ 3 5 3 ^ з / , . 3600 730 Средняя температура газов, поступающих в дымовую трубу t' _ 1 3 4 0 . 1 4 7 + 3 5 3 - 1 9 7 ^ ^ 5 ^ ^ о ^ 1340 + 353 С учетом охлаждения газов в дымовой трубе принимаем = 150° С. объем газов, выходящих из дымовой трубы при температуре 150° С уш. ^ (1340 + 3 5 3 ) - ^ ^ ^ - ^ ^ = 1664 MYC. ^ ^273 + 157,4 В ы х о д н у ю скорость принимаем равной 30 м/с. Диаметр выходно- го с е ч е н и я дымовой трубы 4 ^ ^ V 3 , 1 4 - 3 0 П р и н и м а е м типовой размер дымовой трубы 8,4 м. Действитель- ная в ы х о д н а я скорость р а в н а 30 м/с. С у м м а р н ы й в ы б р о с з о л ы и т в е р д ы х ч а с т и ц э н е р г е т и ч е с к и м и кот- л а м и о п р е д е л я е м п о ф о р м у л е р , „ q:: а,. А 32680 (1-Л,,) ,г/с. Расход топлива В^ '^ = 6-74,1=445 т/ч; сц= 0,5%; а , = 0,8. Тогда Ml"" = 445-10' 3600 0,01-0,8-6 + 0,01-0,5 32680 ( 1 - 0 , 9 8 3 ) - = 123,6 -10' (0,048 + 0,0024)• 0,017 = 106 г/с. Суммарный выброс золы водогрейными котлами определяется аналогично. Расход топлива В»" = 3-30,7 = 92,1 т/ч; q^ = 0,5%; а^^^ = 0,995; = 0,94 (золоуловитель типа БЦУ-М) " 3600 0,01-0,995-6 + 0,01-0,5 156S0 (1-0,94) = 32680^ = 25,6• 10^(0,0597 + 0,0024) -0,06 = 95,4 г/с. Суммарный выброс золы из дымовой трубы ЕМз= 106+ 95,4 = 201,4 г/с. Суммарный выброс SO^ энергетическими и водогрейными котла- ми определяем по формуле 1 _ "JSL ^ 4so, , r/c, где riso^ — доля SO,, иоглащаемая золой в газоходах котла; ^soj ~ ^ ' сухой золоуловитель. Сероочистка отсутствует. Мз'^ ^ =0,02-123,6-10'-0,2(1-0,25)" (1 -0 ) (1 -0 )= 370,8 г/с. Суммарный выброс SO^ водогрейными котлами находится анало- гично =0,02-25,6-10'-0,2(1-0,25)= 76,8 г/с. Суммарный выброс SO, из дымовой трубы = 370,8 + 76,8 = 447,6 г/с. Суммарный выброс NO^ энергетическими и водогрейными котла- ми рассчитываем по формулам 1 Я, к = - 100 1 2 Л Р,(1-е,г)|ЗД8 12-420 г/с; = 8 Д З . 200-fZ),, 200 + 420 При отсутствии сведений о применении рециркуляции, двухсту- пенчатого сжигания, азотоочистки и других природоохранных меро- приятий, имеем М^ о^^ =10-'-123,6-10'-8,13 100 = 999,8 г/с. Суммарный выброс NO^ водогрейными котлами при 84+ 84 + 100 ' ' М®^ =10"'•25,6-10'-1,36 1 - 100 = 34,6 г/с. Суммарный выброс NO из дымовой трубы =999,8 + 34,6 = 1034,4 r/c. Выброс NOj, приведенный к SO^, подсчитывается по формуле ПДК,о О 5 MZ. =1034,4-2 = 2068,8 г/с. С у м м а р н ы й р а с ч е т н ы й в ы б р о с 8 0 ^ + N 0 , из д ы м о в о й т р у б ы 447,6+ 2068,8 = 2516,4 г/с. С учетом выбросов золы и, принимая во внимание тот факт, что ПДКз = ПДКзо^, суммарный выброс загрязняющих веществ составит М = =201,4 + 447,6 + 2068,8 = 2717,8 г/с. Минимальную необходимую высоту дымовой трубы с учетом ре- комендаций п. 6.2 определяем по формуле у 0,5 V 1664(150-20) В рассматриваемом примере решена задача по выбору дымовой трубы для изолированного источника загрязнения атмосферы при ряде принятых допущений. 6.8. ОЦЕНКА УЩЕРБА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ Вредные вещества, присутствующие в атмосфере в результате выбросов различными источниками, называют поллютантами. Ант- ропогенные выбросы многих поллютантов в настоящее время соизме- римы с природными и сосредоточены, как правило, на относительно Малых площадях промышленных районов. Структура наиболее инте- ресующих нас загрязнителей приведена в табл. 6.7. Из табл. 6.7 видно, что главную роль в выбросе первичных загряз- нителей играют транспорт и стационарные источники продуктов сго- рания. Воздействие отдельных поллютантов на природную среду вкрат- це рассмотрено ниже. Таблица б. 7 Основные источники Доля в общем количестве выбросов, % Оксид углерода Углево- дороды Оксиды серы Оксиды азота Твердые частицы Выбросы двигателей транспортных средств 58 52 — 51 3 Лесные пожары, выжигание растительности 19 — — 1 9 Испарение растворителей — 27 — — — Промышленное производство 1 1 14 20 1 5 1 Складирование твердых отходов 8 4 1 2 5 Стационарные источники продуктов сгорания (электростанции) 2 2 78 44 25 Прочие источники 4 1 1 1 6 Оксид углерода в незначительной мере вреден для растений, хотя есть данные об уменьшении фиксации азота в некоторых растениях, длительно подвергающихся воздействию СО. Для живых существ ок- сид углерода является ядовитым, так как в 10 раз лучше поглощается кровью, чем кислород, и, соединяясь с гемоглобином, образует карбок- сигемоглобин (СОНв). Как известно, кислород в соединении с гемогло- бином образует оксигемоглобин (О^Нв). Карбоксигемоглобин связыва- ет молекулы гемоглобина и препятствует переносу оксигемоглобином кислорода от легких к тканям. Вследствие этого сердце и легкие вы- нуждены работать с большей нагрузкой, а если в крови образуется мно- го СОНв, наступает коматозное состояние, приводящее к смерти. Наиболее опасные для здоровья углеводороды принадлежат к ряду альдегида, бензола, кетона и этилена. Они вызывают раздражение сли- зистой оболочки глаз, дыхательных путей и кожного покрова. Диоксид серы может действовать и как восстановитель, и как окис- литель. Кроме того, SO, вступает в фотохимическую или каталитичес- кую реакции с дру1^ми веществами в воздухе с образованием трехокиси серы, серной кислоты и ее солей. Диоксид серы легко растворяется в воде и поглощается пылью и атмосферной влагой, образуя сернистую и кислоты. В л и я н и е SO^ н а расти тельно сть и его последствия Чувствительность растений к содержанию SO^ в воздухе Растение Концентра- ция SO2, ррм (г/т) Продолжи- тельность действия, ч Условия Поражаемая часгь растения Тип и степень поражения Яблоня 0,48 6 Полевые наблюдения Листья Некроз 6% Ячмень 0,63 1 Полевые наблюдения Листья Некроз 1 0 % Свекла 1,3 1 Полевые наблюдения Листья Некроз 1 0 % Клевер 0,95 8 Полевая камера Все растение Замедленный рост Огурцы 1Д 1 Полевые наблюдения Листья Некроз 10% Рябина 0,54 3 Полевые наблюдения Листья Некроз 30% Тополь 0,66 1 Полевые наблюдения Листья Некроз 1 0 % Главной проблемой, возникающей в результате наличия оксидов азота в воздухе, является их токсичное воздействие на организм чело- века. Установлено, что кратковременное (до 1 ч) воздействие диокси- да азота в концентрации 47-140 мг/м^ на человека может вызвать брон- хит и воспаление легких, а при концентрации 560—940 мг/м^ вероятен летальный исход вследствие отека легких и асфиксии. Даже при 10-минутном вдыхании диокисда азота в концентрации 1300 мг/м' на- блюдаются функциональные изменения в легких у здоровых людей. Имеющиеся данные о воздействии оксидов азота на раститель- ность приведены в табл. 6.9. Обычно встречающиеся уровни концентраций оксидов азота ниже пороговых. Но в присутствии SO^ наблюдается синергический эфект, т. е. вредное влияние SO^ при наличии оксидов азота проявляется при более низких концентрациях. Загрязнение окружающего воздуха окси- дами азота ведет к закислению дождевых осадков. Считается, что V^ «кислотных» дождей приходится на долю SO ,^ остальная часть — NO, Таблица 6.9 Чувствительность растений к coдepжaнию•NOJ в атмосфере (опыты в лабораторной камере) Растение Концентрация NOj ррм (г/т) Продолжи- тельность действия, ч Поражаемая часть растения Тип и стенень поражения Фасоль 7 5 Листья Некроз 1 14 дней Все растение Замедление роста Цитрусовые 250 1 Листья Некроз моло- дых побегов Кукуруза 5 0,5 Листья Некроз 1 % Хлопчатник 22 0,5 Листья Некроз 50% Огурцы 20 0,5 Листья Не происходит Картофель 30 1 Листья Не происходит Сахарная свекла 30 1 Листья Легкий некроз Томаты 0,5 2 1 ^ 5 дней Все растение Снижение урожая на 2 2 % 0,25 2 1 - 4 5 дней Листья Некроз 34% Пшеница 2 7 Листья Не происходит Частицы, образующиеся при сжигании топлива или в фотохи- мических процессах, состаляют основную долю частиц размером 0,1. . . 1,0 мкм. В табл. 6.10 приведены данные о реакции растений на различного рода загрязнения окружающей среды. Таблица 6.10 Чувствительность растений к содержанию различных частиц в воздухе Растение Состав и вид твердых частиц Концент- рация Продол- житель- ность действия Условия Поражае- мая часть растений Тип и степень пораже- ния Люцерна Пыль цементного завода Полевые наблюде- ния Листья Замед- ленный рост листьев Бобовые Цементная пыль с размером частиц менее 10 мкм 0,5-3 ,8 г/м^ в день 2 - 3 дня Лабора- торные наблюде- ния Не проис- ходит Продолжение таблицы 6.10 Растение Овес Состав и вид твердых частиц Концент- рация Продол- житель- ность действия Условия Поражае- мая часть растений Тип и степень пораже- ния Цементная пыль с размером частиц менее 10 мкм 1,0 48 г/м^ в день 2 - 3 дня Лабора- торные наблюде- ния Все растение Замед- ление роста Ясень, клен Солевые частицы (Na, Mg, Са, К, Мн, С1, SO4, НСОз и т.п.) 2 ,4-26 мкг/см^ 4 часа Лабора- торные наблюде- ния Все растение Хлороз, некроз, опаде- ние листьев Хвойные породы Сажа 35, 45, 60. 80 и 100 м от шоссе Все растение Заку- порка, замед- ление роста В нашей стране разработан суммарный, или обобщенный, показа- тель вредности, определяемый как сумма относительных слагаемых вредности (табл. 6. 11), которые базируются на ПДК для соответсгву- ющих веществ. Это дает возможность проводить сравнительный ана- лиз воздействия на окружающую среду различных видов органичес- кого топлива и конструкций котлоагрегатов. Значительное место в суммарной вредности выбросов занимает пятиокись ванадия, присут- ствующая в продуктах сгорания мазутов. Мониторинг окружающей среды, проводимый многими странами мира, позволил определить функциональную связь между уровнем ра- диационного и химического загрязнения воздуха, воды, продуктов пи- тания и обищм количеством заболеваний. Особенно сильно загрязне- ние окружающей среды влияет на рост онкологических заболеваний. В настоящее время ведутся исследования, направленные на опре- деление раздельного вклада радиационного и химического загрязне- ний в уровень как онкологических, так и других массовых заболева- ний. Эти данные необходимы не только медицинским работникам. Они необходимы, например,- для расчетов экономического эффекта от средств, вложенных в различные мероприятия, направленные на за- щиту окружающей среды. Пока только специалисты убеждены, что средства, вложенные в мероприятия по защите окружающей среды, могут давать прибыль. Поэтому борьба за снижение вредных выбро- сов предприятиями неэффективна. Таблица 6.11 Сравнительные данные вредности различных видов органического топлива Топливо Относительные слагаемые вредности, 0. е. Суммарная вредность, 0. е. Зола SO2 N 0 , V2O5 Природный газ — — 4,07 4,07 Кузнецкий уголь 0,26 1 ,82 6,66 — 8,74 Мазуг S'' = 0 ,5% — 0,76 6,41 1 ,9 1 9,08 Донецкий уголь А Ш 0,46 3 ,7 1 6,90 — 1 1 , 0 7 Назаровский уголь 0,33 3,87 7,56 — 1 1 , 7 6 М а з у г 8 ' ' = 1 % — 1 ,53 6,41 3,82 1 1 , 7 6 Донецкий уголь Т 0,38 5,48 6,86 — 1 2 ,72 Сланцы 2,59 8,57 8 , 16 — 19 ,32 Мазут S'' = 2 , 5 % — 3,82 6,41 9,54 19,77 Подмосковный уголь 1 , 1 2 14,58 7,26 — 22,86 Мазут S'' = 3 , 5 % — 5,34 6,41 1 3 ,36 2 5 , 1 1 Как же связаны между собой онкологические и другие заболева- ния и окружающая среда? Основная концепция образования онкологических заболеваний— повреждение хромосом и ДНК. Первоначально причиной повреждения генетического материала считались канцерогенные вещества. Канцерогены, поступающие в организм из внешней среды и синтезирующиеся в нем, встраиваясь в хромосомы и ДНК, вызывают их мутации. С момента открытия ионизирующего излучения и постепенного углубленного изучения процессов его взаимодействия с живым и не- живым материалом начался пересмотр взглядов на причины возник- новения онкологических заболеваний. Ионизирующая радиация обеспечивает деструкцию как коротких молекул (радиолиз воды), так и длинных (радиолиз углеводородов, птидов белков). Эффект широко используется в различных промыш- ленных технологиях. Деструкцию живых тканей при радиационном воздействии наблю- дали биологи , в частности прямое повреждение ДНК и хромосом. Но наиболее глубокой причиной, вызвавшей изменение взглядов на при- роду онкологических заболеваний, явились данные о количестве ра- ковых заболеваний больших групп людей, получивших различные дозы облучения. Оказалось, что не существует безопасной (пороговой) дозы облучения и при любой, даже самой малой дозе облучения, риск воз- никновения раковых заболеваний пропорционален дозе облучения. Поскольку на всей поверхности земного шара присутствует ионизи- рующее излучение, у населения любой страны мира должны наблю- даться раковые заболевания. Уровень же онкологических заболеваний гю с транам и районам должен существенно отличаться, поскольку зна- чения радиационного фона на территориях проживания отличаются в десятки раз. Так и есть в действительности. Радиационная концепция возникновения раковых заболеваний оказалась более доказательной, чем канцерогенная, и была принята как более правдоподобная. С позиций последней, однако, трудно объясни ть тот факт, что иони- зирующее излучение увеличттвает вероя тность развития всех заболева- ний, которые присущи природе человека. Ведь больитинство болезней тткак не связаны с наличием или отсутствием мутаций в генетическом материале (вирусные, например). Не менее сложно объяснить, что при низких дозах облучения ве- роятность возникновения ракового заболевания на единицу поглощен- ной дозы выше, чем при средних и высоких дозах. В соответствии с радиационной концепцией должно быть наоборот. В крайнем случае вероятность заболевания на единицу поглощенной дозы должна со- храняться неизменной. Для объяснения этих противоречий необходимо выяснить, что происходит с ионами или радикалами, образованными в живом орга- низме вдоль треков быстрых электронов, порожденных ионизирую- щим излучением. Противоположно заряженные радикалы вновь со- единяются случайным образом в нейтральные молекулы. Однако новые молекулы, образованные в организме не по его генетическому коду, должны с высокой степенью вероятности оказаться чужеродными или канцерогенными, но с разной степенью канцерогенного эффекта. Количество образованных радикалов пропорционально дозе об- лучения, определенной с учетом биологической эффективности излу- чения, а количество образованных (синтезированных излучением) кан- церогенов пропорционально количеству радикалов. Следовательно, в организме существует функциональная зависимость дозы от концент- рации канцерогенов. Для экспериментального подтверждения существования такой за- висимости не нужно контролировать изменение концентрации всех синтезированных в организме канцерогенов. Достаточно получить одно соотношение дозы от концентрации для канцерогена с высоким уров- нем биологической активности. Поскольку количество образованных радикалов даже при низких дозах исчисляется триллионами, т. е. име- ет место статистика больших чисел, количественные закономерности синтеза каждого канцерогена в организме выполняются с высокой сте- пенью точности. Наиболее убедительные данные по количественному изменению удельной концентрации канцерогенов в организме под воздействием ионизирующего излучения были получены в Беларуси в Институте проблем энергетики. В экспериментах были выбраны два азотсодержащих соединения: нитрит-ион и нитрозодиметиламин (НДМА). Нитрит-ион является одним из радикалов, входящих в состав НДМА, т. е. его предшественником. Измеряя содержание нитрит-ионов и НДМА в материале в усло- виях наличия и отсутствия ионизирующего излучения различной ин- тенсивности и длительности воздействия, можно получить количе- ственные зависимости дозы от удельной концентрации канцерогена для данного материала. В соответствии с международными требова- ниями были разработаны, испытаны и стандартизированы методики определения концентрации нитритов и НДМА в продуктах питания, воде, воздухе, тканях и крови организмов, и создана аппаратура, на которой реализованы эти методики. Оказалось, что при равном стартовом количестве нитрит-ионов в необлученном материале (живом и неживом) концентрация НДМА воз- растает с ростом дозы излучения, полученного этим материалом. В ы я с н и л о с ь также, что не существует пороговой дозы облучения, которой начинается дополнительный синтез НДМА. При любой, даже самой малой дозе облучения синтез НДМА пропорционален дозе облучения. Однако при средней и высокой дозах нарушается прямая пропорциональность между дозой и уровнем синтеза НДМА. Это свя- зано с проявлением механизма радиационной деструкции ранее син- тезированного НДМА. При средних дозах облучения становится за- м е т н ы м , а при высоких дозах существенным снижение удельной концентрации синтезированного радиацией НДМА. Функциональные зависимости от дозы количества раковых забо- леваний и концентрации НДМА качественно совпали. Это означает, что количество раковых заболеваний пропорционально концентрации НДМА, а точнее количество раковых заболеваний пропорционально концентрации канцерогенов в организме. С учетом факта, что радиация пропорционально увеличивает ве- роятность развития всех заболеваний, можно утверждать, что уровень всех заболеваний человека пропорционален концентрации канцероге- нов в организме. Поскольку уровень канцерогенов в организме связан с уровнем канцерогенов и уровнем радиации в окружающей среде, получаем самый общий вывод: вероятность развития всех тех заболе- ваний, которые присущи природе человека, пропорциональна концен- трации канцерогенов в окружающей среде. Отсюда следует программа защитных действий. Необходимо сни- жать выбросы любых канцерогенов, но особенно канцерогенов с вы- соким уровнем биологической активности или агрессивности. Классификация выбросов в атмосферу по составу (ГОСТ17. 2.1. 01-76) Структура построения их условного обозначения. Выбросы в атмосферу из источников загрязнения характеризуют- ся по четырем признакам: 1) по агрегатному состоянию (0); 2) по химическому составу (00); 3) по размеру частиц (0); 4) по массе вещества (0). Признак — агрегатное состояние: - газообразные (А); - жидкие (К); - твердые (Т). Признак — химический состав: - сернистый ангидрид (01); - окись углерода (02); - окислы азота в пересчете на N0^ (03); - фтор и его соединения в пересчете на фтор-ион (04); - сероуглерод (05); - сероводород (06); - хлор (07); - синильная кислота и цианиды в пересчете на CN (08); - ртуть и ее соединения (09); - аммиак (10); - мышьяк и его соединения (11); - сумма углеводородов (12); - углеводороды предельные (13); - углеводороды непредельные (14); - углеводороды ароматические (15); - кислородсодержащие органические соединения (16); - азотсодержащие органические соединения (17); - фенол (18); - смолистые вещества (19); - кислоты (20); -щелочи (21); - свинец и его соединения в пересчете на РЬ (22); - сажа (23); - металлы и их соединения (24); - пыль (23); - прочее (26). Признак — размер частиц: -менее 0,5-10*ом (1); - от 0,5-10*° до 310*" м включительно (2); - от 3-10*° до 10-10*° м включительно (3); - от 10-10*" до 50-10*" м включительно (4); - от 50-10*" м (2). Признак - масса вещества: _ менее 1 к г / ч ( 1 ) ; - от 1 до 10 кг/ч включительно (2); _ от 10 до 100 кг/ч включительно (3); _ от 100 до 1000 кг/ч включительно (4); _ от 1000 до 10000 кг/ч включительно (5); _от 10000 кг/ч (6). С т р у к т у р а п о с т р о е н и я у с л о в н о г о обозначения в ы б р о с о в д о л ж н а быть с л е д у ю щ е й : 00. При отсутствии какого-либо индекса ставят цифру 0. Примеры условных обозначений. 1. Выброс жидкий, содержащий щелочи с размером частиц от 0,5 до 3 мкм, с массой вещества 70 кг/ч: К. 21. 2.3. 2. Выброс, состоящий из смеси окиси углерода с массой 60 кг/ч и паров ароматических углеводородов массой 5 кг/ч: А. 02. 0.3. А. 15.0. 2. 3. Выброс, состоящий из сернистого ангидрида с массой 2000 кг/ч кислоты с размером частиц от 0,5 до 3 мкм и сажи с размером час- тиц 1 мкм и массой 5 кг/ч: А. 01.0. 5. К. 20.2. 3. Т. 23. 2.3. 4. Выброс, состоящий из окислов азота с массой 40 кг/ч и НДМА с массой 0,1 кг/ч: А. 03.0. 3. А. 17.0. 1. Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу предприятиями, представляют в виде табл. 5.3. Экономическая оценка ущерба, причиняемого годовыми выбро- сами загрязнений в атмосферный воздух У, для отдельного источника определяется по формуле У = yq/M, где У — оценка ущерба, руб/год; Y — множитель, численное значение которого равно 2,4 руб/у. т. (в ценах 1991 г.); а — безразмерный коэффициент, зависящий от типа загрязняе- мой территории; / — безразмерный коэффициент, учитывающий характер рассеи- вания примесей в атмосферу; М — приведенная масса годового выброса загрязнений из источ- ника, усл. т/год. Значение величины а определяется по табл. 6.12. Таблица 6.12 Тип загрязняемой территории Значение а Курорты, санатории, заповедники, заказники 10 Пригородные зоны отдыха, садовые и дачные кооперативы и товарищества Населенные места с плотностью населениям чел/га* 0,1-л Территории промышленных предприятий (включая защитные зоны) и промышленных узлов 4 Леса; 1 -я группа 0,2 2-я группа 0,1 3-я группа 0,025 Пашни**; южные зоны (южнее 50° северной широты) 0,25 центр черноземья России, Южная Сибирь 0,1 Сады, виноградники** 0,5 Пастбища, се1Юкосы** 0,05 Примечание. * Для центральной части городов с населением свыше 300 тыс. человек незави- симо от административной плотности населения 0 = 8. ** Для орошаемых пахотных земель, виноградников, сенокосов указанные числа следует умножить на 2. Если зона активного загрязнения (ЗАЗ) неоднородна и состоит из тер- " таких типов, которым в табл. 6.12 соответствуют различные зна- в е л и ч и н ы (У, то значение а для всей ЗАЗ определяется по формуле чения Г 1 А СТ = С Т з д з = 1 J ЗАЗ = I ^„р С — общая площадь ЗАЗ; где '^ зАз , „ S — площадьj-я части ЗАЗ; (У— соответствующее табличное значение константы; J—номер части ЗАЗ, относящийся к одному из типов территории, указанных в табл. 6.12; К — общее число типов территорий, попавших в ЗАЗ. Зона активного загрязнения для каждого источника, ущерб от вы- бросов которого подлежит оценке, определяется следующим образом. ЗАЗ для организованных источников представляет собой кольцо, за- ключсн1юс между окружностями срадиусами r^ '^ .j"' = 2ф/; и rj^f' = 20ф/г, 1-дс h — высота источника в метрах, ф — безразмерная поправка на подъем факела выбросов в атмосфере 7 5 Т где А/' — среднегодовое значение разности температур в устье источ- ника (трубы) и в окружавпшй атмосфере, °С. Значение коэффициента/определяется следующим образом: а) для газообразных примесей и легких мелкодисперсных частиц с очень малой скоростью оседания (менее 1 см/с) принимается г ^ г __ 1 0 0 и J - J(\) 1 0 0 + ф/г 1 + м ' где h — геометрическая высота устья источника по отношению к сред- нему уровню ЗАЗ, м; Ф — безразмерная поправка на тепловой подъем факела выброса в атмосфере; и — среднегодовое значение модуля скорости ветра на уровне флю- гера, м/с; в тех случаях, когда значение неизвестно, оно прини- мается равным 3 м/с. Если м 3 м/с , то значенияприведенные в табл. 6.13 для за- данных Дг и h, следует умножить на поправку 1 + м значения которой приведены в табл. 6.14. Таблица 6.13 At Ф h 0 10 20 50 100 150 200 250 300 350 400 0 1 ,0 L Q 4,08 0,91 3,78 0,83 3,54 0,67 3,02 0,5 2,5 0,4 2 , 18 0,33 1,96 0,29 1,8 0,25 1 ,67 0,22 1 ,55 0,20 1 ,47 25 1 , 33 1,0 0,88 0,79 0,60 0,43 0,33 0,27 0,23 0,20 0,18 0 , 16 4,08 3,69 3,40 2,81 2,28 1,96 1 ,75 1,60 1,48 1,38 1 ,30 50 1 ,67 1 ,0 0,86 0,75 0,55 0,38 0,29 0,23 0 , 19 0 , 1 7 0 , 1 5 0 , 1 3 4,08 3 ,61 3 ,27 2,64 2 , 1 0 1 ,79 1 ,59 1,45 1 ,34 1 ,25 1 , 1 7 75 2,0 1,0 0,81 0,68 0,46 0,30 0,23 0, 18 0 , 1 5 0 , 1 3 1 , 1 1 0 , 10 4,08 3,46 3,06 2,38 1 ,85 1 ,57 1 ,38 1 ,25 1 , 1 5 1,07 1 ,01 100 2,33 1 ,0 0,81 0,68 0,46 0,30 0,23 0,18 0 , 15 0 , 1 3 1 , 1 1 0 , 10 4,08 3,46 3,06 2,38 1,85 1 ,57 1 ,38 1 ,25 1 , 1 5 1 ,07 1 ,0 1 1 25 2,67 1 ,0 0,79 0,65 0,43 0,27 0,20 0, 16 0 , 1 3 0 , 1 1 0 , 10 0,90 4,08 3,39 2,97 2,27 1 ,76 1,48 1 ,30 1 , 1 8 1,08 1 ,01 0,95 150 3,0 1 ,0 0,77 0,63 0,40 0,25 0, 18 0, 14 0 , 12 0 , 10 0,09 0,08 4,08 3 ,33 2,89 2 , 18 1,67 1,40 1 ,23 1 , 1 1 1 ,02 0,95 0,89 Примечание. В числителе — значение функции /J^ = 1000 100 - , в зна- менателе — f ^ = 60 + ф/г 100 + ф/г при некоторых значениях Ы, °С , и h, м. Таблица 6.14 и, м/с 1 ,0 1 ,5 2,0 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 W 2,0 1,6 1 , 33 1,0 0,89 0,8 0,73 0,67 б) для частиц, оседающих со скоростью от 1 до 20 см/с, принима- ется, что 1000 60 + фЛ Т — 1 + м ' Значения вычисленные по приведенной выше формуле при 3 м/с ДОЯ некоторых Д^ и h, приведены в табл. 6.13. Если иФЪ м/с, то " " еденное в табл. 6.13 значение следует умножить на поправку W] в) для частиц, оседающих со скоростью свыше 20 см/с, принима- ется, что независимо от значений h. At и = 10. Значение приведенной массы годового выброса загрязнений в ат- мосферу из источника М определяется по формуле N М = ^А^т., .^де — масса годового в ы б р о с а примеси г'-го вида в атмосферу, т/год; А. — показатель относительной агрессивности примеси /-го вида, усл. т/т, определяется по табл. 6.15; N— обш,ее число примесей, выбрасываемых источником в атмос- феру Значения М определяются раздельно для групп примесей, входя- ш,их в каждую из указанных выше фракций, так что в общем случае при выбросе примесей с тремя различными значениями параметра/ из одного источника, оценка ущерба, наносимого выбросами этого источника, должна определяться по формуле: Значение показателя относительной агрессивности примеси i-ro вида может также находиться по в ы р а ж е н и ю А= ааЬ, I I I г где а. — показатель относительной опасности присутствия примеси в воздухе , в д ы х а е м о м человеком. В е л и ч и н а а. исчисляется по ф о р м у л е 60 <я. = V где ПДК^^ . — среднесуточная предельно допустимая концентрация 1-й примсси в атмосферном воздухе; ПДКр^ ^— предельно допустимое значение концентрации i-й при- меси в воздухе рабочей зоны; Таблица 6.15 № пп Вещество Ai, усл. т/т 1 . Оксид углерода 1 ,0 2. Сернистый ангидрид 22,0 3. Сероводород 54,8 4. Серная кислота 49,0 5. Оксиды азота в пересчете на N0^ 4 1 , 1 6. Аммиак 10,4 7. Хлор молекулярный 89,4 8. Оксиды алюминия 33,8 9. Диоксид кремния 83,2 10. Сажа без примесей (пыль углерода без учета примесей) 4 1 , 5 1 1 . Кобальт и его оксиды 1730,0 12 . Летучие низкомолекулярные углеводороды (пары жидких топлив) 3 , 1 6 1 3 . Ацетон 5,55 14. Фенол 3 1 0 15 . Бенз(а)пирен 1 2 , 6 1 0 ' 16. Цианистый водород 282 17. Оксиды натрия, магния, калия, кальция, железа, стронция, молибдена, вольфрама, висмута 15 , 1 18. Древесная пыль 19,6 19. Пентаоксид ванадия (пыль) 1225,0 20. Неорганические соединения шестивалентного хрома по С2О3 10" 2 1 . Марганец и его оксиды в пересчете на Мл 7070,0 22. Никель и его оксиды 5475,0 23. Оксид цинка 245,0 24. Оксиды мышьяка 1 58 1 ,0 25. Неорганические соединения ртути по Hq 22400,0 26. Неорганические соединения свинца РЬ 22400,0 27. Золы углей; донецких, подмосковных 70,0 кузнецких, экибастузских, карагандинских 80,0 березовских, назаровских, ангренских 60,0 28. Зола торфа (в среднем) 60,0 29, Коксовая и агломерационная пыль 100,0 30. Каменноугольная пыль 40,0 ^ поправка, учитываемая вероятность накопления исходной ' примеси или вторичных загрязнителей в компонентах окружа- ющей среды. Значение поправки а. принимается равным; - 5 (для токсичных металлов и их оксидов — ванадия, марганца, кобальта, никеля, хрома, цинка, мышьяка, серебра, кадмия, сурь- мы, олова, платины, ртути, свинца, урана); - 2 (для прочных металлов и их оксидов — натрия, магния, калия, кальция, железа, стронция, молибдена, бария, вольфрама, вис- мута, кремния, бериллия, а также других компонентов твердых аэрозолей, полициклических ароматических углеводородов и бенз(а)пирена); - 1 (для всех прочих выбрасываемых в атмосферу загрязнителей (газы, кислоты и щелочи в аэрозолях и др.). 5.—поправка, учитывающая действие на различные реципиенты, помимо человека. Значение поправки 5. принимается равным: - 2 (для выбрасываемых и испаряющихся в атмосферный воздух легкодиссоциирующихся кислот и щелочей (фтористого возду- ха, соляной и серной кислот и г. п. ), молекулярного фтора, хло- ра, сернистого газа, сероводорода); Рис. 6.1. Номограмма для определения удельного ущерба от выбросов в атмосферу окислов серы и азота: 1, 2, 3 — виды угля в соответствии с табл. 6.15 - 1,5 (для оксидов азота, сероуглерода, азота, хорошо раствори- мых неорганических соединений фтора); - 1,2 (для органических пылей, не содержащих опасных соедине- ний, нетоксичных металлов и их оксидов). Для упрощения практических расчетов с использованием ущер- ба на рис. 6.1 приведена номограмма для определения удельного ущерба (на 1 т выбросов) для основных загрязнителей ТЭС, предло- женная М. А. Девочкиным (Ивановский государственный энергети- ческий университет). Величина удельного ущерба приведена в це- нах 1991 г. 7. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ ТОПЛИВ 7.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ Определение концентраций загрязняющих веществ в продуктах сгорания ТОПЛИВ осуществляется химическими, физическими и физи- ко-химическими методами. Химические методы подразделяются на объемные (волюмометрические и титрометрическис) и вссовыс (гра- виметрические). Физические методы включают в себя спектральный и люминес- центный анализ, кондуктометрию. К физико-химическим методам от- носятся колориметрические, турбидиметрические (нефрслометричес- кие) и газохромато-графические. Волюмометрический метод реализуется в химических газоана- лизаторах, работа которых основана на измерении объема пробы газа, оставшегося после удаления определенного компонента (вследствие реакций окисления-восстановления, нейтрализации, абсорбции и до- жигания). Титрометрические (йодометрические хлорсульфатные) методы анализа основаны на определении количества вещества по объему ра- створа известной концентрации, затраченному на реакцию с опреде- ленным веществом. Количество прибавленного раствора эквивалент- но количеству определяемого вещества. Гравиметрический метод используется при определении концен- трации вещества путем выделения его в виде осадка и взвешивания осажденной формы. Спектральный метод основан на исследовании спектров излу- чения при внесении вещества в пламя горелки. О составе вещества можно судить по наличию в спектре линий, характерных для опреде- ленных элементов, а по их яркости — о количественном содержании. Спектральный метод чувствителен, требует мало времени и затрат. Люминесцентный метод основан на наблюдении люминесцен- ции, вызываемой возбуждением молекул исследуемой смсси ультра- фиолетовым излучением. Этот метод чувствительнее спектрального на 2-4 порядка. Специфическая способность некоторых растворов окрашиваться при воздействии на них определенных химических реактивов лежит в основе колориметрических методов. Степень яркости раствора про- порциональна концентрации растворенного вещества, которую мож- но определить с помощью фотоэлектроколориметра. Линейно-колористические методы применяются для сред, в ко- торых концентрации определяемого вещества малы, но реакция обра- зования окрашенного соединения протекает с большой скоростью, а окрашенное соединение характеризуется достаточной стойкостью, интенсивность окраски которого не изменяется в течение времени, достаточного для анализа. Нефелометрический и турбидиметрический методы основаны на определении светорассеяния суспензии исследуемого и стандарт- ных растворов. Для получения надежных результатов необходимо со- блюдать условия осаждения (количество осадителя, температура и время старения осадка). Электрохимические методы основаны на из- менении электропроводности, рН и электролитического тока раствора при взаимодействии с определяемым компонентом. Для анализа состава уходящих газов используют газохромато- графические методы, которые позволяют избирательно определять отдельные компоненты, избегая влияния других составляющих га- зовой смеси. При выборе метода нужно учитывать, что он должен быть избира- тельным в присутствии постоянно и наиболее часто содержащихся в продуктах сгорания топлив загрязняющих веществ (SO^, NH3, СО, H^S, взвешенных частиц, а также СО^, Н^О и сопутствующих веществ. При сопоставлении и выборе различных методов определения концентрации загрязняющих веществ в продуктах сгорания топлив учитывается стабильность характеристик, возможность селективного on е д е л е н и я отдельных веществ в многокомпонентной смеси, много- ф у н к ц и о н а л ь н о с т и приборов, пороговой чувствительности, простоты о б с л у ж и в а н и я , стоимости и т п. В описании метода должно быть указано время, в течение кото- рого стабильны (устойчивы) продукты химических реакций, пред- шествующих определению загрязняющего вещества. Метод должен и с п о л ь з о в а т ь реактивы с минимальными требованиями по чистоте (квалификации), посуду и приборы, обеспечивающие допустимую п о г р е ш н о с т ь измерений. Поглотительные приборы и устройства дол- жны обеспечивать эффективность поглощения исследуемого загряз- няющего вещества не менее 95%. Необходимо также указывать порядок проведения подготовитель- ных операций; приготовление насадок для аналитических колонок, ус- ловия их кондиционирования, применение или создание поверочных газовоздушных смесей для калибровки прибора, использование конк- ретного дозирующего устройства и др. Описание метода определения загрязняющего вещества в продук- тах сгорания топлив должно включать; - характеристику его сущности и мешающих влияний; - изложение условий и способа отбора проб, транспортирования и хранения отобранных проб воздуха; - перечень используемой аппаратуры и приборов, перечень при- меняемых реактивов и их квалификацию; - перечень применяемых растворов, порядок их приготовления и использования, сроки и условия хранения; - условия анализа отобранных проб и порядок построения калиб- ровочного графика; - способ обработки данных испытаний и указание погрешности определения; - метод обезвреживания продуктов анализа; - требования безопасности при использовании реактивов и обра- щении с опасными и вредными для здоровья продуктами, обра- зующимися в процессе определения, а также требования безо- пасности к условиям подготовки и проведения измерения; - физико-химические свойства загрязняющего вещества (фор- мула, молекулярная масса, запах, растворимость в воде и орга- нических растворителях, температура плавления и кипения, давление и концентрация насыщенных паров, агрегатное со- стояние, краткая токсикологическая характеристика, значение ПДК и др.). Для получения достоверных результатов при измерении содержа- ния в продуктах сгорания топлив любого из загрязняющих веществ не- обходимо обеспечить отбор представительной пробы газов, обосновать место их отбора с учетом имеющихся температурных и концентраци- онных полей. Для анализа дымовых газов отбор их проб осуществля- ют из шунтовых труб либо из газоходов после воздухоподогревателей с поддержанием в соответствующем состоянии пробоотборной систе- мы (подогрев, охлаждение, выбор расстояний и т п.). 7.2. ОКСИДЫ АЗОТА Методики определения концентрации оксидов азота в дымовых газах, широко применявшиеся в энергетике, основаны на реакции вза- имодействия между нитритами и индикаторным раствором. Некото- рые методики различаются составами индикаторного раствора и тех- нологией обработки проб. По одной из них поглощение оксидов азота производится раствором, который готовится из реактива Грисса, ледя- ной уксусной кислоты и дистиллированной воды (в соотношении 1 г реактива Грисса, 50 см' ледяной уксусной кислоты и 250 см^ воды), а по другой — 8-процентным водным раствором йодистого калия. При взаимодействии индикаторного раствора с дымовыми газа- ми, в составе которых присутствуют оксиды азота, происходит погло- щение и проявление нитрит-иона. Светопоглощение окрашенных ком- плексов определяется на электрофотоколориметре в видимой линии спектра (520 нм) на зеленом светофильтре. Интенсивность окрашива- ния пропорциональна концентрации нитритов. Усовершенствование фотоколориметрического метода осущест- влено при создании прибора «Эвдиометр-1», разработанного в ЭНИН имени Г. М. Кржижановского. Проба дымовых газов в количестве 5-10 см^ окисляется в окислительном растворе, затем проходит в по- глотительные сосуды, где реагирует с индикаторным раствором Грис- са-Илосвая, образуя азокраситель. По интенсивности окраски инди- аторного реактива, измеряемого фотоколориметром, определяется ^ м м а р н а я концентрация оксидов азота. Погрешность измерения — +5% время анализа — 5 мин. Присутствие в пробе до 10% Н,, СО, СН • до 20% СО,; до 1% SO^ не влияет на показания прибора. Отбор проб осуществляется без контакта с жидкостью и без разбавления. На определенном этапе работ по измерению выбросов NO^ при- менялись приборы, основанные на линейно-колориметрическом ме- тоде, с помощью которого можно быстро определить концентрацию оксидов азота в дымовых газах. Метод основан на реакции диоксида азота и индикаторного порошка. Концентрация диоксида азота про- порциональна длине изменившего окраску столбика индикаторного порошка. В табл. 7.1 представлены сведения о приборах, предназна- ченных для определения концентрации N0^. по этому методу. Таблица 7.1 Приборы для определения концентраций оксидов азота линейно-колористическим методом Прибор Пределы изме- рения, г/м' Погрешность измерения, % Реагент Окраска УГ- 1 0-0,08 ± 1 0 Спиртовой раствор дифениламина Зеленая УГ-2 0-0,2 ± 1 0 Спиртовой раствор 0-дианизидина, подкисленного уксусной кислотой Красная 0-0,05 ± 1 0 - / / - ГХ-4 0-0,2 ±0,25 Иодид К Синяя 0 - 0 , 1 6 - / / - ГХ-1 0-0 ,0 17 ±25 0-0,095 ±7 Дифенилбензидин Красная Применение индикаторных трубок для определения содержания оксидов азота возможно при соблюдении постоянства диаметра, вы- соты, уплотнения слоя индикаторного порошка, а также температуры проведения анализа, объема и скорости пропускаемого газа. В последнее время для определения оксидов азота в выбросах ТЭС Используются приборы, реализующие хемилюминесцентный или фо- тометрический метод. Сущность данного метода состоит в том, что реакция NO с О в определенных условиях сопровождается люминес-3 ценцией: N 0 + О, ^ NO; + О,; n o ; N 0 ^ + hv. При смешивании пробы воздуха с газом, содержащим озон, окись азота вступает в химическое взаимодействие с озоном, сопровождаю- щееся излучением света в спектральном диапазоне 590-500 им. Ин- тенсивность излучения пропорциональна концентрации окиси азота. Так как яркость люминесценции очень мала, преобразование светово- го излучения в электрический сигнал производится с помощью фото- электронного умножителя. Хемилюминесцентный метод легко поддается автоматизации. На его основе построены многие приборы зарубежных фирм. 7.3. ОКСИДЫ СЕРЫ Все методы определения SO^ и SO^ в газах заключаются в полу- чении растворов, содержащих сульфит- и сульфат-ионы, и опреде- ления их различными физико-химическими и химическими спосо- бами. Для определения SO^ в продуктах сгорания топлив используются методы, основанные на: поглощении SO^ 80-процен- тным раствором пропанола; поглощении SO3 0,01 н раствором едко- го натра в 5-процентном водном глицерине; селективной конденса- ции продуктов сгорания. Методы определения SO^ основаны на способности сернистого ангидрида давать окрашенные соединения с некоторыми реактивами. Кроме того, используется метод газовой хроматографии, который по- зволяет определить концентрацию сернистого ангидрида в смеси с другими компонентами газовой смеси. Колориметрический и нефелометрический методы определе- ния сернистого ангидрида. При взаимодействии SO^ с фуксинфор- мальдегидным реактивом появляется фиолетовое окрашивание, что положено в основу колориметрического определения сернистого ан- гидрида в продуктах сгорания. По интенсивности окраски устанавли- aiOT концентрацию сернистого ангидрида в уходящих газах. В каче- стве поглотительного раствора используют 0,01 н раствор едкого на- тра в 5-процентном водном глицерине. Определению мешают окислы азота поэтому применение этого метода ограничено. В основу аппаратуры, используемой для контроля за составом ухо- дящих газов, положено избирательное свойство парарозанилина к SO^. И с с л е д у е м ы й газ пропускают через поглотитель, заполненный раство- ром К^ (HqClJ. По интенсивности окрашивания с помощью колори- метра контролируется содержание сернистого ангидрида. Стандартный метод определения SO^ основан на окислении его до серной кислоты и нефелометрическом определении ее в виде суль- фата бария по рекциям: 3S0, + KCIO3 + З Я р = 3H,S0^+ КС1, BaCl, = BaSO^ + 2HC1. На процесс образования BaSO^ влияет качество воды, сроки хра- нения реактивов, соблюдение условий осаждения. Иодометрический метод определения SO^ основан на окисле- нии сернистой кислоты йодом и заключается в том, что проба газа пропускается через стандартный раствор йода и йодистого калия с пос- ледующим оттитровыванием избытка йода стандартным раствором ти- осульфата SO^" + Oj + Н , 0 ^ s o ; - + 20^ + 2 W ; L + 2Н > 20"+ H , S 0^ + 2 111, 2 4 6 На этом методе основана работа прибора «Эвдиометр-2» для за- мера концентраций диоксида серы в дымовых газах. Данный метод достаточно прост, но дает искажение результатов из-за улетучивания некоторого количества йода при отборе проб газа, восстановления йода различными примесями, возможного окисления SO, в SO^, окисления йодида в йод при наличии кислорода, взаимо- действия йодида с оксидами азота. Для определения SO^ используются экспресс-методы, основанные на особенностях некоторых химических реакций. SO^ взаимодействует с индикаторным реагентом, нанесенным на инертный носитель, поме- щенный в стеклянную трубку. По высоте окрашенного слоя индикатор- ного порошка определяется концентрация SO^ с помощью прибора УГ- 2, позволяющего пропускать определенные объемы анализируемого газа. В качестве индикаторных реактивов на SO^ используются раство- ры: нитропруссида натрия, хлорида цинка, уротропина. Шкала инди- каторной трубки калибруется на пределы концентраций от О до 0,03 мг/л при пропускании 60 мл анализируемого газа. Для удаления мешающих определению окислов азота, сероводорода, паров серной кислоты и влаги анализируемый газ предварительно пропускается че- рез поглотительный патрон. Определение SO^ производится по извест- ной реакции взаимодействия с силикагелем, пропитанным 1 -процент- ным раствором ацетата меди. Существует метод определения SO^ в присутствии H^S с исполь- зованием двух слоев с индикаторными реагентами. В первом слое, про- питанном специальным реактивом (феноловым красным или бромти- моловым голубым), происходит поглощение SO^. Во втором — H^S реагирует с активированной окисью алюминия, пропитанной цианис- тым серебром. Экспресс-методы определения SO^ по точности не ус- тупают химическим. Электрохимические методы определения SO .^ Полярографичес- кий метод основан на измерении величины электролитического тока при окислении SO^. На основе полярографического метода разработан газо- анализатор ГП-У2 для анализа SO^ в продуктах сгорания с пределом измерения 0-1% об. SO^. Погрешность — ± 5%. Метод кулонометрического титрования основан на окислении SO, бромом. В качестве электролита используется водный раствор H^SO^, КВг и Вг^. При пропускании исследуемого газа через ячейку протекает реакция SO, + Br + 2 R O R S O , + 2Н+ + 2Вг Z I 2 2 4 \ ' в результате которой концентрация брома в растворе падает. Необхо- димый объем водного раствора для генерации брома прямо пропорци- онален количеству израсходованного брома в реакции с SO^. Предел измерения приборов этого типа составляет от О до 20 мг/м^ SO^, по- грешность — ±5%, постоянная времени — до 3 мин. Турбидиметрический метод определения SO3 в уходящих газах. Газы отбираются с помощью обогреваемого зонда, чтобы они не вступали в контакт с металлическими поверхностями, охлажденными ниже точки росы уходящих газов. Поглощение серного ангидрида про- водится 0,01 н раствором едкого натра в 5-процентном растворе вод- ного глицерина, залитого в поглотительные сосуды. Расход газа конт- ролируется реометром и составляет 0,15-0,2 мл/мин. В зависимости от содержания SO3 общий объем газа составляет 6-10 л. Для полноты поглощения ставят три поглотительных сосуда, охлаждаемых водой со льдом. После отбора проб газа в каждый из поглотительных сосу- дов вводится 0,2 мл 0,03 н соляной кислоты, пропускается азот в тече- ние 10-15 мин. для удаления SO^. Для этой цели можно использовать воздух, пропущенный через раствор пирогаллола (24 г пирогаллола в 160 мл 21-процентного раствора едкого калия). Для анализа отбирает- ся по 3 мл поглотительной жидкости, добавляется 0,5 мл этилового спирта, 0,1 мл 0,03 н раствора соляной кислоты и по 0,2 мл 10-процент- ного хлористого бария. Измерение светопоглощения проводят после 5-10 мин., встряхивания пробирки на фотоэлектроколориметре с тол- щиной слоя 10 мм с использованием синего светофильтра. Конт- рольным раствором служит поглотительный реактив, к которому до- бавлены те же реактивы. Для построения градуировочной кривой используют стандартный раствор 0,0436 г сульфата калия в 100 мл воды (1 мл стандартного раство- ра соответствует 0,2 мг SO^). Расчет проводится следующим образом: г '-'SOj ЗК о где А — содержание SO3, найденное по градуировочной кривой, мг; 5 — объем поглотительного раствора, мл; 3 — аликвота (объем поглотительной смеси, взятой для анализа), мл. Этот метод позволяет определить до 0,03 мг серного ангидрида. Некоторые методы определения серного ангидрида основаны на селективной конденсации паров серной кислоты и поглощении H^SO^ водным раствором изопропилового спирта. Дымовые газы прокачива- ются через змеевик, в котором происходит конденсация H^SO^ при тем- пературе стенки 60-90° С. Туман серной кислоты задерживается порис- тым фильтром. Предусматривается измерение расхода и температуры газа. Термостатирование стенки змеевика осуществляется нагретой до кипения водой. Для исключения конденсации кислоты в газовом тракте до прибора предусматривается обогрев газозаборных трубок. Полученнь1Й в змеевике конденсат смывается водным раствором изопропилового спирта, который поглощает SO^ с небольипш количе- ством SO,. Серная кислота определяется титрованием пробы 0,02 н NaOH в присутствии смешанного индикатора, растворенный SO, — титрованием 0,02 и раствора йода раствором Na^S.O^ в присутствии крахмала. Расчет выполняют по формуле 0,224 ( й - 2 6 ) SO3 = Ь 1.100%, V ' где 0,244 — количество SO,, соответствующее 1 мл 0,02 н раствора NaOH; а — то же 0,02 н расгвора NaOH, израсходованного на титрова- ние, мл; b — то же на реакцию с SO,, мл. Погрешности определения связаны с интенсивностью охлаж- дения дымовых газов, сопротивлением пористого фильтра, темпе- ратурой газов перед прибором и температурой охлаждающей жид- кости. В зависимости от этих температур изменяется «проскок» паров кислоты через прибор, который достигает 7% при темпера- туре 90-100° С. Известны газоанализаторы в бесфильтровом варианте. В них тем- пература дымовых газов в канале конденсации поддерживается выше точки росы, что исключает конденсацию кислоты. Операции по тит- рованию и расчету конденсации SO3 выполняются так же, как и для прибора селективной конденсации. 7.4. ПРОДУКТЫ ХИМНЕДОЖОГА Титрометрическое определение содержания СО основано на его окислении йодноватым ангидридом и определении образовавшегося углекислого газа. При этом протекают следующие реакции: 1 А + 5СО = 5СО,+ 1.; у г л е к и с л ы й газ поглощается раствором сдк0[0 барита Ва(ОНХ + СО,= ВаСО, + Н , 0 ; и з б ы т о к Ва{ОН), оттитровывают соляной кислотой Ва(ОН), + 2НС1 = B a d , + 2 М.О- При реализации метода каталитического дожигания СО до СО, на гопкалите (смссь окислов металлов: 60 вес.м. МпО, и 40 нес. ч, СиО), СО, поглощается раствором Ва{ОН), и огтитровывастся соля- ной кислотой. Линейно-колористическое определение СО производится п у т е м просасывания газа через индикаторную т р у б к у , заполненную и и д и к а - ториым порошком. В качестве 1И1Дикаториого n o p o u j K a примсияегся силикагель марки ШСК диаметром 0,125-0,160 мм, проиитаниьи! ра- створом й о д а т а калия в с е р н о й кислоте. Метод позволяет опредс.чичь концентрацию СО от 15 до 400 мг/м\ Более высокую чувствительность (5 мг/м') имею! индикаторные трубки, заполненные еиликагелем КСК, пропитанным раствором суль- фата палладия. Для повышения устойчивое™ получаемой ок1:)аски к индикаторному реактиву добавляется раствор сульфата аммония, а для повышения чувствительности — раствор молибдата аммония. Инди- каторные трубки с еиликагелем, проп)1тапным водт>1М раствором ка- лий палладий сульфита, имеют чувствителыюсть 11 мг м-, а примене- ние в качестве индикаторного реактива крсмнсмолибдеиовоГ! кислоты позволяет определить тысячные доли миллиграмма СО в 1 л i а за. Газоволюметрическос определение СО основано па реакции isза- имодействия аммиачного раствора хлорида меди с СО. Аммиачный ра- створ хлорида меди, адсорбция СО образует комплексное еосдаионис CuCl, + 2СО CuCl, 2СО, CuCI,-2CO + 4NH, + 2 Н , 0 2Cu + (NHJ , C,0^ + 2NH ,Cl. Поглотительный paciBop готовигся растворением 200 г хлорида Меди VI 250 г хлоруща аммония в 730 мл воды. Перед аиал1Г!ом па каж- дые 3 объема раствора добавляют 1 объем водного раствора аммиака плотностью 0,91 г/см^ Кроме СО поглотительный раствор поглощает также О,, СО^, С^Н ,^ тяжелые углеводороды. Поэтому эти компоненты перед определени- ем СО должны быть удалены. Из-за возникновения ошибок, связан- ных с несовершенством метода, особенно при измерении малых кон- центраций СО, этот метод определения в настоящее время не может быть рекомендован. При определении СО, Н^, СН^ в продуктах сгорания получил наи- большее распространение метод газовой хроматографии. Для опреде- ления компонентов продуктов сгорания выпускались хроматографы ХПГС, ХТ-4, ХТ-2М. Разработан газовый хроматограф «Газохром-3101». Действие прибора основано на принципе газоадсорбционной хромато- графии при постоянной (комнатной) температуре насадочных колонок. Для детектирования выходящих из колонок веществ в приборе используется комбинированный детектор, выполняющий детектиро- вание горючих компонентов термохимическим способом и негорю- чих — способом теплопроводности. В приборе применена двухпоточ- ная газовая схема с параллельным и последовательным включением колонок, заполненных различными сорбентами с разделенными вво- дами пробы в каждую колонку, позволяющими работать на двух раз- личных газах-носителях; для горючих компонентов — на воздухе и для негорючих — на аргоне. Компоненты анализируемого газа перемещаются по колонке с раз- личной скоростью за счет различной сорбции. В результате они выхо- дят из колонки разделенными один за другим в потоке газа-носите- ля — бинарные смеси. Бинарные смеси, поступающие в детектор, вызывают изменение сопротивления чувствительных элементов, т. е. разбаланс мостовой схемы измерительного моста, который регистрируется электронным потенциометром или показывающим стрелочным прибором. Запись сигналов детектора на ленте потенциометра представляет собой хро- матограмму, причем каждому компоненту смеси соответствует опре- деленный пик. Для автоматического определения содержания оксида углерода предложены оптико-акустические газоанализаторы серии ГИАМ, дей- ствие которых основано на измерении инфракрасной радиации анали- veMoro газа. По области применения к методу измерения анало- гичными ГИАМ является серия оптико-акустических газоанализато- ров (ГМК-3; ОА2109; ОА0304). Для одновременного определения содержания СО+Н^ используются приборы АСТ-2, действие которых базируется на термохимическом методе. Принцип действия прибора основан на определении суммарной теплоты сгорания СО и Н^, содер- жащейся в дымовых газах, на катализаторе. Повышение температуры служит мерой суммарной теплоты сгорания СО и Н^ и приводит к раз- балансу мостовой схемы, преобразующейся в электрический сигнал постоянного тока. Информация о содержании СО, Н^ и О^ в дымовом газе обеспечивается двухканальным датчиком, в котором проводится измерение тепловых эффектов раздельного окисления в двух парал- лельных каналах равных потоков контролируемых проб дымового газа с равными потоками вспомогательных реагентов: одной пробы с кис- лородом, другой — с газообразным горючим. Окись углерода имеет характерную только для нее полосу погло- щения в инфракрасном диапазоне частот. По этому принципу действия работают приборы типа ГИАМ-14; ГИАМ-15. Из веществ, которые могут влиять на показания концентрации СО, Н^, О^, следует отметить углекислый газ и пары воды. Для устранения влияния углекислого газа в этих приборах применяют дополнительные оптические фильтры (кю- веты, заполненные 100% углекислого газа), что позволяет практичес- ки устранить его влияние. В отдельную группу адсорбционных методов выделяют лазерные. Перспективность метода обусловлена специфическими особенностя- ми лазерного излучения: монохроматичностью, высокой энергетичес- кой плотностью, направленностью и др. Поглощение на отдельной линии позволяет повысить избирательность и чувствительность газо- вого анализа. 7.5. ГАЗОАНАЛИЗАТОРЫ Приборы, применяемые для определения концентрации загрязня- ющих веществ в продуктах сгорания топлив, в большинстве своем ос- нованы на принципе газовой хроматографии, инфракрасного поглоще- ния, а также хемилюминесцентных и электрохимических методов. Обыч- но перечень приборов и методик, допускаемых к применению на энер- гетических объектах, согласовывается с Госстандартом, Этот перечень постоянно обновляется с исключением из него приборов несовершен- ных и устаревших конструкций. Все газоанализаторы выполняются пе- реносными либо для установки в стационарных условиях. На каждом этапе развития средств измерительной техники в энер- гетике применялись разные типы приборов с различными функцио- нальными возможностями. В настоящей работе приводятся сведения только о некоторых газоанализаторах, конструкции которых постоян- но совершенствуются. Для анализа дымовых газов широкое применение получили пе- реносной и стационарный варианты газоанализаторов «Бекман» (США) и «Хориба» (Япония). Газоанализатр «Хориба» модели МЕХА-16, предназначенный для непрерывного отбора проб и запи- си результатов на ленту, включает пять анализаторов с инфракрас- ным и один с ультрафиолетовым излучением и настольный самопи- сец. Содержания оксида углерода (0-12%), диоксида углерода (0-16%), оксидов азота (0-0,2%) определяются с помощью инфра- красного излучения. Погрешность определения всех компонентов — ±1% при времени срабатывания 1 с. В бывшем Советском Союзе был освоен автоматический хеми- люминесцентный газоанализатор 645 ХЛ-01, предназначенный для непрерывного измерения концентрации оксидов азота в воздухе. Затем для автоматического измерения содержания окиси азота в ды- мовых газах котельных агрегатов был освоен выпуск газоанализато- ров ГХЛ-201. В последующем был налажен выпуск хемилюминес- центного газоанализатора 344 ХЛ-01. Он служит для измерения объемной доли оксида и суммы оксида и диоксида азота, состоит из блока анализа и устройства пробоподготовки. Основные техничес- кие данные: диапазон измерений: оксида азота — 0...200, 0...500, 0...1000, 0...2000, 0...5000 млн' ' ; суммы оксида и диоксида азота (NO^) — 0...200, 0...500, 0...1000, 0...2000, 0...5000 млн"'. Основная приведенная погрешность: для N 0 на всех диапазонах — ±15%; для N0^ на диапазоне 0...2000 млн~' ±25%; для N0^. на остальных диапа- зонах ±20%. Время прогрева 1 ч. Время установления выходного сиг- я 20 с. Масса прибора — 60 кг; температура окружающего в о з д у х а - С , В РГнституте прикладной физики РАН (г. Нижний Новгород) раз- работан газоанализатор АДГ-02, предназначенный для непрерывного прямого контроля в потоке дымовых газов концентраций оксида азо- та диоксида азота и диоксида серы. Прибор в максимальной степени приспособлен к работе в трудных эксплуатационных условиях: резкая смена климатических условий, наличие загрязняющих веществ в по- токе отходящих газов, присутствие сильных источников помех и т. п. Основные технические характеристики прибора Диапазоны измерения массовой концентрации (для диаметра газохода, приведенного к диаметру 1м), г/м' оксида азота 0 , 0 0 5 ^ диоксида азота 0,05-0,5 диоксида серы 0,05-8 Точность измерений,%, не менее 15 Выходные сигналы, мА; унифицированный электрический выход на сопротивление 2,5 Ом для подключения самописца 0 - 5 цифровой электрический кодированный сигнал в соответствии со стандартом последователь- ного интерфейса R S - 2 3 2 C 160x400x480 1 9 0 x 2 4 0 x 3 6 0 1 7 0 x 1 7 0 x 4 6 0 2 0 0 x 2 1 0 x 3 0 не более 20 2 0 0 - 2 4 0 4 9 - 5 0 не более 0,5 0-400 Габаритные размеры элементов газоанализатора, мм: блок питания блок излучателей блок детекторов блок заслонок Масса газоанализатора, кг. Напряжение питания от сети переменного однофазного тока, В , Частота тока, Гц, Мощность, потребляемая газоанализатором, кВт, Параметры анализируемой газовой смеси: температура газа, °С , давление, кПа, 5 0 , 7 - 1 5 2 Температура эксплуатации, ° С , 5 - 4 0 Атмосферное давление, кПа, 8 6 , 6 - 1 0 7 Влажность, % , до 95 Принцип работы газоанализатора—дифференциальное поглоще- ние. Прибор производит автоматическое считывание показаний детек- торов с периодом 5-20 мин с последующей обработкой полученной информации и подготавливает ее по выбору пользователя к выводу на стандартный регистрирующий прибор (самописец) или дисплей пер- сонального компьютера. Запоминающее устройство прибора обеспе- чивает хранение в памяти электронного блока информации о резуль- тагах последних 256 измерений (в течение 3 суток при интервале между измерениями 20 мин). Программное обеспечение позволяет непрерыв- но контролировать рабочие параметры прибора; напряжение питания на фотоэлектронных умножителях, уровень регистрируемых сигналов в рабочих пределах, проводить диагностику сбоев в работе прибора и т. д. Для защиты оптических элементов от загрязнения в процессе эксплуатации механические заслонки открываются только на вре- мя измерений, кроме того, предусмотрен обдув оптических элементов потоком воздуха за счет естественного разрежения в газоходе. При зна- чительном загрязнении оптических окон в процессе длительной экс- плуатации происходит автоматическое переключение напряжения пи- тания детекторов, что повышает их чувствительность. Перед каждым циклом измерений выполняется автоматическая калибровка «на ноль», исключающая дрейф, связанный с изменением внешних условий или загрязнением оптических элементов. Оригинальные технические решения позволили обеспечить сход- ные с аналогичными приборами параметры анализатора АДГ-02 при существенно меньшей цене. Как показали исследования, на точность измерений прибора не вли- яют ни геометрическое расположение луча в сечении газопровода, ни количество водяных паров в уходящих газах, ни воздух, поступающий для обдувки оптической системы, ни температура уходящих газов. Во время испытания прибора получена хорошая сходимость ре- зультатов измерений с показаниями таких известных переносных при- боров, как TESTOTERM и IMR-3000. в Республике Беларусь налажен выпуск стационарных газоапа- типа АГТ, которые предназначены для непрерывного авто- м а т и ч е с к о г о контроля содержания кислорода (АГТ-О^) и оксида угле- рода (АГТ-СО) в подуктах сгорания. Приборы включены в Госреестр Республики Беларусь и выпуска- ются н а у ч н о - т е х н и ч е с к и м центром энергооптических технологий (НТЦ ЭНОТЕХ). В основу работы анализатора АГТ-О^ положено использование концентрационного по кислороду гальванического элемента с твер- дым электролитом. В анализаторе АГТ-СО установлен сенсор-изме- ритель, использующий термохимический принцип измерения содер- жания СО в газах. Приборы не нуждаются в постоянном обслуживании, а требуют лишь периодической проверки работоспособности. Анализаторы мо- гут быть оснащены диагностической системой, позволяющей локали- зовать неисправность. Применение цифровых методов обработки по- вышает точность и надежность измерения параметров. Газоанализаторы имеют следуюпще эксплуатационные преимущества: - измерительный зонд-датчик устанавливается непосредственно в газоходе котла, вследствие чего не нужна система отбора и под- готовки газа; - высокое быстродействие, что особенно важно при использова- нии в системах регулирования; - надежность в работе при незначительном техническом уходе; - имеется унифицированный выходной сигнал и цифровой канал; - предусмотрена система самодиагностики неисправностей. Технические характеристики газоанализаторов АГТ Диапазон измерения: АГТ-О^ — 0 , 0 - 1 0 , 0 % об. О, А Г Т - С О — 0 , 0 - 1 , 0 % об. СО Относительная погрешность,% — не более 4 Быстродействие, с — не более 30 Напряжение питания, В — 220 Выходной аналоговый сигнал, м А — 0,5 Выходной цифровой сигнал — R S - 2 3 2 (RS-485) Срок службы, лет — не менее 5 На Украине разработан и серийно выпускается стационарный многокомпонентный газоанализатор МАРС-5. Он предназначен для не- прерывного одновременного автоматического измерения и регистра- ции массовой концентрации четырех загрязняющих веществ: N 0 , N0^, СО, SO^ в отходящих газах котлов ТЭС и выбросах промышленных предприятий. Принцип действия газоанализатора — фотоабсорбционный в ин- фра-красной области спектра с применением узкополосных интерфе- ренционных фильтров и микропроцессорного устройства. Различные варианты исполнения прибора позволяют устанавли- вать его вблизи точки отбора пробы либо на расстоянии до 100 м от нес. Расстояние до регистрирующих приборов до 500 м. Диапазоны измерения устанавливаются по заказу в следующих пределах (в скобках указаны диапазоны серийного прибора), г/м^: N 0 от 0-0,7 до 0-2,0 (0-1,5) N 0 , от 0-0,2 до 0-0,7 (0-0,3) с о ' от 0-1,0 до 0-15,0 (0-1,0) SOj от 0-2,0 до 0-10,0 (0-5,0) Предел основной приведенной погрешности ±10. Выходной сигнал по каждой измеряемой газовой компоненте 0-5 мА. Газоанализатор аттестован Госстандартом Украины и внесен в Госреестр за № У1307-00. Необходимо отметить, что в энергетике РБ и стран СНГ преиму- щественно применяются приборы зарубежных фирм. Большинство переносных приборов зарубежных фирм, как пра- вило, основаны на использовании электрохимических ячеек и рабо- тают по общей принципиальной схеме; отбираемая проба газов насо- сом прокачивается через фильтр и направляется в электрохимические ячейки. В зависимости от концентрации анализируемого газа изме- няются электрохимические характеристики ячеек, которые воспри- нимаются электронной схемой прибора, преобразуются и выдаются в виде концентраций данного вещества в р р т или мг/м1 Приборы снабжены дисплеями и могут быть укомплектованы принтерами для выдачи протокола измерений. В электронную схему входит процес- что позволяет запоминать и обрабатывать данные, пересчиты- вать их и находить производные и сопряженные величины, что явля- ется большим удобством. Приборы измеряют целый ряд параметров, в том числе: _ температуру анализируемых газов; - температуру окружающего воздуха; - концентрации кислорода, оксида углерода, оксида азота, диок- сида азота, диоксида серы; - давление (разрежение) в газоходе, разность давления; - относительную влажность среды; - скорость газового потока. Вычисляют: - концентрацию диоксида углерода; - коэффициент избытка воздуха; - тепловые потери с уходящими газами; - коэффициент использования топлива (под коэффициентом ис- пользования топлива здесь подразумевается величина \ - - ^ 3 ~ 100 - q^, поскольку величиной q^ во многих случаях при сжигании газа и мазута можно пренебречь). Каждая фирма-производитель выпускает несколько модифика- ций приборов, которые отличаются набором функциональных воз- можностей (от наиболее простого и дешевого до сложных универ- сальных систем). Приборы типа «Testo» обеспечены в Республике Беларусь серви- сом, инженерной и метрологической поддержкой (имеется сервисно- ремонтный центр). Госповерка осуществляется Госстандартом на базе этого центра, межповерочный интервал — 6 месяцев. Приборами «Testo» и MSI оснащены многие предприятия энерге- тики и областные комитеты по охране природных ресурсов и окружа- ющей среды. Газоанализаторы типа «Testo» моделей 360, 350, 346 и ^42 включены в Госреестр средств измерений РБ. Приборы и техноло- гии их производства сертифицированы по международному стандар- ту ISO 9001. Сведения о некоторых типах газоанализаторов приведены в табл. 7.2. Сведения о некоторых газоанализаторах Таблица 7.2 Наименование прибора Основные измеряемые параметры Область применения I 2 3 «Testo-350» Концентрация Oj, COj, CO, NO, NO2, SO2, температура, давление (разрежение), коэффициент из- бытка воздуха, потери теплоты с уходящими газами, коэффициент испо]!ьзования топлива, влаж- ность и скорость газов Для периодического контроля выбросов, на- ладки и контроля режи- мов работы котлоагрега- тов, печей, сушил, тур- бин, теплогенераторов и т. д. M S I ISO-Compact Концентрация О2, СО2, СО, N 0 , SO2, температура, давление (раз- режение), коэффициент избытка воздуха, потери теплоты с уходя- щими газами, коэффициент ис- пользования топлива, скорость газов - / / - А Г Т - С О Концентрация СО Для непрерывного кон- троля выбросов СО, на- ладки и контроля режи- мов работы котлоагрега- тов AFT-Oj Концентрация О2 Для наладки и непре- рывного контроля ре- жимов работы котлоаг- регатов F G A 950. Англия. Фирма «Land combustion» Концентрация СО, NO, SO2 Для непрерывного кон- троля выбросов, наладки и контроля режимов ра- боты котлоагрегатов OPSIS Концентрация N 0 , SO2, СО и других (более 20 компонентов) - / / - M R U (SWG-300) Концентрация 0 , О2, СО, N 0 , NOi, SO2, температура, давление (разрежение), коэффициент из- бытка воздуха, потери теплоты с уходящими газами, коэффициент использования топлива Для контроля выбросов, наладки и контроля ре- жимов работы котлоаг- регатов и другого тепло- энергетического обору- дования Продолжение таблицы 7.2 п£ибо£а___ Основные измеряемые параметры Область применения 2 3 Perkin Elmer (MCS 100 CD) Концентрация О2, СО, N0, NO2, SO2, температура, давление (раз- режение), коэффициент избытка воздуха, потери теплоты с уходя- щими газами Для контроля выбросов, наладки и контроля ре- жимов работы котлоаг- регатов ENDA-2 12 Концентрация N0 и N0;^ Для непрерывного кон- троля Beckman- 9 5 1 A Концентрация N0 и N0^ KM9006 QVINTOX Концентрация О2, СО, СО2, NO, NO2, SO2; разрежение, избыток воздуха, темпераутра воздуха и уходящих газов Для периодического контроля В энергетике получили распространение только несколько ти- пов приборов зарубежных фирм. Описание по некоторым из них при- ведено ниже. Приборы типа «Draqer» (MSI) Газоанализаторы «Draqer» (MSI) представлены несколькими мо- дификациями, отличающимися между собой количеством выполняе- мых функций. В число функций входит измерение Cq,, С^^, С^^ , скорость и расчет С^о ,^ а , q^, К^. Измерения скорости. Прибор измеряет давление и дифференци- альное давление. Используя трубку Прандтля, можно определить ско- рость топочных газов в м/с. В памяти прибора могут храниться до 60 результатов измерений скорости; возможно автоматическое усредне- ние значений. Документирование результатов. Встроенный принтер позволяет на месте распечатать протокол результатов измерений. Защита сенсоров. Инструмент снабжен надежным насосом для про- боотбора. Второй насос обеспечивает защиту сенсоров, продувая их воз- Духом в случае превышения диапазона измерения. При этом продолжа- ются измерения концентрации О^ и все соответствующие вычисления. Подключение к компьютеру. Простое подключение к компьютерз через интерфейс RS232. Универсальное программное обеспечени( передает данные в PC или портативный компьютер для обработки. Блок памяти. 100 полных блоков данных, каждый из которы) включает один набор измеренных и рассчитанных значений, а такж» 60 значений скорости потока могут быть сохранены в памяти прибо ра. Записанные в памяти значения можно передать компьютеру для проведения необходимых расчетов. Система осушки газа. Compact может быть снабжен встроенной си- стемой осушки газа, основанной на принципе мембранного разделения. Имеются различные датчики для измерения температуры и ско- рости топочных газов, концентрации газов, а также давления в газохо- де. Для работы в условиях высокой концентрации сажи имеется ме- таллокерамический фильтр предварительной очистки, уменьшающий загрязнение измерительной системы частицами сажи. Основные характеристики прибора MSI-150 (Compact) t, Р/АР со Со. ^со Компенс. на Н^ Срд(высокие концентрации) ^N0 С Cso, Дата/время Погрешность (для газов) Вычисления Диапазон 0-1200° С 0-100°С '50-(+50) мбар 2-70 м/с 0-21 об. % Разрешение 1°С 1°С 0,01 мбар 1 м/с 0,1 об. % 0^000 ррт 2000-9000 ррт 1-2 объема.% 0-2000 ррт 0-200 ррш 0-4000 ррт 1 ррт => 1 ррт => 0,01 объемн.% 1 ррт 1 ррт 1 ррт — 1 мин Не более I % от шкалы в диапазоне 0-20% шкалы, не более 5% от текущего значения Б диапазоне 20-100% шкалы. С^воб .%, q ,^ Значения выводятся в ррт и об, %. Кроме того, распечатываются значения в мг/м^, откорректированные по отношению к содержанию О .^ срок службы ячейки Тип топлива Точка отсчета О^ Память данных Принтер Калибровка Прокачка газа Интерфейс Аккумулятор Зарядное устройство Электропитание Габариты Вес Температура окружающего воздуха Типичное значение: > 2 года для ячейки О^ и 2-3 года для других ячеек. Выбор любого из 15 различных стандартных типов топлива. Устанавливается пользователем. 100 полных блоков, каждый может включать 60 значений скорости. Термопринтер, 20 символов в строке, скорость печати около 0,8 строк/с. Автоматическая калибровка нуля после включения, калибровка чувствительности примерно 1 раз/год. Надежный мембранный насос, около 0,9 л/мин. Дополнительный насос для продувки ячеек Последовательный, двухнаправленный, V24, 9-выводной D-соединитель. Не требующий обслуживания свинцовый аккумулятор, 6 В, 6,5 А-4, автономная работа 8 часов, состояние аккумулятора показано индикаторной полосой на дисплее. Штекерное зарядное устройство с защитой от перезарядки и светодиодным индикатором Сетевое зарядное устройство 230 В, 50 Гц (возможно 110 В, 60 Гц). 380x170x260 мм. Без принадлежностей — 5 кг, с принадлежностями — 6 кг Хранение 20-(+50)° С; работа — 0-(+45)° С. Газоанализаторы типа «Teste» (342, 346, 350, 360) Газоанализаторы типа «Testo» (моделей 360, 350,346 и 342) испы- таны Госстандартом и включены в Госреестр средств измерений (СИ) РБ. Имеются утвержденные методики измерения концентраций. Ре- шены проблемы поставки приборов и запчастей к ним. Приборы про- изводятся в Германии фирмой «Testo» и поставляются в европейские страны, США, Японию и др. Газоанализатор «Testo 350» Прибор обладает высокой точностью измерений, короткой фа- зой подготовки к эксплуатации, возможностью распечатки результа- тов измерений на месте и обработки данных на персональном ком. пьютере. Конструктивно анализатор дымовых газов состоит из: - бокса-анализатора; - ручной части; - различных датчиков и зондов. Бокс-анализатор является основным узлом прибора и состоит из ряда унифицированных модулей и узлов (электрохимические ячейки, фильтры, блок электронной защиты, аккумуляторные батареи). Главное назначение бокса-анализатора — подготовить газовую смесь и осуществить измерение концентрации анализируемых веществ, а также произвести замеры и расчеты целого ряда дополнительных параметров топливосжигающего оборудования (температуры, влаж- ности, скорости, тепловых потерь и т. д.). Анализируемая газовая смесь из газозаборного зонда при помощи побудителя расхода (насоса) поступает в бокс-анализатор, предвари- тельно пройдя два фильтра грубой очистки (основной и дополнитель- ный) и конденсатоуловитель. Очищенная таким образом от пыли и влаги газовая смесь подается на электрохимические ячейки, в кото- рых происходит преобразование каждого анализируемого химическо- го соединения (элемента) в независимые электрические сигналы. В данном газоанализаторе установлено пять электрохимических ячеек, с помощью которых можно производить измерение концентра- ций О,, NO, NO^, SO,, а также СО. Дополнительно к перечисленному бокс-анализатор может произво- дить измерение следующих параметров анализируемой газовой смеси: - температуру уходящих газов и окружающей среды; - давление, перепад давления; - скорость газового потока; - влажность газов. Корпус бокса-анализатора изготовлен из ударопрочного материала. Вес бокса-анализатора — 2,6 кг Электрический сигнал с выхода бокса-анализатора через соеди- нительный спиральный кабель подается в блок индикации (ручная часть). Этот блок производит обработку и преобразование получен- ных электрических сигналов, выдачу цифро-буквенной информа- на русском языке, сохранение в памяти полученных результа- тов измерений. fyoK индикации состоит из дисплея размером 50x60 мм, аналого- цифрового преобразователя, процессора, оперативной памяти, интер- фейса, генератора ИК-лучей. С помощью заложенных в память компьютера коэффициентов и формул блок индикации определяет дополнительные характеристи- ки режимов работы топливосжигающего оборудования для конкрет- ного вида топлива: коэффициент использования топлива, потери теплоты с уходящими газами, среднее значение сажевого числа, кон- центрацию COj, производит пересчет полученных результатов из одних единиц измерений в другие. Объем памяти позволяет сохра- нять до 500 результатов измерений с указанием порядкового номера и даты их проведения. В блоке индикации имеется стандартный интерфейс RS-232, с помощью которого полученные результаты могут быть переданы на компьютер совместимого с IBM типа для их последующей професси- ональной обработки. Для распечатки результатов на месте с помощью ИК-принтера, входящего в комплект прибора, в блоке индикации установлен генера- тор ИК-лучей с дальностью действия до 2 м. Блок индикации выпускается в двух версиях: стандартной и про- фессиональной. Профессиональная версия имеет большой объем па- мяти и позволяет измерять скорость и влажность газов. В состав прибора входят следующие датчики и зонды: 1) промышленный зонд для отбора дымовых газов длиной 715 мм, диаметром 8 мм с диапазоном измеряемых температур до 1000° С. Датчик температуры выполнен из сплавов NiCr — NiAl. Зонд имеет два ответвления, снабжен высококачественным шлан- гом длиной 2,2 м. В комплект зонда входят два независимых кон- денсатоуловителя, основной и дополнительный, с двумя фильтра- ми грубой очистки каждый. Подключается зонд к боксу-анализатору с помощью кабеля с 8-контактным разъемом в специальное гнездо, обозначенное символом газозаборного зонда, в строгом соответствии с цветовой маркировкой: красный — шланг передачи газа, синий — шланг передачи давления; 2) зонд для измерения перепада давления до 100 гПа работает по принципу вычитания меньшего давления из большего. Датчик зонда защищен от перегрузок до 150 гПа; 3) трубки Пито длиной 1000 мм и 2000 мм при температуре до 500° С. Подключение их производится через специальные соедини- тельные штуцера к датчику дифференциального давления с помощью силиконовых трубок; 4) зонд для измерения относительной влажности газов. Газоанализатор укомплектован двумя устройствами пробоподго- товки; «Testo 339» или компактным блоком осушки. Питание прибора может осуществляться как от сети переменно- го тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц, так и от встроенных аккумуляторных батарей. Время непрерывной работы анализатора от автономного источника питания составляет 4 часа, после чего не- обходимо провести подзарядку батарей с помощью блока питания, имеющегося в комплекте данного прибора. Для увеличения срока службы аккумуляторов рекомендуется раз в месяц их nojmocTbro раз- рядить. Результаты измерений могут выдаваться на дисплей в различных системных единицах измерений: - температура — °С, °F; - концентрация газа — ррш, мг/м'; - дифференциальное давление: Мбар, гПа, Па, мм в. ст.; ~ скорость потока — м/с. Первичная информация выводится на дисплей через 40-60 секунд после поступления анализируемого газа на электрохимические ячей- ки. Основные правила проведения измерений и получение первичной информации даны в специальной инструкции, прилагаемой к данно- му прибору. Газоанализатор «Testo 350» обладает высокими метрологически- ми характеристиками. В приведенных ниже технических данных для ряда измеряемых величин (Oj, СО, N 0 , N0^, SO^, температура и давление) показаны диапазоны измерений и погрешности, утвержденные органами стан- дартизации Германии и Республики Беларусь. Диапазон измерении По1-решность Диапазон измерения Разрешающая способность Диапазон измерения Погрешность Тип датчика Быстродействие Диапазон измерения Определение По данным По данным фирмы «Testo» Белстандарта Измерение температуры -40... 1200° С 0. .300° С 300.. .1200'= ±0,5° С (0.. .99,9° С)/ ±1,5° С ±0,5% отн. ±0,5% от изм.знач. (выше+100° С) Измерение тяги, давления С ±50 гПа 0,01 гПа Измерение О^ 0...21 об. % ±0,2 об. % Электрохимическая ячейка около 20 сек. Определение СО, 0. . .сортах Расчет из О, ±2500 Па ±(2500-5000) Па ±0,2% отн. 0-5 об. % 5-21% ±4%прив. ±4% отн. О-СО^тах ±4% прив. Измерение СО (без комненсации Н )^ Диапазон измерения 0...20000 ррт 0...500ррт500...2000ррт ±20 ррт (до 400 ррт) ±10% прив. ±10% отн. ±5% от изм. зн. (до 2000 ррт) ±10% от изм. зн. (до 20000 ррш) около 40 сек. 0...40000 ррт ±50 ррт (0...1000 ррт) ±5% от изм. зн. (1000... 10000 ррт) ±10% от изм. зн. (>10000 ррт) около 40 сек. Измерения СО (с компенсацией Н^ ) Диапазон измерения О... 10000 ррт 0-500 ррт 500-2000 ррт ±20 ррт (до 400 ррт) ±10% прив. ±10% отн. ± 5% от изм. зн. (до 2000 ррш) ±10% от изм. зн. Погрешность Быстродействие Диапазон измерения Быстродействие Погрешность Быстродействие Диапазон измерения Погрешность Тип датчика Быстродействие Диапазон измерения Погрешность (до 10000 ррт) около 40 сек. Измерения NO 0,..3000ppm ±5 ppm (до 100 ppm ±5% от изм. зн. (до 2000 ppm) ±10% от изм. зн. (до 3000 ppm) Электрохимическая ячейка около 20 сек. Измерения N0^ 0...500 ppm 0.. .500 ppm 500.. .2000 ppm 0... 100 ppm 100...500 ppm ±10 ppm (до 100 ppm) ±10% прив, ±10% отн. ±5% от изм. зн. (выше 100 ppm) Электрохимическая ячейка около 40 сек. Измерения SO^ О... 5000 ppm 0.,. 500 ppm 500... 2000 ppm ±20 ppm (до 400 ppm) ±10% прив. ±10% отн. +5% от изм. зн. (до 3000 ppm) ±10% от изм. зн. (до 5000 ppm) Электрохимическая ячейка около 40 сек. Измерения относительной влажности Диапазон измерения О... 100% относительной влажности влажности Диапазон измерения температуры -20...+140 Измерения скорости потока газов/воздуха Диапазон измерения 1... 40 м/с скорости Диапазон измерения температуры 0.. .500 Тип датчика Быстродействие Диапазон измерения Погреп1Ность Тип датчика Быстродействие Измерения разности давлений Д и а п а з о н измерения 100 гПа П о г р е ш н о с т ь р а з р е ш а ю щ а я с п о с о б н о с т ь Д и а п а з о н и з м е р е н и я П о г р е ш н о с т ь Р а з р е ш а ю щ а я с п о с о б н о с т ь Блок индикации Бокс-анализатор Блок индикации Бокс-анализатор Материал корпуса Допускаемая температура Допускаемая температура хранения и транспортировки -20.. .+50° С ±0,1 гПа (0,..20гПа) ±0,5% от изм. зн. (20,.. 100 гПа) 0,01 гПа ЮгПа ±0,03 гПа 0,01 гПа Габариты 197x55x45 мм 294x163x158 мм Вес около 0,24 кг около 2,8 кг Общие данные Пластик (ABS) +4...+40° С Электропитание Принцип работы Электропитание Максимальная пылестойкость Максимальная влажность Дополнительная рабочая температура Максимальный расход Дополнительная температура хранения и транспортировки Корпус Шланг Вес Блок питания, встроенный блок аккумулятора Блок пробоподготовки холодильник Пелетье прибор 90...260В,47...63 Гц. 110 В или 230 В 20 г/м^ +60° С температуры точки росы на входе +5...+40 1,8 л/мин. -20. ..50° С алюминиевый, 180x170x300 мм (с ручкой) +170°С прибор — около 4,8 кг шланг — около 1,2 кг, длиной 2,2 м Принтер Тип принтера термопринтер на инфракрасных лучах, регулируемая контрастность изображения Объем печати около 300 блоков измерений на 1 бумажном ролике Расстояние при приеме до 2 м Габариты 186x91x61 мм Вес 0,43 кг (включая батареи) Дополнительная рабочая температура 0.. .+50° С Дополнительная температура хранения и транспортировки -40... +60 Электропитание 4 батареи типа АА 1,58 или аккумуляторы NiCd Газозаборные зонды Длина 300...700 мм Максимальная температура 500/1000° С Вес газозаборный зонд 0600.8520 — 0,9 кг газозаборный зонд 0600.8720 — 0,8 кг газозаборный зонд 0600.9522 — 0,4 кг Для повышения эффективности атмосфероохранных мероприятий постоянно ведутся ргоработки по созданию автоматических или авто- матизированных систем контроля выбросов ТЭС. В качестве примера на рис. 7.1 приведена система контроля выбросов в атмосферу. В ней использовано измерительное оборудование производства фирмы SICK AG, состоящее из пяти оптоэлектронпых газоанализаторов, трех твер- доэлектролитных кислородомеров и одного ультразвукового измери- теля расхода дымовых газов. Техническое обслуживание приборов, установленных на дымовой трубе, заключалось в периодической очистке от пыли (1 раз в три ме- сяца) фильтров со стороны узлов подачи атмосферного воздуха на об- дув. Применялись приборы GM31 -2 (измерение концентрации NO, SO^ и температуры), GM910 (измерение концентрации СО) и VELOS500 (измерение объемного расхода дымовых газов). Информационно-измерительная система контроля выбросов в ат- мосферу функционирует следующим образом. Аналоговые сигналы измерительных приборов преобразуются в цифровую форму и посту- Рис. 7.1. Схема АСКВ ТЭЦ пают в автономную систему сбора и обработки экологической инфор- мации. Туда же подаются все сигналы состояния от измерительного оборудования. В алгоритм обработки данных за отчетные 20-минут- ные интервалы заложен критерий достоверности, равный 60%. Это означает, что массив, накопленной за 20 минут измерительной инфор- мации, должен содержать не менее 60% достоверных данных по каж- дому измеряемому параметру. Сигналы поступают в систему с интер- валом в 10 секунд и сохраняются во временном архиве в течение текущей двадцатиминутки. Затем производится расчет средних значе- ний измеряемых компонентов за текущий растр времени, после чего эти данные сохраняются в основном архиве. С помощью специальной программы измерительная информация из основного архива обраба- тывается математически и логически для получения систематических данных о среднем значении выброса за любой отчетный 20-минутный интервал (г/с), суммарном значении выброса контролируемого загряз- няющего вещества за длительный период времени (тонны) и режиме работы источника загрязнения атмосферы (дымовой трубы). Измерительная информация используется персоналом станции как для оперативного контроля работы котлов по текущим концснтраци- ям N0^ и СО, так и для соблюдения установленных природоохранных нормативов по выбросам оксидов азота, диоксида серы и оксида угле- рода, поступающим в атмосферу через дымовую трубу. Отчетность по измеряемым компонентам можно получать за любой необходимый период времени в виде цветных графиков, таблиц, диаграмм и итого- вых рапортов о валовых выбросах. Результаты эксплуатации системы контроля выбросов подтверди- ли возможность осуществления непрерывного контроля экологичес- ких нормативов на электростанциях и экономическую целесообраз- нось такого контроля с точки зрения платы за выбросы. 7.6. ПОДСИСТЕМА «ЭКОЛОГИЯ» В СОСТАВЕ ЗАДАЧ АСУ ТП ТЭС 7.6.1. Общие сведения Автоматизированная система контроля выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от ТЭС должна создаваться для повышения опе- ративности и достовсрности информаци!! о фактических выбросах, а также возможности регулирования уровней этих выбросов в зависи- мости от загрязненности окружающей местности, заданных нормати- вов выбросов и метеоусловий. Значительные ycncxit в части создания и внедрения АСУ ТП с ре- шением экологических задач достигнуты в ряде развитых зарубежных стран, включая США, Великобританию, ФРГ, Японию и др. Разрабатываются и внедряются АСУ ТП ТЭС, в которых, наряду с задачами расчета технико-экономических показателей и контроля об- щестанционных систем, решаются вопросы контроля за выбросами загрязняющих веществ в окружающую среду. В системах применяет- ся распределенная иерархическая структура с накоплением информа- ции от блочных и общестанционных АСУ и отображением информа- ции на дисплеях, используются графопостроители. Как правило, разрабатываются и осваиваются системы непрерывно- го контроля за выбросами в атмосферу загрязняющих веществ. Контроль за выбросами осуществляется для управления технологическим процес- сом сжигания топлива. Контролируется выброс СО, NHj, SO^, N0^. На- блюдается тенденция расщирения перечня контролируемых параметров. З а д а ч и по контролю экологического воздействия ТЭС входят в с о с т а в ц е л о г о ряда задач по контролю, расчету и анализу ТЭП, обору- ания Х В О , т о п л и в о п о д а ч и . Ш и р о к о е п р и м е н е н и е за р у б е ж о м на- ходят п р о м ы ш л е н н ы е г а з о а н а л и з а т о р ы , н е т р е б у ю щ и е п р е д в а р и т е л ь - ного о т б о р а и п о д г о т о в к и п р о б п р и к о н т р о л е за в ы б р о с а м и . Р а б о т ы по созданию и внедрению задач АСУ «Экология» должны в ы п о л н я т ь с я как для блочного, так и общестанционного уровня. На основании этого нужно установить очередность их решения. К числу загрязняющих веществ, содержащихся в газовых выбро- сах ТЭС, которые подлежат обязательному контролю, отосятся в пер- вую очередь: - при сжигании природного газа — оксиды азота; - при сжигании мазута — оксиды азота, сернистый газ; - при сжигании твердого топлива — оксиды азота, сернистый газ, твердые частицы. Поскольку выброс оксидов азота и пыли во многом определя- ется совершенством технологии сжигания топлива, снижение за- грязнения воздуха этими веществами в первую очередь должно осу- ществляться за счет оптимизации параметров процесса горения топлива, при котором должен уменьшаться валовой выброс загряз- няющих веществ. Для создания технологического алгоритма автоматизированной системы контроля выбросов с продуктами сгорания топлив нужно ус- тановить минимум необходимых исходных параметров. Важнейшим параметром является концентрация примесей в дымовых газах при разных режимах работы котла (последние нужны для организации управляющих воздействий на объект). Как известно, в газовом тракте котлов происходит изменение кон- центраций оксидов (оксида и диоксида) азота. Существуют поля кон- центраций по сечению газоходов, в которых продукты сгорания рас- пределяются неравномерно. Поэтому выбор места отбора проб на анализ имеет решающее значение для представительности результа- тов измерений содержания оксидов азота в дымовых газах. Н е о б х о д и м о у ч и т ы в а т ь , ч т о э к о л о г и ч е с к о е в о з д е й с т в и е н а о к р у - ж а ю щ у ю с р е д у л ю б о й т е п л о в о й э л е к т р о с т а н ц и и о п р е д е л я е т с я н е т о л ь - ко в а л о в ы м в ы б р о с о м з а г р я з н я ю щ и х в е щ е с т в с п р о д у к т а м и с г о р а н и я топлив, а и условиями рассеивания этих выбросов в соответствии с метеорологическими параметрами среды и структурой местности. Paci пространение факела дымовых газов в атмосфере в значительной сте^ пени зависит от температурного градиента в инверсионных слояз^ Инверсия может иметь различную толщину слоя, быть приподнято^ или приземной. Это существенным образом сказывается на подъеме факела над устьем дымовой трубы и на результатах его рассеивания: Поэтому при построении автоматизированной системы экологичес» кого воздействия ТЭС на окружающую среду нужно исходить не толь- ко из необходимости контроля выбосов, а и учитывать необходимость создания системы контроля загазованности атмосферы этими выбро- сами с осуществлением управляющих воздействий на источники выб- росов. Исходными параметрами является концентрация токсичных ком- понентов в дымовых газах. По ним можно оценить валовые выбросы загрязняющих веществ. Подсистема сбора данных должна базировать- ся на автоматической аппаратуре получения значений концентраций основных токсичных компонентов, содержащихся в продуктах сгора- ния топлив, в частности SO^, N0^ и взвешенных частиц. Для определения концентраций токсичных веществ, содержащихся в дымовых газах котельных установок, предпочтительнее устанавли- вать приборы, позволяющие осуществлять многокомпонентный ана- лиз. Комплексные аналитические системы позволяют получить цен- ную информацию для оптимизации параметров процесса сжигания топлива и минимизации выбросов токсичных веществ в атмосферу. Энергетика РБ и стран СНГ пока не располагает в достаточном количестве надежными средствами автоматического сбора информа- ции и концентрации перечисленных выше загрязняющих веществ в продуктах сгорания топлив. Поэтому создание АСУ «Экология» мо- жет быть ориентировано на два направления; первое — получение исходных данных на базе прямых измерений с помощью приборов, второе — на основе косвенных измерений режимных параметров ис- точников выбросов и последующего расчета содержания загрязняю- щих веществ в продуктах сгорания топлив. Оба подхода к определе- нию экологических показателей источников выбросов не равноценны по представительности данных. Особую сложность при создании АСУ «Экология» представляют чи по управлению технологическим процессом сжигания топлив ^ минимальными выбросами загрязняющих веществ. На стадии раз- ботки математического обеспечения задачи нужно решить вопрос выбора оптимального способа подавления оксидов азота применитель- но к конструкции котельной установки. Необходимо отметить, что однозначных решений по этому вопросу нет, и он в каждом конкрет - ном случае требует специальной проработки. Известные способы подавления в ы б р о с о в оксидов азота в паро- вых котлах о с н о в ы в а ю т с я на поддержании соответствующих значе- ний двух определяющих параметров: избытка воздуха в зоне горения и температурного уровня в зоне образования оксидов азота. Необхо- димо отметить, что существующие САР котлов ориентированы на до- стижение максимальной экономичности. В то же время работа котлов с пониженными в ы б р о с а м и оксидов азота преимущественно связана с ухудшением экономических показателей. Поэтому необходимо ре- шать компромиссную комплексную и оптимизационную задачу, обес- печивая максимально возможное сокращение в ы б р о с о в оксидов азота с минимальной потерей экономичности работы котлов. 7.6.2. Функциональная структура Подсистема «Экология» должна разрабатываться с учетом пере- довых достижений мировой науки и техники и рассчитываться на a j j h - тельную перспективу, а также одновременно она должна учитьшать современный уровень эксплуатации отечественных ТЭС с тем, чтобы использоваться на работающих электростанциях. Однако необходимо учесть, что именно в области экологии энергетики наблюдается зна- чительный разрыв между фактическим уровнем эксплуатации тепло- вых электростанций и мировыми достижениями, внедренными в энер- гетике передовых зарубежных стран. По своему назначению подсистема «Экология» должна осуще- ствлять учет и контроль выбросов вредных веществ, а также вести управление технологическими процессами, направленными на сни- жение величины этих выбросов на блочном и общестанционном уров- не. В зависимости от наличия средств прямого контроля и принятых технологических схем очистки структура подсистемы ИАСУ ТЭС «Экология» (рис. 7.2) может быть образована в соответствии с рядоц, перечисленных функций: 1) учет и контроль выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котлоагрегата энергоблока, а также трубами ТЭС; 2) контроль и управление процессом горения топлива с учетом экологических характеристик котла; 3) контроль и управление очисткой дымовых газов от твердых частиц; 4) контроль и управление работой установки азото- и сероочистки; 5) контроль и учет качества сбросных вод и управление их очисткой; 6) контроль концентрации вредных веществ в окружающей среде; 7) управление распределением нагрузок с учетом экологических характеристик энергоблоков; 8) управление топливоиспользованием по экологическим харак- теристикам энергоблоков. В настоящем пособии в рамках подсистемы «Экология» рассмат- риваются вопросы, связанные только с охраной атмосферного воздуха. yiipaujicinix тол.чпвоисполь- 30 на i же м Прслставлсит; огчстпой ин- формации о ныбросах вредных всшсств на блочном уровне Подсисгсма о т и м и з а ц и и режимов ТЭС [1рсдс1авлсчис отчетной ин- формации D качестве сбросных вод Контроль и управление процессом горения И Уиравленис работой сероочисгки Управлскке работой азотоочистки Управление очисткой сточных вод Учет и кон- троль выбро- сов в атмо- сферу (блоч- ный уровень) IL Учет и кон- чроль каче- ства волы (блочный уровень) Контроль р а б о ш сероочистки Экологиче- Контроль ский кон- работы троль азогоочистки окружающей среды О б щ с а а н ц и о н п а я информация Окружающая среда Сбор и обработка информации t -ж Технологическое оборудование, датчики ко1тзопя энергоблока — S Тонливоно- дача Установки очисгки об- шсстанциои- ного уровня Усгановки очистки блочного уровня Рис. 7.2. Функциональная структура подсистемы «Экология» ИЛСУ 5 3 Требования к качеству реализации функций и обеспечению ' П о д с и с т е м а «Экология» должна обеспечить возможность автоном- ного функционирования задач блочного уровня, а также контроля и чета выбросов загрязняющих веществ на общестанционном уровне при отключении одного из звеньев технологической цепочки очистки дымовых газов. Периодичность решения задач — 20 мин. Периодичность опроса датчиков — 2-10 с. функции подсистемы должны быть связаны между собой канала- ми обмена информацией. При отключении одного из звеньев техноло- гической цепи очистки дымовых газов соответствующая входная ин- формация для функционирования задач контроля и учета величины выбросов вредных веществ должна поступать независимо от задачи автоматизированного контроля и управления соответствующего вида очистки дымовых газов. Оперативная информация о недопустимом превышении величи- ны выбросов вредных веществ и управляющие сигналы о необходи- мости проведения мероприятий по профилактическому обслуживанию очистных установок, снижению нагрузки котла из-за неудовлетвори- тельных 3KojrorH46CKHx показателей и другие сообщения должны вы- даваться на дисплей оперативного персонала. Задачи учета величины выбросов вредных веществ должны обес- печивать накопление выходной информации, которая может быть вы- дана на печать по требованию руководящего персонала К ГЦ, ПТО ТЭС и представлена в виде отчетов по форме 2-ТП воздух. Оперативная информация, содержащая экологические показате- ли работы энергоблока и ТЭС в целом за последний оперативный ин- тервал, должна выводиться на дисплей руководящего и оперативного персонала КТЦ, ТЭС. Подсистема «Экология» должна быть обеспечена каналами обме- на информацией с подсистемами «Управление топливоснабжением» и «Оптимизация режимов ТЭС». Качество информационного обеспечения подсистемы АСУ Э оп- ределяет эффективность ее функционирования, а, следовательно, ока- зывает влияние на состояние окружающей среды. Поэтому основное требование к техническим средствам измерения и информационным каналам — это обеспечение точности измерения контролируемых па раметров на уровне, соответствующем наиболее современным разра боткам отечественно!! и мировой науки и техники. Основные требования к организационному обеспечению связаны с возможным несовершенством средств технического контроля и за- ключаются в своевременном обеспечении ручного ввода периодичес^ ки обновляемой информации. К таким данным относятся результаты лабораторных исследований качества топлива и содержания некото- рых токсичных компонентов в уходящих дымовых газах и сбросных водах ТЭС, автоматическое измерение которых не обеспечено сред- ствами технического контроля в принятом к реализации варианте фун- кционирования подсистемы. 7.6.4, Характеристика комплекса задач В зависимости от технической оснащенности объекта управления датчиками прямого контроля содержания вредных компонентов в ды- мовых газах эта функция может быть реализована с использованием различных алгоритмов. Предпочтительным вариантом, характеризующимся высокой точностью и простотой программного обеспечения, является осу- ществление учета величины выбросов по результатам непосред- ственного прямого замера концентрации токсичных компонентов в дымовых газах. При отсутствии необходимых средств технического контроля со- держания всех вредных составляющих в продуктах сгорания функция может быть реализована с использованием косвенных режимных па- раметров, получаемых от штатных средств технического контроля, с учетом экологических характеристик энергоблоков, определенных экспериментальным путем. Кроме того, независимо от наличия средств контроля, в соответ- ствии с требованиями по составлению отчетов по форме 2-ТП воз- дух в подсистеме должна функционировать задача расчета валовых выбросов вредных веществ, основу алгоритма которой составляет «Методика определения валовых выбросов в атмосферу от котлов ТЭС». Эта задача осуществляет обработку информации как на блоч- ном, так и на общестанционном уровне и обеспечивает оперативный сводящий персонал ТЭС оперативной и статистической отчет- ной^информацией. Среди функций управления подсистемы важными и в то же время версальпыми, не зависящими от принятых технических решений по очистке дымовых газов, являются функции контроля и управления процессом горения топлива и распределения нагрузок между энерго- блоками с учетом их экологических характеристик. Функция контро- ля и управления процессом горения реализуется на блочном уровне и предназначена для контроля выбросов вредных веществ и поддержа- ния режимных параметров котла на уровне, обеспечивающем мини- мальные выбросы оксидов азота при данной нагрузке. В качестве ре- гулируемых параметров, на которые оказывается управляющее воздействие, используются коэффициент избытка воздуха в топке, доля рециркуляции дымовых газов, расход воды или водяного пара, впрыс- киваемых в топочную камеру, соотношение «топливо-воздух» для каж- дого горелочного устройства и по отдельным каналам горелки. Функ- ция распределения нагрузок между котлоагрегатами определяет оптимальный вариант нагрузки для каждого энергоблока с учетом его экологических характеристик, определенных предварительно экспе- риментальным путем и обработанных в виде эмпирических зависи- мостей, включенных в базу нормативно-справочной информации. Организационно-техническая сущность функций контроля и управления установками очистки дымовых газов полностью опреде- ляется технологической схемой применяемого способа очистки, одна- ко обязательными элементами этих функций является контроль соста- ва газов на входе и выходе из установки, управление работой регулирующих органов и дозирующих устройств, осуществляющих подачу химического реагента для восстановления N0^ и поглощения окислов серы и соответствующий вывод продуктов химической реак- ции из цикла очистки, а также диагностический контроль техническо- го состояния оборудования установок с выдачей рекомендаций опера- тивному персоналу о необходимости своевременного проведения профилактического обслуживания. Снижение выбросов оксидов азота энергетическими котлами пред- ставляет собой довольно сложную задачу. Возможности относитель- но дешевых первичных методов подавления оксидов азота ограниче- ны. В н е д р е н и е д е н и т р и ф и к а ц и о н н ы х у с т а н о в о к , р е а л и з у ю щ и х хими- ч е с к и е м е т о д ы , с д е р ж и в а е т с я и х дороговизной, а во многом вследствие этого — н е о т р а б о т а н н о с т ь ю т е х н о л о г и й с а м о й очистки. В п о с л е д н и е г о д ы р а з р а б а т ы в а ю т с я и п р о х о д я т о п ы т н о - п р о м ы ш л е н н у ю проверку; у с т а н о в к и по о ч и с т к е д ы м о в ы х газов п а р о в ы х котлов от сернистогй газа и о к с и д о в азота о з о н н ы м м е т о д о м , а по очистке только от оксидов азота — а м м и а ч н о - к а т а л и т и ч е с к и м м е т о д о м п у т е м в о с с т а н о в л е н и й о к и с и азота д о м о л е к у л я р н о г о а з о т а с п р и м е н е н и е м катализаторов из п я т и о к и с и в а н а д и я и о к и с и титана . В к а ч е с т в е в о з м о ж н ы х в а р и а н т о в р а с с м о т р е н ы н а и б о л е е р а с п р о - с т р а н е н н ы е и т е х н и ч е с к и а п р о б и р о в а н н ы е с х е м ы в о с с т а н о в л е н и я ок- с и д о в азота а м м и а ч н о - к а т а л и т и ч е с к и м (рис. 7 . 3 ) и с е р о о ч и с т к а д ы м о - в ы х газов м о к р ы м и з в е с т к о в ы м с п о с о б а м и (рис. 7 .4) . £ (Г -5 Г X Рис. 7.3. Ам.миачно-тталитичестя очистка дымовых газов от NO. 1 — экономайзер: 2 — распределитель аммиака; 3 — катализатор: 4 — воздухоподогреватель: 5 — датчик концентрации N0^; 6 — аммиачное хозяйство: 7 — вторичный прибор Рис. 7.4. Принципиальная технологическая схема очистки дымовых газов от двуокиси серы известняковым способом. 1 - золоуловитель: 2 - дымосос: 3 - скруббер: 4 - брузгоуловитель: 5 - подогреватель; б - емкость: 7 - циркуляционный насос: 8 - установка для приготовления суспензии известняка: 9 - сгуститель: 10 - емкость для имама: 11 - сброс шлама на •зо.чоотвал Каталитическое восстановление азота из оксидов удовлетворитель- но протекает в интервале температур 300-^00° С, поэтому ввод амми- ака осуществляют непосредственно в уходящие дымовые газы в зоне установки водяного экономайзера. После этого дымовые газы прохо- дят через решетку катализатора, где каталитический эффект проявля- ется при диффузии N0^ и NHj, к поверхности катализатора. В резуль- тате реакции оксидов азота с аммиаком образуются молекулярный азот и водяные пары. При правильной организации процесса концентра- ция оксидов азота может быть снижена на 75-90%. Проскок аммиака приводит к забиванию воздухоподогревателя или решетки самого ка- тализатора. Для поддержания оптимального режима каталитического восста- новления азота функция управления азотоочисткой должна обеспечить точную дозировку аммиака с таким расчетом, чтобы мольное отноше- ние NH^/NO^ поддерживалось в диапазоне 0,75...0,95 в зависимости от отношения расхода газов и объема катализатора. Эта дозировка оп- ределяется по определенному ранее количеству оксидов азота в про- дуктах сгорания с учетом остаточной концентрации аммиака, котора»^ измеряется на выходе из котла и не должна превышать допустимого^ значения == 5 cmVmI Кроме того, для качественной работы уста-3 новки и всего котла необходимо обеспечить своевременное профилакч! тическое обслуживание, в частности своевременную очистку повер}^- ности катализатора и воздухоподогревателя от отложений. В этой часта назначение функции управления азотоочисткой тесно смыкается с за- дачами автоматизированной системы технической диагностики обо- рудования. Функция управления формирует сигнал на включение очистки при достижении сопротивления контролируемой поверхнос- ти (катализатора или воздухоподогревателя) предельного значения,: которое определяется возможностями тягодутьевых устройств. Существует много вариантов известнякового метода очистки га- зов от окислов серы. Они отличаются применением для нейтрализа- ции серы известняка, доломита или извести. Двуокись серы может поглощаться совместно с золой или отдельно, для чего перед скруббе- ром устанавливается золоуловитель, схемы установок могут отличать- ся местом расположения дымососов, способом подогрева очищенных газов, аппаратным оформлением, фильтрацией отходов или направле- нием их в виде пульпы в золоотвал. Принципиальная техническая схема одного из вариантов очистки дымовых газов от двуокиси серы известняковым способом представ- лена на рис. 7.4. Дымовые газы после воздухоподогревателя поступают в золоуло- витель, который, предохраняя дымосос от износа, очищает газы от золы (при сжигании твердого топлива). Затем газы направляются в скруббер для очистки от двуокиси серы, который орошается водой, содержащей мелко размолотый известняк и продукты нейтрализации. Очищенные газы освобождаются от брызг раствора в брызгоуловителе, подогрева- ются и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу. К вытекаю- щей из скруббера закисленной жидкости добавляется свежая известня- ковая суспензия для нейтрализации кислоты. Жидкость, пересыщенная сульфитом кальция, выдерживается в течение предельного времени в емкости для завершения процесса кристаллизации сульфита кальция. Когда концентрация твердых частиц достигает 10.. .15% массы жидко- часть суспензии выводится из цикла с т а к и м расчетом, чтобы кон- центрация твердых частиц в ц и р к у л и р у ю щ е м растворе б ы л а постоян- j^ Qji Удаляемая из цикла о р о ш е н и я суспензия с о в м е с т н о или раздельно с з о л о в о й пульпой из бункера золоуловителя направляется на золоот- вал С у л ь ф и т C a S O j , о б р а з у ю щ и й с я в результате нейтрализации д в у - окиси с е р ы известняком, имеет очень низкое значение предела раство- римости и выпадает в виде кристаллов . Э т и к р и с т а л л ы о б р а з у ю т с я как в объеме жидкости, так и на п о в е р х н о с т и аппаратуры и коммуникаций, уменьшая и х проходное сечение. Управление работой сероочистки о с у щ е с т в л я е т с я для поддержания оптимального режима работы установки, обеспечивая дозировку извест- няка в соответствии с количеством окислов с е р ы на входе и в ы х о д е из установки, своевременный в ы в о д суспензии из цикла при д о с т и ж е н и и концентрации т в е р д ы х частиц предельного значения, а т а к ж е определе- ние оптимальных сроков профилактического о б с л у ж и в а н и я установки, в частности очистку ее п о в е р х н о с т е й при д о с т и ж е н и и предельного зна- чения аэродинамического сопротивления о т д е л ь н ы х ее участков. В х о д н а я и н ф о р м а ц и я д о л ж н а п о с т у п а т ь а в т о м а т и ч е с к и , ц и к л опроса датчиков — 2 - 1 0 с, о п е р а т и в н ы й и н т е р в а л ф у н к ц и о н и р о в а н и я задач — 2 0 мин. Контроль д о с т о в е р н о с т и и з м е р я е м ы х п а р а м е т р о в о с у - ществляется п у т е м с р а в н е н и я и з м е р е н н ы х в е л и ч и н с з а д а н н ы м и до- п у с т и м ы м и пределами. П р и в ы я в л е н и и н е д о с т о в е р н о с т и измерений выдается с о о б щ е н и е о н е и с п р а в н о с т и в с и с т е м е с б о р а и н ф о р м а ц и и , а о шибочное значение з а м е н я е т с я с о о т в е т с т в у ю щ е й в е л и ч и н о й п р е д ы - д у щ е г о оперативного и н т е р в а л а или с р е д н и м значением и з м е р я е м о г о параметра. П р и о б н а р у ж е н и и н е д о с т о в е р н ы х значений концентрации в р е д н ы х в е щ е с т в расчет и х в а л о в ы х в ы б р о с о в п р о и з в о д и т с я по кос- венным п а р а м е т р а м , х а р а к т е р и з у ю щ и м р е ж и м горения, р а с х о д и ка- чество с ж и г а е м о г о топлива . В ы х о д н а я информация ф у н к ц и й п о д с и с т е м ы «Экология» (табл. 7 . 3 ) Используется р у к о в о д я щ и м персоналом станции и П Т О для представ- ления отчетов о в а л о в ы х в ы б р о с а х в р е д н ы х в е щ е с т в к о н т р о л и р у ю щ и м органам, оперативным персоналом Т Э С для п о л у ч е н и я с в о е в р е м е н н о й информации об о п т и м а л ь н ы х сроках проведения профилактического обслуживания оборудования и п о д д е р ж а н и я п а р а м е т р о в р а б о т ы котла уровне, о б е с п е ч и в а ю щ е м м и н и м а л ь н ы е в ы б р о с ы в р е д н ы х веществ . Таблица 7.3 № п/п Наименование показателя П е р и о д 20 мин Час Сутки Месяц 1 2 3 4 5 6 Блочный уровень 1. Выбросы газообразных и жидких веществ, от энергоблока № , т 2. Выбросы окислов серы, от энерго- блока, т 3. Выбросы оксидов азота, от энерго- блока, т 4. Выбросы диоксида азота, от энерго- блока, т 5. Выбросы оксида углерода, от энф- гоблока, т 6. Выбросы твердых веществ от э н ф - гоблока, т 7. Выбросы пятиокнси ванадия, т 8. Выбросы золы, т 9. Выбросы бенз(а)пирена, т 10. Суммарные выбросы твердых ве- ществ от энергоблока, т Общестапциопный уровень П . Выбросы газообразных и жидких веществ от ТЭС, т 12 . Выбросы окислов серы от ТЭС, т 13 . Выбросы оксидов углерода от ТЭС, т 14. Выбросы оксидов азота от ТЭС, т 15. Выбросы диоксидов азота от ТЭС, т 16. Выбросы твердых Beuj,ecTB трубами Т Э С , т 17. Выбросы золы, т 18. Выбросы иятиокиси ванадия, т 19. Выбросы бе1гз(а)пирена, т 20. Суммарные выбросы вредных ве- ществ трубами ТЭС, т Р е ш е н и е комплекса задач блочного уровня автоматизированным с п о с о б о м п р е к р а щ а е т с я при остановке энергоблока. Комплекс задач подсистемы «Экология» связан с задачами сбора проверки достоверности информации, задачей управления топли- воснабжения и оптимизацией режимов ТЭС, задачей расчета ТЭП. Она использует данные о структуре топливного баланса ТЭС и качестве топлива, а также учитывает экономические характеристики знергобпо- ков при распределении нагрузок. Время получения оперативной (за последний оперативный интер- вал) и отчетной выходной информации определяется сотрудниками ПТО и КТЦ ТЭС. Входная информация, используемая подсистемой, включает в себя аналоговую информацию (табл. 7.4), дискретные сигналы, фиксирую- щие положение запорной арматуры и включение насосов, тягодутьевых и дозирующих устройств. Кроме того, подсистема использует норма- тивно-справочную информацию, в которую включены коэффициенты, характеризующие степень улавливания вредных компонентов в очист- ных установках, и коэффициенты аппроксимации зависимостей, харак- теризующих влияние различных режимных параметров на образование вредных веществ, а также показатели качества топлива. Таблица 7.4 Аналоговая информация № п/п Наименование параметра Раз М- 1 2 3 Показатели режима работы котла 1. Нагрузка котлоагрегата т/ч 2. Содержание 0 , на выходе из топки % т Содержание От на выходе из котла % 4. Расход топлива на котел т/ч 5. Расход топлива на горелку т/ч 6. Расход воздуха на котел 7. Расход воздуха на горелку м'/ч J . Температура уходящих газов 9. Температура рециркулирующих газов °С i i L Расход рециркулирующих газов м'7ч Перечень параметров задачи контроля работы установки сероочистки k i - 12. Расход дымовых газов на входе в установку сероочистки м^ 7ч Разрежение дымовых газов на входе в установку кге/м" продолжение таблицы 7.4 1 2 3 ~ 13. Температура дымовых газов на входе в установку °С 14. Содержание оксидов азота на входе в установку сероочи- стки мг/м' 15. Содержание двуокиси серы в уходящих дымовых газах на входе в установку сероочистки мг/м^ 16. Содержание О2 в уходящих дымовых газах на входе в установку % 17. Содержание твердых частиц на входе в золоуловитель мг/м'^ 18. Разрежение дымовых газов на выходе из золоуловителя кгс/м^ 19. Температура дымовых газов на выходе из золоуловителя °С 20. Концентрация твердых частиц в дымовых газах на выхо- де из золоуловителя мг/м^ * 21. Температура уходящих дымовых газов на выходе из по- догревателя °С 22. Содержание окислов серы на выходе из подогревателя мг/м^ 23. Содержание оксидов азота на выходе из подогревателя мг/м^ 24. Давление среды в тракте подачи известкового молока кгс/м' 25. Температура известковой суспензии на входе в скруббер 26. Расход известкового молока, подаваемого в установку сероочистки т/ч 27. Концентрация бенз(а)пирена на выходе из котла мг/м^ 28. Концентрация известняка в суспензии, подаваемой на сероочистку % 29. Температура воды на выходе из абсорбера град 30. Показатель рН воды на выходе из абсорбера — - 31. Концентрация известняка в растворе после абсорбера 32. Давление отработанного раствора на входе в сгуститель кгс/м'^ 33. Температура отработанного раствора на входе в сгуститель град 34. Расход известняка, подаваемого в установку (на один блок при сжигании высокосернистого мазута с S' = 3%) т/ч 35. Мощность циркуляционного насоса для подачи известко- вой суспензии кВт 36. Мощность насоса для перекачки шлама кВт 37. Уровень известковой суспензии в емкости м Показатели качества топлива 38. Теплота сгорания топлива ккал/кг (кДж/кг) 39. Влажность твердого топлива % Окончание таблицы 7.4 гТ 2 3 Содержание серы в топливе % "ТГ Содержание азота в топливе % ^ Зольность топлива % Аналоговая информация для задачи контроля азотоочистки 43. Температура дымовых газов на входе в водяной эконо- майзер град 44. Температура дымовых газов на выходе из воздухоподо- гревателя град 45. Температура в тракте подачи реагента град 46. Расход дымовых газов на выходе из котла м'/ч 47. Расход аммиака т/ч 48, Разрежение дымовых газов на входе в водяной экономайзер кгс/м" 49. Разрежение дымовых газов на выходе из воздухоподогре- вателя кгс/м" 50. Давление в тракте подачи аммиака кгс/см" 51 . Содержание О2 в дымовых газах на входе в водяной эко- номайзер % 52. Содержание О2 в дымовых газах на выходе из воздухопо- догревателя % 53. Концентрация оксидов азота в дымовых газах котла на входе в водяной экономайзер мг/м" 54. Концентрация оксидов азота на выходе из котла % 55. Концентрация аммиака в дымовых газах котла на входе в водяной экономайзер (азотоочистку) мг/м 56. Концентрация аммиака в тракте подачи реагента мг/м^ 57. Концентрация аммиака в дымовых газах на выходе из котла мг/м^ Таблица 7 Соотношения между единицами измерений концентраций газообразных загрязняющих веществ в продуктах сгорания топлив ррт % мг/м кг ту.т. р р т 10^ к. кВтхч МДж Гкал 0,143 К К 1.163 К К 4,186 К, К 10- мг/м л-1 Л-,10' К 0,143-10^ 1,163-10 ' К К, 4,186 1 0 ' 0,143 К 1,163 Л-, К Л 10" 4,186 К, мг/т у.т. 7-10%Кг 1Кг 8,14 J _ К, 29,Ш кВтхч ОЛб-К^Кг 0,Ш0%К2 0,86i^ 2 0,123 3,6 0,86 МВт олзткг 0,239 10%К2 0,2Ш2 0,034 0,278 0,239 Гкал К^Кг 1 0 ^ г_ Кг 0,143 1,163 4,186 Прьшечшше. К - - - • - о п";- усо _ 28 нм кг 8. ОЧИСТКА УХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ТВЕРДЫХ ВЫБРОСОВ 8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Показателем эффективности работы золоулавливающсго обору- дования является степень очистки уходящих газов. Он зависит от типа газоочистных устройств, а также физико-химических свойств золы (уноса) и отводимых газов. На ТЭС, сжигающих твердые топлива, применяются следующие типы золоуловителей: механические (инерционные), мокрые, элек- трофильтры и рукавные фильтры. Классификация способов очистки газов от твердых частиц приведена в табл. 8.1. Степень очистки (степень улавливания или эффективность золо- улавливания) определяется по одной из формул: Ч'л' ^вх' ^вых— соответственно количество золы, уловленной в ап- парате, входящей или выходящей (неуловленной) из него, кг/с; 2вх' боых — объем газов соответственно на входе и выходе из аппа- рата, MVC; в^х' в^ых — концентрация золы в газах соответственно на входе и выходе из аппарата, кг/м\ Концентрация золы (запыленность газа) показывает массу или число твердых частиц в единице объема газа. Степень очистки Г| выражается в долях единицы. Улавливающую способность очистных аппаратов удобнее харак- теризовать коэффициентом или степенью уноса (проскока ) е, учиты- вающим величину выноса золы из аппарата: 8ZZ Я t3 S3 п п S •в- S sa В S » о а о о о а\ 0 68 S S п н S 1 6S w о Я Ч CS л 13 sa г j: § S я с « а е = — ^ = или е = 1 0 0 - г | , % • Д л я в с е х т и п о в г а з о о ч и с т н ы х у с т р о й с т в при п о с т о я н н о й скорости ейфа частиц а , м/с в канале п о д д е й с т в и е м сил о с а ж д е н и я к его по- верхности А, м^ п о б ъ е м а п о т о к а газов а , MVC о п р е д е л я е т с я п а р а м е т р золоулавливания п о в ы р а ж е н и ю : V Для турбулентного движения частиц пыли в потоке е = е х р ( - Я ) . Для ламинарного потока е = 1 - Я или Г) = Я. Степень очистки любого газоочистного устройства можно рассчи- тать, если известны его фракционные степени очистки и дисперсный (фракционный, гранулометрический) состав золы на входе в аппарат, показывающий, какую долю по массе (объему или числу) составляют частицы в любом диапазоне их размеров. В этом случае с достаточной для практических целей точностью можно воспользоваться следую- щей формулой: ^ Л^фрФфр ^ Ло-5 Фо-5 , ^5-10^3-10 , , Ц,Ф, 100 100 100 100 ' ^да Ло-5' Лз-ю' — фракционные степени очистки соответственно для частиц 0-5, 5-10 мкм, i мкм, определенные опытным путем, %; Фд ^, Ф.— содержание массы фракций золы с размерами 0-5, 5-10 мкм, i мкм на входе в аппарат, %. В отличие от Г]^ ^^ ц назы- вают общей степенью очистки газов. Степень очистки для каждой фракции золы можно определить, если известны общая степень очистки газов аппаратом, дисперсный состав золы перед аппаратом, а также уловленной или вынесенной из аппарата: ф. ф^ CPl Г) + Ф" , ' фр фр фр ' фр' гдеФф^ ,^ Ффр, Ффр—содержание массы данной фракции золы соответ- ственно перед аппаратом, в улове и уносе, %. Дисперсный состав золы наиболее удобно изображать графичес- ки на логарифмически вероятностной координатной сетке, отобра- жающей логарифмически нормальный закон распределения частиц по их размерам. В этой сетке достигается наибольшее приближение то- чек, характеризующих фракционный состав золы, к прямым линиям. В логарифмически вероятностной координатной сетке по оси абсцисс откладываются логарифмы диаметров частиц (проставляются значе- ния диаметров), а ось ординат размечается на основе нормированной функции нормального распределения, показывающей содержание ча- стиц, %, определенного диаметра (больших или меньших). При ис- пользовании логарифмически вероятностной сетки дисперсный состав золы характеризуется двумя величинами: медианным размером (ме- дианой распределения) б^ ^ и показателем полидисперсности 5, опреде- ляемым по формуле S,5,9 Sjo где 5, J,, , — диаметры частиц, при которых масса всех частиц, мень- ших и составляет соответственно 15,9 и 84,1% от об- щей массы частиц золы; — медианный размер, характеризующий размер частиц, коли- чество которых, большее или меньшее б^ ц , составляет 50%. При помощи весьма удобно характеризовать средний раз- мер частиц анализируемой золы. На логарифмически вероятностной координатной сетке б ,^, равен диаметру частиц в точке пересечения прямой распределения с абсцис- сой, соответствующей 50-процентному содержанию частиц. Показатель полидисперсности 5 характеризует диапазон размеров содержащихся в золе частиц: чем меньше 5, тем более однородна (ме- нее полидисперсна) зола по фракционному составу. в зависимости от размеров содержащихся частиц золу разделяют на' крупно- (до 100 мкм), средне- (от 10 до 100 мкм) и тонкодисперс- ную (до 10 мкм). Для эффективной работы электрофильтров определяющим фак- тором является увеличение электрического сопротивления р золы. По этому признаку золу уноса углей можно разделить па три группы. I группа характеризуется 8 < 10- Ом-м. Отличаясь высокой электро- проводностью, при касании осадительного электрода зола этой группы быстро теряет отрицательный заряд и, получая положи гельный заряд осадительного электрода, может от него отталкиваться и снова попа- дать в газовый поток. Такими свойствами обладает зола, имеющая боль- шое количество недогоревшего углерода, например, зола донецкого АШ. II группа золы имеет электрическое сопротивление в пределах 10-< р < 10^ Ом-м и наиболее полно улавливается в электрофильтрах. К этой группе относится зола ряда каменных углей — донецкий Т, ГСШ и некоторые другие. III группа золы характеризуется р > Ю'* Ом'м и является электри- ческим изолятором, уменьшает напряженность поля в электрическом пространстве. При золе с высоким электрическим сопротивлением могут возникнуть явление обратной короны и вторичный унос осев- шей золы. К золе третьей группы относятся некоторые сорта камен- ных углей, в частности экибастузские, кузнецкие и др. Для инерционных золоуловителей существенное значение име- ет свойство слипаемости золы уноса. По слипаемости зола делится на четыре группы: не- (I), слабо- (II), средне- (Ш) и сильнослипаю- Щаяся (IV). Зола с высокой слипаемостью забивает циклоны и мокрые золо- уловители и плохо удаляется из бункеров. Это относится к золе АШ и в меньщей степени к золе бурых углей с малым количество недожога. Для мокрых золоуловителей большое значение имеет содержание в золе свободной СаО. При большом содержании СаО их работа ста- новится невозможной из-за цементации золы. Использование золы тепловых электростанций представляет слож- ную народнохозяйственную проблему. Под золоотвалы мощной ТЭС Отводится площадь от 300 до 800 га, а для некоторых до 1500 га. В "бреднем объем используемой золы в РФ не превышает 10%. в РФ постоянно проводятся работы по расширению областей при, менения золы ТЭС. Перспективным направлением в использовании золы ТЭС является производство на ее основе пористых заполнителе}}, (зольного гравия и аглопорита) при производстве легких бетонов. Одно из важных направлений — использование в дорожном строительстве золы-уноса и шлака в качестве наполнителя асфальтобетона. Зола не^ которых каменных углей может применяться как сырье при производи стве концентратов железа; в сельском хозяйстве — в качестве добавк^ к минеральным удобрениям. 8.2. ЦИКЛОНЫ И БАТАРЕЙНЫЕ ЦИКЛОНЫ В ряду золоуловителей циклоны и батарейные циклоны относят- ся к группе сухих инерционных аппаратов центробежного типа, в ко- торых для отделения пыли от газа используется центробежная сила, возникающая вследствие вращательного движения газа в корпусе ци- линдрической, цилиндро-конической и конической формы. По схеме движения газа (потока) циклонные аппараты можно разделить на про- тивоточные, в которых газ изменяет направление движения на 180°, и прямоточные, сохраняющие направление движения. В свою очередь оба типа этих циклонных аппаратов в зависимос- ти от способа подвода газа и конструктивного оформления устрой- ства, закручивающего поток, можно разбить на циклоны с боковыми патрубками ввода газа и аксиальные циклоны, в которые газ вводится вдоль оси, а для закрутки потока используются лопаточные завихри- тели (обычно в виде винта или розетки). На рис. 8.1 показаны противоточные циклоны с различными спо- собами закрутки потока. Важной характеристикой боковых патрубков является угол их наклона к поперечному сечению циклона, [3. Для цик- лонов СДК-ЦН-33 и СК-ЦН-34 (3 = 0°. Параметр золоулавливания в циклоне определяется из выражения R 1-D, где Тр — время релаксации (разгона частицы от нулевого значения ско- рости до скорости дрейфа), с; 232 LlJ <РШ>(4 Рис. S. I. Циклоны с рстичными кинструкциями завихрений нотпш: а - iuik^idii пиши иИ-И с тангенциильньш зивихршпела» ( (3 угол пак^чона патрубка к поперечному сечению и^псюна); б — циклоп пита СДК-ЦН-33 со спиральным з(Н-;ихрите.1ем (s — ширина входного патрубка. D — диаметр корпуса циклона): в - ~ цикпон типа СДК-ЦН-34 с нолуспиральны.м завихрителсм ("ф —- угол охвата корпуса ишаона входной спиралью): г — аксиальный элемент батарейного циклона шипа БЦ-254Р: 1 — корпус, 2 — зави.хритель розеточиого типа. 3 — выхлопная труба и — скорость потока газов, м/с; R, D — р а д и у с и д и а м е т р циклона , м; п — число оборотов потока д о в ы х о д а из циклона ; — с о о т в е т с т в е н н о д и а м е т р в н у т р е н н е г о цилиндра циклона, м. С у м е н ь ш е н и е м д и а м е т р а э ф ф е к т и в н о с т ь ц и к л о н о в возрастает, причем наиболее з а м е т н о это проявляется при улавливании относи- тельно м е л к и х частиц. П о п ы т к а использовать циклонные аппараты для улавливания т о н к о д и с п е р с н ы х пылей п р и в е л а к с о з д а н и ю групповых Цчк.юпов, которые состоят из н е с к о л ь к и х ц и к л о н о в , с о е д г п ю н н ы х об- щим п ы л е с б о р н ы м б у н к е р о м и камерой для в ы х о д а очиш.с}ПНз1х газов. но имеют индивидуальный подвод пылегазовой смеси к каждому ид циклонов группы. Эффективность золоулавливания групповых циклонов, особенна для мелких частиц, существенно меньше эффективности улавливанщ одиночного циклона. Это явление объясняется неравномерной загруз, кой группы циклонов пылегазовой смесью. Через золовыводные от- верстия циклонов аэродинамическая неравномерность (аэродинами- ческая разверка) распространяется и на общий бункер, вследствие чего возникают перетоки газов по бункеру от золовыводных отверстий цик. лонов, имеющих большее давление или меньшее разрежение, к золо- выводным отверстиям с меньшим давлением или большим разреже- нием. Перетоки воздействуют в основном на мелкие частицы, способствуя их выносу через выхлопные трубы менее нагруженных циклонов группы. Несмотря на недостаточно высокую эффективность, групповые циклоны нашли широкое применение во всех отраслях промышлен- ности, в том числе и в промышленной теплоэнергетике, где они уста- навливаются для улавливания твердых частиц уноса (золы и продук-' тов механического недожога) из дымовых газов котельных установок малой мощности — как правило, со слоевыми топками. Типовая компоновка блока из шести гщклонов приведена на рис. 8.2, а в табл. 8.2 приведены данные блок-циклонов для улавлива- ния сухой золы. Сведения о блочных батарейных циклонах приведе- ны в табл. 8.3. На ТЭС, которые в отличие от котельных установок малой мощнос- ти характеризуются более мелкими (тонкодисперсными) фракциями уно- са в дь!мовых газах, групповые циклоны используются крайне редко. Установка группы циклонов, соединенных общим бункером и ка- мерой очищенных газов, но имеющих индивидуальный подвод пыле- газовой смеси к каждому циклону, не позволила реализовать возмож- ность повышения эффективности очистки газов за счет применения циклонных элементов малого диаметра. В дальнейшем метод парал- лельной работы циклонов малого диаметра был осуществлен в конст- рукции батарейных циклонов, имеющих общие для всех циклонных элементов бункер, камеру запыленных газов (входную) и камеру очи- щенных газов (выходную). Таким образом, батарейный циклон — это А-А Рис. 8.2. Типовая ко.мпоновка блока из шести циклонов Сухие золоуловители типа ЦН (НИИОгаз) Таблица 8.2 Типоразмер ииклона Диа- метр цик- ло- на, мм Количество ци- клонов в блоке, шт. Услов-ное сече- ние в блоке, м^ Расход газа при темпера- туре 150 °С, тыс. м'/ч и сопротив- лении кПа (кгс/м^) Габаритные размеры, мм Масса блока, т* По глу- би- не По ши- ри- не Всего Дли- на Ши- рина Вы- сота* 0,35 (35) 0,50 (50) ЦН-2х2х400 400 2 2 4 0,5 5,80 6,76 1248 1380 3995 4235 а л " 1,07 ЦН-2х2х450 450 2 2 4 0,63 7,34 8,56 1340 1528 4275 4490 1,14 1,23 ЦН-2х2х500 500 2 2 4 0.79 9,08 10,58 1486 1676 4480 5070 L 2 1,47 ЦН-Зх2х500 500 3 2 6 1,18 13,62 15,87 2068 1922 5060 5445 2J . 2,23 ЦН-Зх2х550 550 3 2 6 1,42 16,44 19,2 2265 2115 5741 6005 ш 2,71 ЦН-Зх2х600 600 3 2 6 1,69 19,57 22,86 2424 2276 6028 6280 2,91 3,09 ЦН-Зх2х650 650 3 2 6 1,98 22,95 26,76 2594 2436 6314 6575 ЗЛ8 3,75 ЦН-Зх2х700 700 3 2 6 2,3 26,4 31,08 2787 2635 7100 7320 м 4,2 ЦН-4х2х750 750 4 2 8 3,51 40,8 47,6 3787 3722 8225 8770 4,29 4,44 ЦН-4х2х800 800 4 2 8 4,02 46,4 54,1 4002 3990 8587 9175 4,96 5,61 Примечание. Ц и к л о н ы п р и м е н я ю т с я при р а з р е ж е н и и д о 2 , 5 к П а ( 2 5 0 кгс/м^) правого и левого исполнения для входного патрубка. Допускае- мая запыленность газа при с л а б о с л и п а ю щ е й с я золе для циклонов с Z) = 400 мм — 200 г 1 м \ с Z) = 600 м м — 3 0 0 г / м \ с D = 800 мм — 4 0 0 г/м^ Для среднеслипаюшейся золы запыленность газов снижается в 2 раза, для силь- н о с л и п а ю щ е й с я — в 4 раза. О ч и щ е н н ы е газы имеют запыленность при сло- евом сжигании 0,2 — 0,6 г/м^ Коэффициент гидравлического сопротивле- ния циклона Ц Н - 1 5 t ~ 1 0 5 . С т е п е н ь очистки газов при слоевом с ж и г а н и и 8 0 - 9 0 % , при пылевидном 7 0 - 8 0 % . ' ' В числителе указаны высота и масса при боковом отводе газов, в зна- менателе — высота и масса при верхнем отводе газов. Таблица 8.3 Блочные батарейные циклоны для улавливания сухой золы Расход газа Марка циклопа Ко- лн- че- ство сек- ций, шт. Количество циклонов в батарее, шт. при темпера- туре 150 "С, тыс. м' /ч, при сопро- тивлении, кПа (К1 с/м") Размер патрубка, подводя- щего газы, мм Габаритные размеры, мм Мас- са, т По По Все- 0,45 0,6 Дли- Ши- Вы- глу- бине ши- рине го (45) (60) на рина сота БЦ2-4Х(3+2) 4 3 + 2 2 0 15 ,05 17,42 8 0 0 x 4 5 0 2 0 2 0 1500 4 1 7 0 3,51 БЦ2-5Х(3+2) 2 5 3 + 2 2 5 18,9 2 1 , 8 5 8 0 0 x 7 0 0 2 3 0 0 1500 4 6 7 0 4 ,12 BU2-5x (4+2) 5 4 + 2 30 22 ,61 26 ,1 1 0 0 0 x 5 5 0 2 6 0 0 1 7 8 0 4 3 7 0 4 , 8 3 БЦ2-6х{4+2) 6 4 + 2 3 6 2 7 , 2 31 ,4 1 0 0 0 x 7 0 0 2 8 8 0 1780 4 6 7 0 5 .60 Б Ц 2 - 6 х ( 4 + 3 ) 2 6 4 + 3 4 2 3 1 , 5 7 3 6 , 5 4 1 1 0 0 x 7 5 0 2 8 8 0 2 0 6 0 4 7 7 0 6 ,36 Б1Д2-7х(5+3) 7 5+3 56 4 2 , 1 9 48 ,8 1 3 0 0 x 9 0 0 3 4 1 0 2 3 4 0 5 0 7 0 7,95 Примечание. Размеры циклона, отлитого из чугуна: внутренний диа- метр — 2 5 4 мм, высота — 1 0 2 0 мм, диаметр опорного фланца — 2 3 0 мм, диаметр выхлопной т р у б ы — 1 3 3 x 4 мм. Направляющий аппарат типа «Ро- зетка» имеет восемь лопаток, наклоненных к горизонту иод углом 2 5 ° с ко- эффициентом перекрытия 1 5 , что дает коэффициент гидравлнческо1 ' о со- противления ^ = 90. При слоевом сжигании топлива степень очистки 8 5 - 9 5 , при камерном 8 0 - 9 0 % в зависимости от фракционного состава золы. Раз- мер выпускных отверстий из каждого бункера 2 0 0 x 2 0 0 мм. Имеются моди- фикации циклонов, кроме розетки: « В и н т » и с безударны.м направляющим инструментом. Первый («Винт») дает м е н ь ш у ю степень очистки д ы м о в ы х газов по сравнению с типом «Розетка» с в о с е м ь ю лопатками и безударным входом. Аппараты применяются для улавливания слабо- и неслипающейся золы. Максимально допускаемая запыленность д ы м о в ы х газов при д и а м е ! - ре элемента составляет: d - 1 0 0 мм — у элемента « В и н т » — 25 г /м\ у эле- iweHTa «Розетка» — 1 5 г/м'; при d = 1 5 0 мм — соответственно 50 и 53 и при d = 2 5 0 м м — 1 0 0 и 75 г/м'. При неслипающейся золе содержание в газах последней может быть увеличено вдвое. Батарейные циклоны могут рабо- тать под разрежением или давлением до 2 ,5 кПа (250 кгс/м"). На крышке выходной части батареи имеется лаз и ставят взрывной клапан; на входном коробе языковый шибер. Поставляют батарейный циклон собранньгм в кор- пусе с входным коробом, бункером для золы и шибером. аппарат для улавливания твердых частиц из газа, состоящий из цикло- нов небольшого диаметра (обычно до 250 мм), сообщающихся между собой общими бункером, камерами запыленного и очищенного газа Примеры конструктивного выполнения батарейных циклонов при- ведены на рис. 8.3, 8.4. Сведения о некоторых типах батарейных цик- лонов приведены в табл. 8.4, 8.5, 8.6. Рис. 8.3. Примеры конструктивного выполнения батарейных циклонов: а — вертикальная установка циклонных элементов в батарее (у —угол установки тоскости входного патрубка по отношению к общему направлению движения газов); б —установка циклонов под углом 45° к вертикали (1 — вход запыленных газов, 2 — выход очищенных газов, 3 — циклонные элементы, 4 — опорный пояс, 5 — корпус батарейного циклона, 6 — бункер для удаления золы) Рис. 8.4. Батарейный циклон д.пя парогенераторов производительностью 25-320 т/ч Таблица S.4 Tiinopai.Mcp бигарсГикич! циклопа а ^ 1 1 Количество iipoiivcKai;- Mi.i\ га JOB тыслГ/ч. прп t - 1.^ 0 "С и сопротивле- нии. кПа (ктсЧг) Основные размеры, мм Мас- са,! Наибольшие По.г1иол,я- тего narjnoKa Отводяще- го патруб- ка Вы- сота [Пи- р?1Н!а Дли- на 0,45 (45) 0,6 (60) { БЦ-2-4х(3+2) 1 БЦ-2-5х{3-2) 6,5 15,2 IS.9 П,4 21.9 4020 4120 1330 1610 2120 2400 800x450 800x600 1990x450 1990x600 5.8 4,7 ЬЦ-2-5х(4+2) БЦ-2-6х(4+2) 1 0,0 22,6 27.2 26,1 31.4 4120 4220 1610 1890 2600 28S0 1000x550 1000x700 1990x550 1990x700 5,1 6,1 БЦ-2-6х(4+.3) БЦ-2-Г1Х(.Я + 3) 15 15, 16 31,6 36,2 36.5 42.0 4220 4420 1890 1 890 2880 3180 1100x700 1300x700 1990x700 1990x700 7.0 7.9 БЦ-2-6х(3+3) БЦ-2^ 7х( 5+3) 20 16,20 36,2 42,2 42,0 48,9 4420 4520 1890 2170 31 80 34(i0 1300x700 1300x800 1990x700 1990x800 7,9 9.0 Примечание. В обозначении типоразмера первая цифра — количество секц»й, В1 орая — члсло рядов циклонов по ходу газов; в скобках первая циф- ра — число циклонов поперек хода газов в большей секции, вторая — то же в меньшей. Перок.тючеиие секций осуществляется с помощью шибера, уста- новленного во входном патрубке. Уловленная зола удаляется из каждой сек- ции бункера через отверстие 200x200 мм. Батарейньп"! циклон используют для yлaвjпшaнIlя золы углей, не содержащих СаО, с КПД до 82-90%. Таблица S.J Батарейные циклоны ЦБ-254Р Марка oarapcii- Pacxo.i .чымовых газов, Масса циклона, г иою имклоиа при скорости газон 4.5 м/с. м /^ч ЦБ-254Р-25 20580 3,63 ЦБ-254Р-30 24630 4 , 17 ЦБ-254Р-40 32900 5,21 ЦБ-254Р-50 4 1 1 0 0 6,58 ЦБ-254Р-60 49350 7,7 ЦБ-254Р-<Ч0 65750 10,0 1'1зГ010ВИТСЛЬ Се.мибратовский экспериментальный завод газоочис- Tiirejnjiion аппаратуры (Ярославская обл.) Примечание. Багарейпые циклоны одиосекционные, с внутренним диа.мет- ром щиищдрической ч а с т циклонов 254 .мм, направляющим аппаратом типа <(Розегка» и числом элементов от 25 до 80 (указано после буквы Р). Багарейпые циклоны пспользукугся тля котлов иропзво;иг1е.'1Ы10С1"ью от 6.6 до 25 г'ч n|"iii .g^iiiepaiype газов до 400° С и запыленности для неслипающейся и слабослипа- ^дщенся пыли — до 400 г/м\ среднеслипающейся — 100 г/м1 Степень очистки 1^ 3308 —около 85%. Таблица 8.6 Батарейные циклоны ЦБР-15ц с рециркуляцией, улиточным подводом газов г - Марка циклона Наименование о (N Я О о Г-) П-) h о ш о о TI- 3 о о оо т я О о ^ чО О 1Г1 о о ОС я о •y-J о ОС-tN Я о U-1 о о чО 3 О ol. w Л" а, 1-0 ГГ о1 L0 о. ts DI. ua cl w zr CL tQ о. LD Производительность (при t= 135 °С), тыс м ^ ч 70 95 120 140 190 240 385 480 Количество циклонных элементов, шт. 240 320 400 480 640 800 1280 1600 Количество секций, шт. 6 8 10 12 16 20 32 40 Количество циклонов ЦН-15 в системе рециркуляции, шт. 4 4 4 6 8 2 4 4 Диаметр циклона рециркуляции, мм 400 500 500 500 500 1000 1000 1000 Марка дымососа рециркуляции ДН-9 ДН-9 ДН- 12,5 дн- 12 ,5 ДН- 12,5 дн- 12,5 ДН- 19 ДН- 19 Масса (включая корпус) ориентировочная, т 28 33 38 45 63 75 126 140 Предельная температу- р а применения, °С 240 320 400 480 640 800 1280 1600 Примечание. Циклоны батарейные предназначены для улавливания не сильно слипающейся золы из дымовых газов при сжигании угля и торфа. Дымовые газы с запыленностью до 100 г/м^ поступают в раздающий короб, Расположенный над секциями циклонов, и, пройдя последний, выходят в короб очищенного газа, находящийся внизу. Уловленная зола ссыпается вниз бункеры, число которых равно количеству секций, деленному на три. В каждой секции 4 циклонных элемента с внутренним диаметром 1 5 0 мм, рас- положенных наклонно. Габариты каждой унифицированной секции: высота 2425 мм, ширина 600 мм, глубина 750 мм. Из верхней секции около 8% ''азов отсасывается на рециркуляцию в газоход подвода газов с помощью дымососа , перед которым установлен одиночный или групповой цикл^ Ц Н - 1 5 . В комплект поставки входят секции и люки, которые изготавлива Семибратовский экспериментальный завод газоочистительной аппаратур Корпус аппарата, циклоны, газоходы, системы рециркуляции, дымосос комплект поставки не входят. Циклонные элементы завод изготавливает из серого чугуна, их каркал и листы жесткости — из углеродистой стали. Разрежение в корпусе допуск ется от 2,5 до 5 кПа (250-500 кг/см^). Очистка газов от золы может достига 93 . . .96%, так как она зависит от фракционного состава. Батарейные циютоны применяются для улавливания золы за ко лами умеренной наропроизводительности — от 2,5 до 500 т/ч, степи улавливания находится на уровне 0,88-0,92 при гидравлическом сопр тивлении 500-700 Па. Для энергетических установок рекомендуете применение элемента с тангенциальным подводом газа типа «Энерх^ уголь» с внутренним диаметром 231 мм. Нормальный ряд таких ци лонов для котлов паропроизводительностью от 20 до 500 т/ч предста лен в табл. 8.7. В маркировке циклонов содержатся основные данн! по типоразмерам; например, 4х14хт означает четырехсекционный а парат с 14 элементами в глубину и с т элементами по ширине. Таблица 8. Типоразмеры батарейных циклонов БЦУ-М Типоразмер Число элементов по ширине т Предельные числа элементов т Предельные площади сечения, м^ 1 x 1 0 X т 7 - 1 5 7 0 - 1 5 0 2 ,93-6,28 2 X 10 X от 7 - 1 5 1 4 0 - 3 0 0 5 , 8 7 - 1 2 , 5 7 4 X 10 X m 7 - 1 5 280-600 1 1 , 7 3 - 2 5 , 1 4 2 X 1 2 X m 7 - 1 5 1 6 8 - 3 6 0 7 ,04- 15 ,08 4 X 1 2 X ш 7 - 1 5 3 3 6 - 7 2 0 1 4 , 0 8 - 3 0 , 1 7 2 X 14 X m 7 - 2 4 1 9 6 - ^ 7 2 8 , 2 1 - 2 8 , 1 5 , Л х\А хт 7 - 2 4 3 9 2 - 1 3 4 4 16 ,42-56 ,3 1 Примечание. Расчетное сечение элемента СО^ = 0,042 м^. Используемые в батарейных пьшеуловителях маленькие циклоВД принято называть циклонными элементами, отдельные схемы коте рых приведены на рис. 8.5. Батарейные циклоны с элементами диа метром меньше 100 мм иногда называют мультициклонами. Рис. 8.5. Циклонные элементы батарейных циклонов с направляющими аппаратами типа: а — «Винт», б «Розетка», в — «Розетка» с безударным входом Примером перехода от групповых циклонов к батарейным явля- ется изображенный на рис. 8.6 «Мультиаэродин». В аппарате на двух разных по вертикали уровнях установлено 80 циклонных элементов, сообщающихся между собой по общему бункеру и отводящему газо- ''^ оду. В отличие от батарейных циклонов к «Мультиаэродину» газы подводятся не одним общим, а четырьмя раздельными газоходами, каждый из которых подает газы к группе из 10 элементов верхнего и Ю элементов нижнего рядов. Зола, уловленная в элементах верхнего ряда, ссыпается по расположенным под углом 45° металлическим ли- '^там, которые отделяют пространство над выхлопными трубами эле- ментов нижнего ряда от верхней части аппарата. Очищенный газ Запыленный газ Рис. 8.6. Пылеуловитель «Мультиаэродин» Важным параметром циклонных аппаратов является гидравличес кое сопротивление, определяемое по формуле 2g 2 P, где Yr— удельный вес газов, Н/м^; р^ — плотность газов, кг/м^; ^ — условный коэффициент гидравлического сопротивления цик- лонного аппарата; g — ускорение свободного падения; ^усп — условная скорость газов. Условная скорость газов определяется как отношение секундно- го объемного расхода газов к поперечному сечению корпуса циклона или циклонного элемента. Для батарейного циклона W = ппО" где Q — расход газов через батарейный циклон, MVC, Q - п — количество элементов в батарейном циклоне; D — внутренний диаметр корпуса циклонного элемента, м. Обычно ^ определяется опытным путем при продувке циклонов или циклонных элементов на чистом воздухе. При работе на запыленном газе ^ уменьшается. В расчетах ^ принимают постоянным, тогда как в дей- ствительности он несколько повышается с увеличением расхода газов. Пример расчета батарейного циклона Для расчета батарейных циклонов должны быть заданы: количе- ство очищаемого газа при номинальной нагрузке котла V, MVC, диспер- сный состав пыли, требуемая эффективность очистки газов. 1. Необходимое сечение всех элементов батарейного циклона оп- ределяется по выражению со = Vlu, где и — скорость газа, отнесенная к поперечному сечению циклона, м/с. Рекомендуемое значение и = 4,5 м/с. 2. Число элементов батарейных циклонов на один котел Z = ю/(0^, где (0^ подбирается по табл. 8.7 с учетом типоразмера батарейных цик- лонов и их количества на котел. 3. Определяется параметр улавливания для каждой фракции по вьфажению T S - ^ ' где d. — средний диаметр частиц данной фракции, мкм; к — коэфф циент, учитывающий тип циклона: для батарейных циклонов с цикл нами типа розетки БЦ к = 0,3, для циклонов с улиточным подводй типаБЦУ к = 0,5. 4. По параметру П. с помощью формулы р = ехр(-/7) определяв ся степень «проскока» для каждой фракции р., а затем общая степе] проскока для золоуловителя по формуле V где р. — степень проскока для г-й фракции, которой соответствует скс рость осаждения v. и параметр золоулавливания Я , Ф.—доля г-й фра1 ции при входе в золоуловитель, %. 5. Аэродинамическое сопротивление циклонов определяется п^ выражению где ^ = 90 для циклонов БЦ; 4 = И5 для циклонов БЦУ. 8.3. ЖАЛЮЗИЙНЫЕ ЗОЛОУЛОВИТЕЛИ Жалюзийные золоуловители из-за низкой степени очистки при- меняются в основном как встроенные в котлах, сжигающих топлива с высокоабразивной золой (например, экибастузские), и предназна- чены для защиты последующих поверхностей нагрева от истираний и повышения надежности их работы. Схема жалюзийного золоуло- вителя (ЖЗУ) приведена на рис. 8.7. Принцип улавливания золы ос- нован на разности сил инерции твердых частиц и газов. Газы прохо- дят между лопастями решеток, увлекая с собой лишь небольшое количество мелких фракций золы, а более крупные частицы улавли- ваются в циклоне. Достоинствами ЖЗУ являются малые габариты, небольшое гидравлическое сопротивление, возможность установки Рис. 8.7. Схема жалюзийного золоуловителя: I — вход загрязненных газов, 2 — корпус золоуловителя, 3 — жалюзи, 4 — выход очищенных газов, 5 — циклон, 6 — затвор-мигалка В вертикальных и горизонтальных газоходах. Недостатки — частая замена решеток по причине их сти- рания (через 6-10 месяцев) и не- достаточная степень очистки (70- 80%). Сведения о ЖЗУ ВТИ приведены в табл. 8.8. Таблица 8.8 Жалюзийные золоуловители ВТИ Наименование Количество Элементы жалюзийного золоуловителя Жалюзийная решет- ка, отсосная шель, циклон с мигалкой, входная и выходная камеры Элементы жалюзийной решетки Лопасти из углового железа 40x40 мм, собранные в виде жалюзи Количество жалюзийных решеток в прямоугольном газоходе*, шт. 2 Количество сборок жалюзийных решеток, шт. 6 Количество сборок, отсасывающих газы в циклоны, шт. 2 Диаметр мигалок, мм 33 ,76 , 159 Доля газа, отсасываемого через циклоны, % обшего количества дымовых газов 10, 20 Наибольшее значение КПД, %, для топки: с ручными колосниковыми и цепными решетками 80-90 с молотковыми мельницами для бурых углей 70-75 с молотковыми мельницами для фрезерного торфа 75-80 Наименование Количество с шаровыми барабанными мельницами 60-65 Концентрация золы в дымовых газах после золоуло- вителя при слоевом сжигании, г/м': подмосковного угля Больше 1 донецкого угля АРШ 0,26 То же при пылевидном сжигании 5-7 Наивысш. допустимая температура дымовых газов, °С 450-500 Область применения Защита дымососов и хвостовых поверхно- стей от износа при слоевом сжигании угля, фрезерного и кускового торфа Масса золоуловителя на 1000 м^ дымовых газов, кг 40-50 Примечание. Оптимальное гидравлическое сопротивление жалюзийного золоуловителя при слоевом сжигании всех видов твердого топлива и располо- жении решеток в горизонтальных газоходах — 200-250 Па (20-25 кгс/м )^, при расположении решеток в вертикальных газоходах — 100-500 Па (10-50 кгс/м )^, при камерном сжигании: каменных и бурых углей 200 Па (20 кгс/м )^, фрезерно- го торфа — 250 ПА (25 кгс/м^), сланцев — 100 Па (10 кгс/м^). Улавливание частиц меньше 20 мкм не обеспечивается. Решетки устанавливаются под углом 9° к оси газохода с центральной от- сосной щелью и боковыми щелями. 8.4. М О К Р Ы Е ЗОЛОУЛОВИТЕЛИ В мокрых золоуловителях улавливание золы и других твердых частиц, находящихся в газах, производится путем осаждения этих ком- понентов на пленку жидкости, создаваемую на внутренней поверхно- сти аппарата. При этом объем золоуловителя заполнен капельками воды в виде тумана. При толщине пленки, большей поперечного размера частицы, работа отрыва частицы значительно превосходит работу, не- обходимую для ее погружения в слой жидкости. Для котлоагрегатов малой и средней производительности (до 100 т/ч) в настоящее время применяются центробежные скрубберы (рис. 8.8). Рис. 8.8. Мокрые золоуловители: а — центробежный скруббер (1 — входной патрубок; 2 — корпус скруббера; 3 — подвод орошающей воды; 4 — бункер: 5 — гидрозатвор: 6 — выход очищенного газа); 6 — скоростной зо.чоулоеите.пь с трубой Вентури (1 — вход запыленного газа; 2 — выход очищенного газа; 3 — подача распыленной воды через форсунки; 4, 5, 6 — конфузор, горловина, диффузор трубы Вентури; 7 — корпус каплеуловителя (мокрого скруббера); 8 — сопла, орошающие стенки скруббера; 9 — золовой бункер: 10 — гидрозатвор; 11 — удаление пульпы в канал гидрозолоуловителя) Скруббер МС-ВТИ (рис. 8,8) состоит из сварного вертикального^ линдра с толщиной стенок 5-6 мм с коническим днищем, входного щ рубка, оросительной системы и гидравлического затвора для удале^ уловленной золы. Входной патрубок приваривается тангенциально к ъЩ ренней поверхности корпуса и имеет уклон в его сторону 10°. Внутри ние поверхности корпуса и конического днища футеруются кислотоупо ной и износоустойчивой плиткой из керамического материала. Внутренняя поверхность корпуса аппарата непрерывно орошаетг из сопел, установленных по окружности на расстоянии 500 мм друг® друга, при этом струи воды направлены в сторону вращения газов тй генциально к внутренней футерованной поверхности корпуса. Диаме аппарата определяют, принимая скорость дымовых газов в свобода сечении скруббера 4—5 м/с. Высота орошаемой части от сопел до о входного патрубка должна составлять три-четыре диаметра скрубб^ Расход воды на орошение G^, кг/с, находится из соотношения G =0,14яД ж ' ' где D — внутренний диаметр аппарата, м. При этом обеспечивается толщина пленки на стенках скруббера не менее 0,3 мм. Степень улавливания в простейших скрубберах 0,82- 0,90 при гидравлическом сопротивлении 300-400 Па для диаметров циклонов 0,6-1,7 м. Максимальная скорость газов во избежание срыва водяной пленки и образования брызг не должна превышать 6 м/с, а скорость газов во входном патрубке — 23 м/с. Давление воды, подаваемой на орошение, — 0,2 МПа, а на смыв — 2,5 МПа. Температура газов после очистки сни- жается на 40-60 градусов. Увеличение высоты смоченной части повы- шает степень улавливания до определенного предела, а при высоте скруб- бера свыше 3D степень улавливания остается постоянной. Основное отличие мокропрутковых золоуловителей (МП) от цен- тробежных скрубберов (ЦС) — наличие во входном патрубке прутко- вой решетки, орошаемой водой, где и улавливается основная часть золы. На долю скруббера приходится 20-30% уловленных частиц. Прутковая решетка типовой конструкции состоит из трех двухрядных пучков, расположенных в шахматном порядке. Расстояние между пуч- ками по ходу газов составляет 120 мм. Прутки изготавливаются из стальных труб с деревянными заглуш- к а м и . Для защиты от коррозии на трубы одеваются резиновые трубки = 12 мм). Поперечный шаг прутков — 31 мм. Расстояние по осям т р у б между рядами в двухрядных пучках — 18 мм. Прутки расположены горизонтально (с уклоном 0,5% к наружной стене подводящего патрубка). Прутковая решетка непрерывно ороша- ется водой из форсунок. Отложения золы во входном патрубке удаля- ются с помощью смывных сопел периодической промывки, установ- ленных на четырех горизонтальных и двух вертикальных вращаемых коллекторах. В среднем промывку проводят один раз в смену в тече- ние пяти минут. Струи воды в верхней части корпуса вытекают из со- пел касательно поверхности в сторону вращения газов. Расход воды на орошение решетки и стенок золоуловителя опре- деляется как G = 0,5F + 0,14nD, к г / с , где F — площадь поперечного сечения входного патрубка, Степень улавливания золы в МП-ВТИ составляет 91-95%, гид- равлическое сопротивление — 650-800 Па. Основные данные о золоуловителях типа МП-ВТИ приведены в табл. 8.9. Таблица 8.9 Мокрые золоуловителя МП-ВТИ Марка золоуловителя Произво- дитель- ность, тыс. MVH Расход во- ды на оро- шение, т/ч Размеры корпуса каплеуловителя, мм Масса, т Внутренний диаметр Полная высота МП-ВТИ-2300 65 1,02 2300 7960 — МП-ВТИ-2600 80 1,12 2600 8600 — МП-ВТИ-2700 82 1,21 2700 9 2 4 0 — МП-ВТИ-3100 120 1,40 3100 10530 — МП-ВТИ-3300 130 1,50 3300 11160 — Примечание. Золоуловители МП-ВТИ состоят из входного патрубка, в котором перед входом в сварной стальной цилиндр установлена многоряд- ная из прутков решетка, орошаемая водой. Число рядов шахматно располо- женных песочно-бакелитовых прутков 019 мм обычно четыре. Газы из ре- шетки поступают в нижнюю часть вертикально стоящего цилиндра — кор- пуса золоуловителя. Внутренние поверхности корпуса и его конического днища футеруются кислотоупорной керамической плиткой на диабазовой замазке и окрашиваются кислотоупорным лаком. Внутренняя поверхность корпуса непрерывно орощается водой из специальных форсунок, размещен- ных в верхней части корпуса с расстоянием 500 мм друг от друга. Количе- ство форсунок меняется от 18 до 24. Уловленная зола с водой стекает в ко- ническое днище и через гидрозатвор удаляется в золошлаковые каналы. Количество уловленной золы составляет 89-93% поступивщей. Температу- ра газов в золоуловителях этого типа снижается до 94-96° С. Для повыше- ния степени улавливания золы вместо решетки в газоход встраивают коагу- лятор капель с трубкой Вентури, что повышает степень улавливания до 95-97%. Аппарат с такой вставкой называют мокрым скоростным золоуло- вителем МС-ВТИ. Одним из недостатков золоуловителей МП-ВТИ является сильное заби- вание прутковых решеток, особенно при улавливании золы, содержащей сво- бодную СаО. Жесткость применяемой воды не должна быть выше 15 мг-экв кг Для котлоагрегатов производительностью 120-640 т/ч в основном применяется золоуловитель с турбулентными коагуляторами Вентури (рис. 8.86) и типа МС-ВТИ (табл. 8.10). Таблица 8.10 Золоуловители МС-ВТИ Марка золоуловителя Произво- дитель- ность, тыс. м'/ч Расход воды на ороше- ние, т/ч Размеры корпуса каплеуловителя, мм Сечение каплеуло- вителя, м^ Сечение горловины трубы Вентури, Ют, м^ Мас- са, т Внут-ренний диаметр Полная высота М С - В Т И - 2 8 0 0 90 4 ,4 2800 9660 5,72 0,455 15,3 М С - В Т И - 3 0 0 0 108 4,7 3000 10320 6,60 0,530 17,2 М С - В Т И - 3 2 0 0 125 5,0 3200 10980 7,54 0,644 20,1 М С - В Т И - 3 8 0 0 180 5,7 3800 12200 9,62 0 ,810 24,6 М С - В Т И - 4 0 0 0 200 6,3 4 0 0 0 13610 11,93 1,000 29,9 М С - В Т И - 4 5 0 0 250 7,0 4 5 0 0 15250 15,20 1,300 37,8 Труба Вентури состоит из короткого диффузора с углом раскры- тия 60°, горловины и длинного диффузора с углом раскрытия 12°. В конфузоре трубы Вентури происходит увеличение скорости газов с 20 до 50-70 м/с. За счет большой разницы скоростей газов и капелек воды остйгается интенсивное смачивание частиц уноса (коагуляция). Бо- дее крупные капли воды поглощают мелкие частицы золы, что обес- j^ gtjuBaeT их лучшее улавливание в центробежном скруббере, который вь!ПОЛНяет роль каплеуловителя. Гидравлическое сопротивление зо- лоуловителя — 700-1150 Па, в том числе трубы Вентури 350-550 Па. Степень улавливания золы составляет 92-98%. Расход воды, подавае- мой в горловину трубы, принимается 0,15-0,20 кг/м^ газов. Золоуло- вители МС-ВТИ в отличие от МП-ВТИ не забиваются золой. Основным недостатком мокрых золоуловителей всех типов явля- ется их негативное влияние на работу дымососа из-за отложений мок- рой золы на рабочих лопатках. Значительные золовые отложения на- блюдаются во внешних газоходах нижней части дымовой трубы за счет брызгоуноса. В обоих случаях это сказывается на надежности работы указанных устройств (разбаланс ротора дымососа и коррозия газоот- водящих стволов дымовых труб). Кроме того, в мокрых золоуловителях температура уходящих га- зов снижается и приближается к температуре точки росы, что спо- собствует, как отмечалось, интенсификации коррозии оборудования и уменьшению эффективной высоты дымовой трубы. Поэтому на мощных блоках мокрые золоуловители не устанавливаются. При дви- жении дымовых газов через золоуловитель в воде растворяется зна- чительная часть SOj, SO3, N0^, СО,, образуя соответствующие кис- лоты. Это требует защиты металла золоуловителя от коррозии и принятия мер, предотвращающих загрязнение природных водоемов, куда сбрасывается отфильтрованная на золоотвалах вода. По суще- ствующим нормам мокрые золоуловители разрешается применять для очистки газов при содержании серы в сжигаемом топливе не более 1 % на 4,2 МДж/кг теплоты сгорания и температуре уходящих газов не выше 200° С. Пример расчета золоуловителя с трубой Вентури 1. Необходимое сечение всех каплеуловителей определяется по выражению 2 (О = — , м ^ и где и — скорость газов, отнесенная к поперечному сечению кац уловителя. Рекомендуется принимать и = 5 м/с. V— количество очищаемых газов при номинальной нагрузке к ла, MVC. 2. По табл. 8.10 определяют типоразмер золоуловителя и их ко| честно на котел где сОц^ — сечение центробежного скруббера (каплеуловителя), M^va 3. По формуле р = ехр(-/7) в зависимости от требуемой степй «проскока» находят параметр золоуловителя П. 4. Затем подбирают значения Q^ и и^ таким образом, чтобы naj метр П численно соответствовал величине, полученной по эмпир ческой формуле без учета получаемой размерности где Q^ ~ удельный расход воды на 1 м' очищаемых газов. Рекомендл емый диапазон значений Q^ равен 0,12-0,20 кг/м^; и^ — скорость газов в горловине трубы Вентури, м/с. Рекоменд^ емые пределы м^ составляют 50-70 м/с. 5. Сечение горловины трубы Вентури определяют по формуле со Б. "г Здесь - расход газов на один золоуловитель, MVC. 6. Общее гидравлическое сопротивление золоуловителя рассчи- тывают по выражению А/? = (0,25 + 0 , 0 1 2 ^ ) ^ + 2 , П а , где р — плотность газов перед золоуловителем, кг/м^; и — скорость газов на входе в каплеуловитель, и =20 м/с. 8.5. ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ Процесс обеспыливания газов в электрофильтре протекает следу- jomiiM образом: газы, содержащие взвешенные частицы, равномерным потоком проходят через неоднородное электрическое поле постоянно- го направления и высокой напряженности, которое создается между о с а д и т е л ь н ы м и и коронирующими электродами. Осадительные электроды присоединяются к положительному полюсу выпрямителя и заземляются, а коронирующие—изолируются от земли и к ним присоединяется провод от отрицательного полюса вьшрямителя. При подаче на электроды тока высокого напряжения в простран- стве электрофильтра между электродами возникает электрическое поле, напряженность которого можно изменять путем регулирования напря- жения. При увеличении напряжения до определенной величины в про- странстве между электродами образуется коронный разряд. В зоне короны происходит ударная ионизация газа с образованием большого количества ионов. Положительные ионы быстро достигают корони- рующего электрода, а отрицательные ионы и электроны, двигаясь под действием электрического поля, а также участвуя в беспорядочном тепловом движении газовых молекул, сталкиваются со взвешенными в газах частицами золы, адсорбируются ими, в результате чего части- цы приобретают электрический заряд. Заряженные частицы под действием электрического поля движутся к электродам и оседают на них, выделяясь таким образом из газового потока. Наибольшая часть золы двигается к осадительным электродам и осаж- дается на их поверхности, меньшая же часть оседает на коронирующих электродах. Последнее происходит потому, что только небольшая часть золы вблизи коронирующих электродов заряжается положительно. Электроды периодически встряхиваются, слой осажденной золы разрушается и она осыпается в бункера, откуда ее периодически или непрерывно удаляют. Эффективность улавливания золы в электрофильтре определяет- ся двумя основными факторами — скоростью дрейфа частиц золы а и удельной поверхностью осаждения. Скорость дрейфа частиц золы зависит от электрических характе| стик электрофильтра (напряженность электрического поля зарядкц осаждения), а также от электрического сопротивления пылегазовй потока (диэлектрической проницаемости вещества частицы и вакуу1|| Процесс электрогазоочистки можно разделить на следзтощие стд|| - зарядка взвешенных частиц в газе; - движение заряженных частиц к электродам под действием « поля; - осаждение частиц на электродах; - удаление осажденных частиц из электрофильтра. В энергетике используются электрофильтры различных кон;(| рукций. Большинство энергоблоков тепловых электростанций, pa6jj таюш;их на твердом топливе, снабжаются электрофильтрами тиц| УГ и ЭГ. Эти аппараты относятся к однозонным сухим низкотемперат>д| ным горизонтальным пластинчатым электрофильтрам, выпускаемы! в односекционном исполнении. Однозонными называются такие электрофильтры, в которых з^ рядка частиц и их осаждение происходит в одной конструктивной зон<^ Этим однозонные электрофильтры отличаются от двухзонных, в кот^ рых процессы зарядки и осаждения протекают в двух зонах — иони- заторе и осадителе. В сухих электрофильтрах удаление осевших на электродах час^ тиц производится сухим способом, например отряхиванием. Этим су- хие фильтры отличаются от мокрых, в которых уловленная зола или пыль смывается с электродов водой или другой жидкостью. Низкотемпературными считаются электрофильтры, предназначен- ные для очистки газов с температурой до 250° С. Горизонтальные и вертикальные электрофильтры различаются соотвстствуюш;им направлением потока газов в активной зоне ап- парата. В пластинчатых электрофильтрах осадительные электроды вы- полнены в виде параллельных поверхностей, набранных из пластин того или иного сечения или из отдельных прутков. Этим пластинча- тые электрофильтры отличаются от трубчатых, в которых осадитель- ные электроды выполнены в виде труб круглого, шестигранного или овального сечения. Трубчатые электрофильтры всегда являются вер- .J.цкaльными, а пластинчатые могут быть либо вертикальными, либо горизонтальными. Односекционные электрофильтры не разделены внутренними пе- регородками на самостоятельные, параллельно работающие секции в отличие от двух- и трехсекционных. Электрофильтры, применяемые для очистки различных объемов газа за единицу времени, отличаются друг от друга активной высотой электродов, активной длиной электрических полей по ходу газа, раз- мерами площадей активных сечений. Эти параметры тесно связаны с такими характеристиками, как площадь осаждения и длина корониру- ющих элементов в электрофильтре. Активной высотой электродов называется высота электрического поля, в котором происходит ионизация газа и зарядка улавливаемых частиц. Активная высота электродов или поля равна высоте корони- рующего электрода. Площадью активного сечения электрофильтра называется площадь его поперечного сечения, в которой происходит ионизация газа и за- рядка частиц. По высоте эта площадь ограничивается активной высо- той электродов, а ее ширина представляет собой сумму расстояний в свету между осадительными электродами. Исходя из особенностей электрической очистки газов и конструк- тивных возможностей, горизонтальные электрофильтры выпускают- ся с различным количеством самостоятельных электрических полей, которые располагаются последовательно одно за другим по ходу газа. При наличии нескольких самостоятельных полей электрофильтры называются многопольными. Наиболее распространенные электрофильтры типа УГ и ЭГ. По конструктивному решению электрофильтры типа УГ име- ют два габарита, которые отличаются активной высотой коропиру- ющих электродов: УГ1 — электрофильтры первого габарита с ак- тивной высотой коронирующих электродов 4200 мм; УГ2 — электрофильтры второго габарита с активной высотой коронирую- щих электродов 7460 мм. Длина электрических полей (иногда ее называют шириной поля) в аппаратах УГ1 и УГ2 унифицирована и составляет 2510 мм. Электрофильтры ЭГЗ выпускаются третьего габарита с актщ высотой коронирующих электродов 11900 мм. Длина электричек полей в аппаратах ЭГЗ составляет 4000 мм. Электрофильтры типа УГ1 выполнены в двух- и трехпольно» полнении с площадью активного сечения 10 и 15 м ,^ УГ2 — в тре четырехпольном исполнении с площадью активного сечения 26, 53 и 74 м ;^ ЭГЗ выполнены в трех- и четырехпольном исполнен^ площадью активного сечения 177 и 265 м .^ На рис. 8.9 показана схематически конструкция электрофиШ типа ЭГА. Электрофильтры УГ и ЭГ применяются для очистки газов S температурах не ниже температуры точки росы (кислотной или Рис. 8.9. Электрофильтр типа ЭГА: I — вход запыленного газа; 2 — подъемная шахта: 3 — встряхивающий механизм осадительных электродов: 4 — газораспределительные объемные элементы МЭИ; 5 - газораспределительная решетка; 6 - подвод тока высокого напряжения; 7 — осадительный электрод; 8 — встряхивающий механизм коронирующих электродов; 9 — коронирующий электрод; 10 — корпус; 11 — выход очищенного газа; 12 — выходной конфузор; 13 — смотровые люки в бункерах; 14 — бункер; 15 — наклонные перегородки МЭИ для уменьшения перетоков газа через бункер ой), но и не выше 250° С при давлении внутри корпусов не более 0 5 кПа или разрежении не более 3,5 кПа. В зависимости от типораз- мера эти электрофильтры способны обеспечивать необходимую сте- jjgHb очистки газов при их расходе от 25000 до 1000000 мУч и более. В табл. 8.11-8.16 приведены сведения о конструкциях и техничес- ких характеристиках некоторых типоразмеров электрофильтров. Таблица 8.11 Техническая характеристика электрофильтров ЭГ Показатели ЭГЗ-3-177 1 ЭГЗ-4-177 ЭГЗ-3-265 ( ЭГЗ-4-265 Площадь активного сечения, м^ 177 265 Производительность, мЧч при скорости 1 м/сек 647000 954000 Площадь осаждения, м^ 18000 23964 27354 36472 Общая длина коронирующих элементов, м 48960 65280 73440 97920 Максимальная температура газов, °С 250 Допустимое разрежение, мм вод. ст. 350 Допустимое давление, мм вод. ст. 50 Шаг установки электродов, мм 275 Масса внутреннего оборудования, кг 356300 1 490700 556650 737300 Габариты электро- фильтра, мм Ширина 20250 29870 Длина (без форкамеры) 18800 24800 18800 24800 Длина (с форкамерой) 21800 27800 21700 27800 Высота 21600 Таблица 8.12 Электрофильтры типов УГМ и УГ1М Марка электро- фильтра Площадь, м"' Габаритные размеры, мм Масса, т Активного Осаж- Длина Шири- Высота Общая Оборудо- сечения дения на вания УГМ-2-3,5 3,5 190 7200 3650 8305 15,9 6,9 УГМ-2-7 7 320 7200 4500 9430 29 11,2 УГМ1-2х2,5-10 10 462 7200 4500 10350 31,2 12,2 УГМ 1-2x2,5-15 15 672 7200 6000 11352 40,5 16,4 УГМ1-2х4-10 10 726 10100 4500 10350 45,2 17,6 УГМ1-2х4-15 15 1056 10100 6000 11352 55,5 24 Изготовитель Семибратовский экспериментальный завод газоочистительной аппаратуры (Ярославская обл.) Примечание. Электрофильтры унифицированные малогабаритные одно- секционные прямоугольной формы из двух электрических полей, установлен- ных последовательно, с горизонтальным ходом газов при температуре до t4) o\ О Таблица 8.13 Техническая характеристика электрофильтров УГ Показатели Тип элект] рофильтра УГ1-2-10|УГ1-3-10 УГ1-2-15 |УП-3-!5 УГ2-3-26 1 УГ2-4-26 УГ2-3-37 1 УГ2-4-37 УГ2-3-53 1 УГ2-4-53 УГ2-3-74 1 УГ2-4-74 Площадь активного сечг- ния, м^ 10 15 26 37 53 74 Производительность, м/ч i при скорости I м/сек 3600 54000 93500 133000 196000 266000 Площадь осаждения, лг 420 633 633 949 1685 2247 2359 3146 3370 4494 4719 6291 Общая длина коронир>К1- ших элементов, м то 1680 1680 2520 4536 6048 6350 8467 9072 12096 12701 16934 Максимальная температу- ра газов, °С 250 250 Допустимое разрежение, мм вод.ст. 350 350 Допустимое давление, мм вод.ст. 50 50 Шаг установки электродов, мм 275 275 Масса внутреннего обору- дования, кг 19500 28700 26000 38750 50300 66800 65550 88800 96550 128350 126650 172400 Габариты электро- фильтра, мм Ширина 5180 6540 6540 8190 10680 13980 Длина (без форкамеры) 9600 14100 9600 14100 14100 18600 14100 18600 14100 18600 14100 18100 Длина (с форкамерой) 10620 15120 10620 15120 15120 19620 15120 19620 15120 19620 15120 19620 Высота 11965 15345 250° С и их запыленности (концентрации) 60 г/м' при разрежении до 4 кПа яли давлении до 0,05 кПа. Расстояние между осадительиыми электродами — 275 мм; исполнение 1 — с пирамидальными бункерами, исполнение II — со щ е л е в ы м и . Корпуса стальные. Рассчитаны на сейсмичность до 6 баллов, сна- ружи покрыты тепловой изоляцией. Таблица 8.14 Электрофильтры вертикальные типов УВ и УВВ Площадь, м'^ Количе- Габаритные размеры, Масса, т Марка элек- трофильтра ство сек- мм активного сечения осажде- ния ций, шт. Дли- на Шири- на Высота об- щая в т. ч. обо- рудования Электрофильтры УВ унифицированные УВ2х10 21,6 1200 2 5600 6690 20150 66,4 35,4 УВЗхЮ 32,4 1800 3 5600 9690 20150 103,1 52.1 УВ!х16 16 900 1 5600 5190 20150 45,1 25,1 УВ2х16 32 1800 2 5600 9690 20150 86,3 48,3 УВ2Х24 48 2640 2 8000 9690 21700 129,8 76,8 УВЗХ24 72 3960 3 8000 14190 21700 190,1 114,1 Электрофильтры типа УВВ уни( )ицированные УВВ-8-1 8 285 — 5095 4975 20000 23,99 10,9 УВВ-8-11 8 285 — 5095 4975 18600 23,49 10,9 УВВ42-1 12 432 — 5095 6025 20000 32,9 15 УВВ-12-11 12 432 — 5095 6025 1930 32,63 15 УВВ-16 16 575 — 5095 7125 20000 42,18 19,05 УВВ-24-1 24 864 — 5095 11205 20000 59,58 28,5 УВВ-24-11 24 864 — 5095 11205 19300 59,68 28,5 Изготови- Семибратовский экспериментальный завод газоочистительной тель аппаратуры (Ярославская обл.) Примечание. Электрофильтры унифицированные вертикальные приме- няются при низких скоростях газов в активном сечении (0,8-1,0 м/с) и разре- жении в фильтре до 3,5 кПа (350 кгс/м )^, концентрации пыли в газах до 30 г/м\ температуре газов до 250° С, направлении потока газов снизу вверх. Расстоя- ние между осадительными электродами — 275 мм, удаление пыли механи- ческое — встряхивание ударами молотков. Фильтры предназначены для улавливания угольной пыли из газов и газо- воздушных смесей в процессах сушки твердого топлива и воздуха после цик- лонов пылесистем с шаровыми барабанными мельницами при температуре до 130°С, разрежении в электрофильтре до 0,1 кПа (10 кгс/м') и концентра- ции пыли до 60 г/м^ Направление потока снизу вверх; расстояние между оса- дительными электродами — 350 мм; удаление пыли механическое — встря- хивание ударами молотков. Для снижения давления при взрывах часть корпуса аппарата выполнена в виде открытых в атмосферу шахт с дополнительными откидными клапанами. Корпуса рассчитаны на сейсмичность 6 баллов и по- крыты тепловой изоляцией. Таблица 8.15 Электрофильтры типа ЭГА Количество шт. Габаритные размеры, мм Масса, т Типоразмер электрофильтра S о 0] S Е., | | 3 X о У й i "г « S X я 0 1 О ч с }3 S 3 U в} s в 1 g. с i g s » g i t i к о в X о с ж о § С X S •ai О •и | | t) S g 5 « со к S S и л о 3 ч 1 Я S к 2 к £ 1 S «] О. S 3 п 3 03 ж 1 S If о «и ЭГА1-10-6-4-2-330-5 634 2 6 9260 4890 12400 38,9 15,9 ЭГА 1-10-6-4-3-3 30-5 952 10 4 3 6 13440 4890 12400 55,3 23,5 ЭГА1-10-6-6-2-330-5 16,5 952 2 6 11820 4920 13400 48,6 20,6 ЭГА1-10-6-6-3-330-5 1428 6 3 6 17280 4920 13400 69,8 30,6 ЭГА1-14-7,5^-3-330-5 1656 Л 3 7,5 13440 6120 13900 73,3 33,3 ЭГА1-14-7,5-4-4-330-5 28,7 2208 1 14 Ц- 4 7,5 17620 6120 13900 95,2 44,2 ЭГА1-14-7,5-6-2-330-5 1656 1 2 7,5 11820 6190 14900 66,8 30 ЭГА1-14-7,5-6-3-330-5 2484 3 7,5 17280 6190 14900 95,9 44,6 ЭГА1-20-7,5^-3-330-5 2360 л 3 7,5 13440 7920 15400 95,2 44,5 ЭГА1-20-7,5-4-4-330-5 41 3150 1 20 Ц 4 7,5 17620 7920 15400 124 58,9 ЭГА1-20-7,5-6-2-330-5 2366 1 с. 2 7,5 11820 7990 15400 84,8 40,6 ЭГА1-20-7,5-6-3-330-5 3549 0 3 7,5 17280 7990 15400 121,3 60,3 ЭГА1-20-9-6-2-330-5 2826 2 9,0 11820 7990 16900 99 46,8 ЭГА1-20-9-6-3-330-5 49 4239 1 20 6 3 9,0 17280 7990 16900 142,1 69,6 ЭГА1-20-9-6-4-330-5 5652 4 9,0 22740 7990 16900 185,3 92,4 ЭГА1-30-7,5^-3-330-5 3549 4 3 7,5 13440 10950 14900 139,9 65,5 ЭГА1-30-7,5-4^-330-5 61,4 4732 t 30 4 4 7,5 17620 10950 14900 181,8 86,8 ЭГА1-30-7,5-6-2-330-5 3549 i 6 2 7,5 11820 10990 14900 122,5 59,8 ЭГА1-30-7,5-6-3-330-5 5322 6 3 7,5 17280 10990 14900 176,5 88,9 ЭГА 1-30-9-6-2-3 30-5 4240 6 2 9,0 11820 10990 16400 139,8 69,2 ЭГА1-30-9-6-3-330-5 73,4 6360 6 3 9,0 17280 10990 16400 201,3 102,9 ЭГА 1-30-9-6-4-3 30-5 8480 1 30 6 4 9,0 22740 10990 16400 262,7 136,6 ЭГА1-30-12-6-3-330-5 97,4 8433 6 3 12,0 17280 10990 19400 240,2 128 ЭГА1-30-12-6^-330-5 11244 1 30 6 4 12,0 22740 10990 19400 313,5 170 Изготовитель Семибратовский экспериментальный завод газоочистительной аппаратуры (Ярославская обл.) Примечание. Электрофильтры с горизонтальным ходом предназначены для обеспыливания неагрессивных газов с температурой до 330° С при разре- жении в фильтре до 5 кПа (500 мм вод. ст.) и напряжении на коронирующих электродах 50-60 кВ выпрямленного тока. Расстояние между соседними оса- дительными электродами — 300 мм и составляет ширину одного прохода га- зов с запыленностью (концентрацией пыли) не более 50 г/м^ Удаление пыли механическое посредством молотков, периодически ударяющих по электро- дам. Поставляются электрофильтры (внутреннее оборудование) транспорта- ggjibHbiMH блоками; дополнительные решетки для распределения газов, меха- для встряхивания решеток, люки и пр. — по специальному требова- jjnio. Корпус стальной, покрыт снаружи тепловой изоляцией, изготавливают jja заводе или на месте. Электрофильтры рассчитываются на сейсмичность не более 7 баллов. Эффективность очистки — в пределах 97-99%. Таблица . Техническая характеристика электрофильтров серии ЭГА U6 Г — " Площадь Активная Общая Габаритные размеры, м Марка электрофильтра активно- го сече- ния, (0, м^ длина поля L,„ м площадь осаждения А, м^ Д л и н а Ширина (по осям опор) Высота Масса, т ЭГА 1-30-7,5-4-3 2,56 3550 13,44 9,2 14,9 139,9 ЭГА 1-30-7,5-4-4 61,4 2,56 4730 17,62 9,2 14,9 181,8 ЭГА 1-30-7,5-6-2 3,84 3550 11,82 9,2 14,9 122,5 ЭГА 1-30-7,5-6-3 3,84 5320 17,28 9,2 ^ 14,9 176,5 ЭГА 1-30-9-6-2 3,84 4240 11,82 9,2 16,4 139,9 ЭГА 1-30-9-6-3 73,4 3,84 6360 17,28 9,2 16,4 201,3 ЭГА 1-30-9-6-4 3,84 8480 22,74 9,2 16,4 262,7 ЭГА 1-30-12-6-3 97,4 3,84 8440 17,28 9,2 19,4 240,2 ЭГА 1-30-12-6-4 3,84 11250 22,74 9,2 19,4 313,5 ЭГА 1-40-7,5-4-3 2,56 4730 13,44 12,2 15,4 172,2 ЭГА 1-40-7,5-4-4 81,9 2,56 6310 17,62 12,2 15,4 223,8 ЭГА 1-40-7,5-6-2 3,84 4730 11,82 12,2 15,4 150 ЭГА 1-40-7,5-6-3 3,84 7100 17,28 12,2 15,4 217,3 ЭГА 1-40-9-6-2 3,84 5650 11,82 12,2 16,9 170,5 ЭГА 1-40-9-6-9 97,9 3,84 8480 17,28 12,2 16,9 244 ЭГА 1-40-9-6-4 3,84 11310 22,74 12,2 16,9 322,9 ЭГА 1-40-12-6-3 1298 3,84 11250 17,28 12,2 19,9 296,5 ЭГА 1-40-12-6-4 3,84 15000 22,74 12,2 19,9 387,7 ЭГА 2-48-12-6-3 155,8 3,84 13500 17,28 15,2 19,9 364,5 ЭГА 2-48-12-6-4 3,84 18000 22,74 15,2 19,9 476,4 ЭГА 2-56-12-6-3 181,7 3,84 15750 17,28 17,6 19,9 413,8 ЭГА 2-56-12-6-4 3,84 21000 22,74 17,6 19,9 544,4 ЭГА 2-76-12-6-3 246,6 3,84 21400 17,28 23,6 19,9 532,1 ЭГА 2-76-12-6-4 3,84 28500 22,74 23,6 19,9 696,1 ЭГА 2-88-12-6-3 285,6 3,84 24750 17,28 27,2 19,9 623,7 ЭГА 2-88-12-6-4 3,84 33000 22,74 27,2 19,9 817,3 Примечание. тродом 5 = 0,15 м Расстояние между коронирующим и , длина осадительного электрода 0,64 осадительным элек- м. Подбор типов электрофильтров по их сечениям и количеств полей для установки в комплексе того или иного котлоагрегата осувй ствляется специализированными проектными организациями. Пр^ этом учитывают не только расход подлежащих очистке газов, но т ^ же их состав, температуру, влажность, сорт сжигаемого топлива и е | зольность, свойства золы по химическому и дисперсному составу, е электропроводность и такие свойства, как слипаемость, схватывав мость, сыпучесть и т. д. Все эти факторы оказывают большое влияни на эффективность очистки дымовых газов электрофильтрами. Питание электрофильтра импульсным напряжением. Питани электрофильтра импульсным напряжением осуществляется наложу нием на постоянное напряжение импульсов малой длительности. Увб личение амплитуды импульсов напряжения влечет за собой рост мак симальной напряженности поля в межэлектродном промежутке, s также предельного заряда, получаемого частицами. Снижение сред ней плотности тока у поверхности осажденного слоя ведет к значи тельному снижению интенсивности обратной короны. В результат( влияния приведенных факторов эффективность работы электрофиль- тра при улавливании высокоомной золы увеличивается. При питании импульсным напряжением проскок частиц снижается в 1,2-3 раза по сравнению с проскоком частиц через электрофильтр при питании его; промышленным выпрямленным напряжением. Питание импульсным током оказывает положительное влияние на улучшение очистки ды- мовых газов за счет повышения отряхиваемости электродов. При питании электрофильтра импульсным напряжением наиболь- ший эффект наблюдается при р = Ом-м. Для других р приме- нение импульсного напряжения не дает существенного эффекта. Питание электрофильтра знакопеременным напряжением. Для улавливания высокоомной золы применяется способ питания элек- трофильтра знакопеременным напряжением низкой частоты прямоу- гольной формы, позволяющий устранить обратную корону. При этом полярности приложенного напряжения меняются, когда напряженность в слое приближается к своему пробивному значению. После переклю- чения полярности слой на электроде перезаряжается, заряд частиц в межэлектродном промежутке также меняет свой знак, и сила, действу- ющая на частицы, по-прежнему оказывается направленной к осади- цельному электроду. Слой золы оказывается электрически нейтраль- jjbiM, значительно ослабляются силы, удерживающие его на электро- де^ и при достижении определенной толщины слоя он может обру- ч и т ь с я под действием силы тяжести. При питании знакопеременным напряжением частица тогда движется к осадительному электроду, когда полярность приложенного напряжения совпадает со знаком заряда ча- ст ицы. Время, в течение которого знак заряда противоположен знаку п и т а ю щ е г о напряжения, и сила, действующая на частицу, направлена от осадительного электрода, определяется временем перезарядки час- тицы и скоростью нарастания напряжения. Для снижения времени перезарядки частиц необходимо увеличить амплитуду напряжения, так как при этом возрастает ток, а значит, и плотность объемного заряда в промежутке. Режим работы электрофильтра, когда регенерация электродов осу- ществляется без механического воздействия на осажденный слой золы, г. е. отключенных механизмах отряхивания электродов (режим само- очистки), позволяет повысить надежность работы электрофильтра. При улавливании высокоомной пыли электрофильтром, питаемым знакопеременным напряжением, устраняется основная причина, пре- пятствующая нарастанию осаждаемого слоя — обратный коронный разряд. В этом случае толщина слоя определяется силами адгезии, силой тяжести и электрическими силами, действующими на осажден- ный слой. При использовании знакопеременного питания на слой действует периодически отрывающая и прижимающая электрическая сила, что способствует образова1ЩЮ более рыхлой структуры слоя по сравне- нию со структурой, получающейся при питании униполярным напря- жением. В результате суммарного воздействия на осажденный слой золы отрывающей электрической силы и силы тяжести по мере накоп- ления слоя происходит его самообрушение. Однако имеется ряд причин, препятствующих эффективной рабо- те электрофильтра при осуществлении режима самоочистки. Основ- ные из них; повышенный вторичный унос частиц с поверхности осаж- денного слоя потоком газа из-за его рыхлой структуры, распыление слоя при его самообрушении, а также залповый выброс частиц с по- верхности слоя в момент переключения полярностей. Для повышения эффективности работы электрофильтров работы ведутся по двум основным направлениям. Первое направление вклю- чает работы по созданию соответствующих электрофизических уело; ВИЙ, при которых обеспечивается полная реализация возможности с»^ мого процесса очистки. Второе направление охватывает работы по достижению максимальной эффективности и стабильности электро-*" газоочистки, когда требуемые для этого условия уже созданы. На эффективность работы электрофильтров существенное влия- ние оказывают состав топлива, а также параметры и электрофизичес- кие свойства продуктов его сгорания. Важнейшим условием для обеспечения высокой эффективности работы электрофильтров является предотвращение обратной короны, сопровождающейся выбросом в межэлектродное пространство поло- жительных ионов. Это приводит к частичной нейтрализации отрица- тельно заряженных частичек золы и снижению степени их улавлива- ния. Обратное коронирование обычно возникает при сжигании малосернистых углей с относительно невысоким содержанием влаги в топливе. С увеличением зольности топлива вероятность обратного коронирования повышается. При установке электрофильтров перед воздухоподогревателем котла (при t^ = 350-400°С) возникают эксплуатационные затруднения^ связанные с возможной нестабильностью процессов газоочистки при низком уровне рабочих напряжений, усложнением оборудования й снижением экономичности котла. Поэтому в бывшем Советском Со- юзе велись разработки электрофильтров, предназначенных для уста- новки их за котлами. Задачи повышения работы электрофильтров в основном решались путем выбора рациональной конструкции с учб^ том температуры газов и их влагосодержания, а также состава и дио- персности золы. 8.6. КОВДИЦИОНИРОВАНИЕ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ПЕРЕД ЭЛЕКТРОФИЛЬТРАМИ Эффективность работы электрофильтров в значительной степени зависит от удельного электрического сопротивления золы р. При экс- плуатации электрофильтров с импульсным напряжением улавливание золы наиболее эффективно при р = 10'°-10'- Ом. Повышение степени очистки дымовых газов от золы электрофильтрами может быть достиг- нуто различными способами кондиционирования отводимых газов. Существуют следующие способы кондиционирования дымовых газов: - температурно-влажностное кондиционирование (охлаждение и увлажнение потока газов путем впрыска воды в газоход перед электрофильтром). При реализации этого способа требуется зна- чительное количество воды (до 150 т/ч для энергоблока мощно- стью 300 МВт), усиливается интенсивность процессов низко- температурной коррозии газоходов и электрофильтров; - температурное кондиционирование (предварительное охлажде- ние дымовых газов в безконтактном теплообменнике). Для вне- дрения этого способа требуется пропуск дополнительного ко- личества воздуха через воздухоподогреватель; - химическое кондиционирование, основанное на добавке в пы- легазовый поток соответствующих добавок, снижающих удель- ное электрическое сопротивление золы до приемлемых уровней. Системы впрыска воды и бесконтактные теплообменники не по- лучили распространения в энергетике. Способ химического кондици- онирования получил распространение в энергетике многих стран мира. Эффективность его применения во многом зависит от кондициониру- ющей присадки. Исследования показали, что в зависимости от соста- ва золы углей в качестве добавок могут эффективно использоваться разные присадки. Удельное электрическое сопротивление золы прак- тически не зависит от наличия сернистого ангидрида в дымовых га- зах. При вводе аммиака эффективность золоулавливания повышается в присутствии соляной кислоты или серного ангидрида. Наиболее эф- фективно это проявляется при содержании хлора в углях более 0,5%. Существуют низкотемпературный (при t = 150-180° С) и высокотем- пературный (при t > 400° С) ввод присадок. За рубежом получил ши- рокое распространение способ кондиционирования дымовых газов серным ангидридом или соединениями, содержащими его, в частно- сти серной кислотой и сульфатом аммония. Ниже приведены сведения об относительной стоимости примене- ния некоторых присадок. Добавка Относительная стоимость Серный ангидрид (SO3) 1 Серная кислота (H2SO4) 1,1 Сульфат аммония (NH4)2S04 2,4 Бисульфат аммония (NH4HSO4) И,1 Сульфаниловая кислота (NH2SO3H) 11,4 По экономическим показателям наиболее эффективно для конди- ционирования дымовых газов применение серного ангидрида, полу- чаемого из жидкой серы или сернистого газа. Однако в связи с доста- точно высокой стоимостью и сложностью устройств для получения, транспортировки и ввода этого газа его заменяют серной кислотой либо сульфатом аммония. Последний имеет преимущества перед серной кислотой из-за нейтральности при нормальных условиях и проявле- ния кислотных свойств только после термического разложения. Высо- котемпературный ввод сульфата аммония эффективней в 1,5 раза, чем низкотемпературный. Это объясняется тем, что при температуре свы- ше 400° С сульфат аммония разлагается с образованием паров серного ангидрида, воды и серной кислоты, которые обладают высокой реак- ционной способностью при взаимодействии с частичками золы. При низкотемпературном вводе сульфата аммония он превращается в би- сульфат, который имеет удельную электропроводность в 2,5-3 раза ниже, чем серная кислота. Механизм влияния кондиционирующих добавок в дымовые газы на эффективность золоулавливания в электрофильтрах проявляется в: - снижении электрического сопротивления золы и повышении про- бойного напряжения; - сокращении вторичного уноса золы за счет увлажнения; - образовании заряженного аэрозоля вблизи поверхности частиц золы; - агломерации мелких и образовании более крупных частиц. Электрическое сопротивление золы в значительной степени зави- сит от содержания в ней горючих. При значении этого показателя более 15-20% механическое кондиционирование неэффективно. Для камен- ных и бурых углей с б^ р > 0,075%-кг/МДж химическое кондиционирова- ние не требуется. Минимальная величина добавок в значительной степени зависит от приведенной зольности топлив и может быть определена из соот- ношения: Р^оз = 7 , 5 - 1 0 0 5 " ^ Для некоторых углей с высоким содержанием кислотных ком- понентов (SiOj + F e ^ j + A i P j > 90%) эффективен метод двойного кондиционирования (серным ангидридом и аммиаком). Повышение эффективности золоулавливания в электрофильтрах при двойном химическом кондиционировании достигается за счет улучшения электрической характеристики межэлектродного пространства из- за образования в дымовых газах мельчайшего тумана с частицами сульфата аммония менее 1 мкм. Кроме того, повышается абсорб- ция влаги, что сопровождается улучшением когезии частиц лету- чей золы. При этом снижается унос золы при встряхивании элект- родов. При двойном кондиционировании место ввода аммиака и серного ангидрида практически не влияет на эффективность рабо- ты электрофильтра. Первые испытания метода химического кондиционирования ды- мовых газов перед электрофильтрами в энергетике бывшего Совет- ского Союза были проведены на Каширской ГРЭС-4 при сжигании кузнецкого угля. Кондиционирование осугцествлялось водным раство- ром сульфата аммония. В обычных условиях из-за высокого удельно- го электрического сопротивления золы кузнецкого угля, а также отно- сительно высокой скорости дымовых газов степень золоулавливания не превышала 90-92%. Во время испытания впрыск раствора сульфата аммония осуше- ствлялся на котле паропроизводительностью 950 т/ч в количестве 1—1,4 т/ч с концентрацией 0,5 моль/л, что обеспечивало концентра- цию серного ангидрида в дымовых газах перед электрофильтром до 1010"* ч. Степень золоулавливания повысилась до 97%. При повыше- нии концентрации серного ангидрида до (20-25)-10^' ч за счет подачи раствора сульфата аммония степень улавливания золы повысилась до 99%, ее проскок в электрофильтре снизился в 3 раза. Выходная запы- ленность дымовых газов составляла не более 0,2 г/м^ Выбор и расчет электрофильтров Целью расчета является выбор типа электрофильтров и определе- ние их числа в зависимости от расхода газов и допустимых скоростей в сечении аппарата с определением степени очистки газов. Расчет ЗЭ'^ ' вершается выбором способа питания электрофильтра выпрямленным током. 1. Выбор типа электрофильтра. Параметром, определяющим степень очистки электрофильтра, является время пребывания газов в активной зоне электрофильтра t^, с. Его можно определить по формуле T=LF N/V,c, эф ак ' ' где L — длина активной зоны электрофильтра, м; F ^ — площадь активного сечения, м ;^ N — число полей; V — объемный расход газов, проходящих через электрофильтр, мУс. Зависимость степени улавливания золы в электрофильтре (при ее благоприятных электрофизических свойствах) от времени пребыва- ния газов в активной зоне представлена на рис. 8.10. Видно, что элек- ,100 г 99 (§98 97 9fi j Н=6м_ 1 ^ [ ^ / / ,Н=12м / А j г !Н=7,5м / 4 6 8 10 12 14 16 18 Время пребывания газов в активной зоне электрофильтра Рис. 8.10. Зависимость степени очистки газов в электрофильтрах от времени их пребывания в активной зоне электрофильтров; Н— номинальная высота Щектродов, м трофильтры с высотой электродов 12 м по сравнению с электрофиль- трами с электродами меньшей высоты при равном времени т^ ^ имеют значительно меньшую степень очистки. Поэтому при подборе типо- р а з м е р а электрофильтра следует в первую очередь использовать т е из них, высота которых менее 12 м. Некоторое представление об электрофизических свойствах золы дает предложенный ВТИ критерий где AljOj и SiOj — содержание этих соединений в золе,%; А'^ , W', S^ — зольность, влажность, содержание водорода и серы на рабочую массу топлива,%. Для наиболее характерных топлив К^^ приведен ниже Месторождение и марка топлива Значение К^ , Кузнецкий Т 160-175 Экибастузский СС 111 Подмосковный Б 15 Донецкий АШ, ГСП! 12 Канско-Ачинский Б 16 Для топлив с 46 время пребывания газов в активной зоне элек- трофильтра должно быть увеличено в 1,5 раза. Гидравлическое сопротивление вертикальных и горизонтальных двухпольных электрофильтров составляет порядка 150 Па, горизон- тальных трех- и четырехпольных — 200 Па. 2. Выбор числа электрофильтров. Для обеспечения высокой степени улавливания золы скорость газов в активном сечении электрофильтра должна быть W = 1,0-1,5 м/с — для карманных электродов и 2,0-2,5 м/с — для желобчатых (меньшие значения принимаются для сухих топлив, боль- шие — для влажных). Число параллельно устанавливаемых электрофильтров определя- ется по формуле V п = . FJV 3. Критическая напряженность электрического поля электрофильтра. Критическая напряженность электрического поля определяет ус- тойчивый коронный разряд, при котором напряженность электрическо- го поля у коронирующего электрода максимальна, а у осадительного электрода ее значение невелико. Такое распределение напряженности электрического поля в электрофильтре возможно, если коронирующий электрод имеет отрицательный заряд, т. е. корона отрицательная. Критическая напряженность электрического поля определяется по приближенной формуле Р +0,0308, Р 10%в/м, где р — отношение плотности газов при рабочих условиях к их плот- ности при стандартных условиях {t = 20° С, р = 1,013-10' Па); г — радиус коронирующего электрода, м, для провода ромбического сече- ния принимается равным половине стороны ромба (г = 0,5а). При работе электрофильтра под разрежением Р - Б - S ^ 273 + 20 1,013-10= 273 + ? У* а при работе под наддувом 3 _ ^ + Л 273 + 20 1,013-10' 273 + ?, ' у* где Б — барометрическое давление, Па; S^ — величина разрежения, Па; д — избыточное давление, Па. 4. Критическое напряжение коронного разряда. Критическое напряжение зависит от формы поля электрофильтра. Для пластичного электрофильтра определяется по формуле и ^Е г ^ кр - ^ к р ' (пВ , 2пг"\ 1п- \ ^ , в. где В — расстояние от коронирующих электродов до осадительных пластин, м; S — расстояние между коронирующими электродами, м. Для достижения устойчивой короны рабочее напряжение U долж- но быть больше критического 5. Рабочие ток и напряжение короны. Ток короны пластинчатого электрофильтра определяется по фор- муле Ап^кц) 9-10' пВ , 2пг m где / — плотность тока на погонный метр длины коронирующего элек- трода, а/м; ф — величина, зависящая от взаимного расположения корониру- ющих и осадительных электродов. Для пластинчатых электро- фильтров ф определяется из следующего ряда: пВ 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 S Ф 0,08 0,05 0,035 0,025 0,02 к — подвижность ионов в дымовых газах, (м/с)/(в/м) для отрица- тельных ионов ориентировочно можно принимать к = 1,0-10"^ (м/с)/(в/м). Рабочее напряжение U должно обеспечивать плотность тока / = ( 0 , 0 8 - 0 , а / м — для электрофильтров с желобчатыми электрода- ми. Задаваясь величиной i, можно из приведенной формулы опреде- лить и. Меньшие значения токов принимаются для сухих топлив, боль- шие — для влажных. 6. Напряженность электрического поля работающего электро- фильтра. Для пластинчатого электрофильтра с достаточной точностью на- пряженность электрического поля определяется по формуле Е = 2/ ^ 4Ждк - 2 " / \ 1 - + t J , В/м, где Eg — диэлектрическая проницаемость вакуума; 1 ео=- •, Ф/м. 4Л-9-10' 7. Зарядка частиц золы. Число элементарных зарядов, приобретаемых частицей размером более 1 мкм за время t^ ,^ определится 4пе, т = • 1 + 2 £ - 1 "6 + 2 где е — относительная диэлектрическая проницаемость частицы; для золы е = 4; d — диаметр частицы, м; е^—величина элементарного заряда электрона, равная 1,6-10"'' Кл; t — фактор времени, принимаемый в расчетах равным 1,0. 8. Движение заряженных частиц в поле электрофильтра. Скорость осаждения частиц в электрическом поле определяется по формуле V = • Ете, о _ е + 2 Е'Ъ -, м/с, где р^ — плотность газов, кг/м^; v^ — кинематическая вязкость газов, м^/с. При температуре газов 100° С V^ = 21,5-10^ MVC, при 200° С — 32,8-10^ м7с. В интервале этих температур v^ можно определять ин- терполяцией. 9. Теоретическая степень очистки газов в электрофильтре. Определяется по формуле г] = 1-е WB где V — скорость осаждения частиц данного размера, м/с; W— скорость газов в электрофильтре, м/с; L^ ^ — длина активной зоны электрофильтра, м; в — расстояние между коронирующими и осадительными элек- тродами, м; т^ ф — время пребывания очищаемых газов в электрофильтре, с. Коэффициент 3 является функцией в основном средней продол- жительности падения уловленной золы в бункер и зависит от высоты электродов. Значение Р при увеличении высоты электродов с 7,5 до 12,0 м составляет 0,65-0,80, в остальных случаях он в расчетах не учи- тывается. Формула для определения Г| справедлива при улавливании частиц размером 30-35 мкм. Для частиц большего размера следует вносить поправку на снижение 1] около 2% на каждые 10 мкм увеличения диа- метра частиц свыше 35 мкм. 10. Потребляемая мощность и источники питания электрофильтров. Электрическая мощность короны определяется по формуле N ^uiL ,Вт. кор ак' Суммарная мощность, необходимая для создания короны и при- вода механизмов очистки, определяется следующим образом: Вт, где V — доля мощности, идущей на привод механизмов очистки. Для расчетов можно принять v = 0,2. 8.7. ТКАНЕВЫЕ ФИЛЬТРЫ Тканевые фильтры из-за особенностей их конструкции получили и другое название — рукавные фильтры (РФ). В качестве материала фильтров применяется стекловолокно, полиэфир, стекловолокно с гра- фитом и т. п. Скорость фильтрации для стекловолокна составляет 1,0- 1,78 м/с, улавливаются частицы размером до 0,0025 мкм. При этом эффективность работы фильтров практически не зависит от состава дымовых газов и электрофизических свойств золы, что, как отмеча- лось в разделе 8.5, существенно для электрофильтров. Рукавные филь- тры в настоящее время применяют в котлоагрегатах небольшой про- изводительности (от 25 до 90 т/ч). Они различаются между собой по следующим признакам: по форме фильтров (плоские, рукавные), на- личию опорных устройств (каркасные, рамные). Принципиальная схе- ма плоских каркасных и рукавных фильтров приведена на рис. 8.11. Рукава чаще всего имеют диаметры от 127 до 300 мм и длину от 2,4 до 10-12 м. Плоские каркасные фильтры могут иметь следующие разме- ры: высота от 600 до 1200 мм, глубина от 300 до 500 мм, толщина от 25 до 50 мм. ^ _ л , , г Гаэь Ж I , . , Г а з ь . ^ пГ Гаш- Рис. 8.11. Принципиальная схема фильтров: а — плоских каркасных; б — рукавных 0 Т—Гаш I Г-^, г I И ( 1 ' ) I t 1 I i I I t ^канебыб PjfKoSa По месту расположения вентилятора или дымососа РФ делятся на всасывающие, работающие под разрежением, и нагнетательные, работающие под давлением. По числу секций РФ разделяют на одно- и много секционные. При очистке рукавных фильтров производится механическое встряхивание закрепленных на общей жесткой раме рукавов. При продольном встряхивании происходит быстрое изна- шивание их нижних частей. Перспективными, в том числе и с точки зрения повреждаемости рукавов, являются каркасные фильтры с об- ратной продувкой. Схема такого РФ приведена на рис. 8.12, а эффект очистки рукавов продемонстрирован на рис. 8.13 (й — процесс филь- трации, б — процесс очистки фильтрующего материала, в — регене- рированный фильтрующий слой). Рукавные фильтры из стеклово- локнистой ткани с тефлоновым покрытием выдерживают температуру 130-220° С, сопротивление фильтров между циклами обратной про- дувки меняется от 0,5 до 1,5 кПа, степень улавливания может дости- гать 99,99%. Затраты по установке тканевых фильтров равны или не- сколько ниже, чем затраты на установках с электрофильтрами при Рис. 8.12. Продольный разрез каркасного рукавного фшьтра: I — канал дымовых газов; 2 — пространство предочистки; 3 — газовый шибер; 4 — фильтро- вальный объем; 5 — тканевый рукав; 6 — каркас фильтра; 7 — камера очи- щенных газов; 8 — канал очищенных га- зов; 9 —ресивер сжатого воздуха; 10 — мембранный вентиль; 11 — продувочные трубы; 12 — сборный золовой бункер; 13 — выход золы а) б) в) Рис. 8.13. Процесс восстановления фильтрующей способности элемента равенстве эксплуатационных затрат. Главными недостатками РФ яв- ляются их громоздкость и малый срок службы. Для продолжения сро- ка их службы можно приме- нить предочистку для удаления наиболее крупных фракций и снижения на- грузки на тканевые филь- тры. Такая схема комбини- рованного золоуловителя, в котором роль первой ступе- ни очистки выполняет блок циклонов, а улавливание ос- татка осуществляется РФ, приведена на рис. 8.14. Рис. 8.14. Комбинированная золоулавливающая установка — тканевый фильтр с циклонами: 1 — воздухоподогреватель: 2 — экономайзер; 3 — дымовая труба: 4 — блок тканевых фильтров: 5 — блок циклонов: б — дымосос 8.8. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗОЛОУЛОВИТЕЛЕЙ Максимально допустимое содержание золы в дымовых газах для перспективных, экологически чистых ТЭС в настоящее время приня- то 50-100 мг/м\ Такой уровень выброса золы может обеспечить пыле- и золоулавливающее оборудование с высокой степенью пылеулавли- вания, приближающейся к теоретически возможной. Так, для экибас- тузскогоугля(е,^ = 12689-14600 кДж/кг; И^ = 5-8%Мр = 45,6-49,0%) этот показатель должен составлять не менее 99,9%. В табл. 8.17 приведены данные об эффективности золоуловите- лей различных типов в зависимости от размеров осаждаемых частиц. Для частиц размером меньше 1 мкм ни один из существующих типов аппаратов не обеспечивает степень пылеулавливания, приближающу- юся к теоретически возможной. Наиболее высокими показателями эффективости обладают рукавные фильтры. За рубежом они довольно широко используются на ТЭС. Срок их службы достигает 4 лет. Филь- тровальным материалом, как правило, служит стеклоткань с силико- нографитовой пропиткой и тефлоновым покрытием. Имеются перс- пективы использования импульсно очищаемых фильтров из тканевого фибергласа. Таблица 8.17 Пылеуловитель Эффективность улавливания, %, частиц золы, мкм 5 2 I Циклон 73,0 46,0 27,0 Мультициклон 89,0 77,0 40,0 Скруббер 94,0 87,0 55,0 Электрофильтр 98,8 99,0 98,4 Рукавный фильтр 99,9 99,9 99,0 В энергетике стран СНГ рукавные фильтры нашли ограниченное применение. На одной из ТЭС РФ рукавные фильтры типа РФ15-МО используются в качестве второй ступени очистки дымовых газов от золы смеси углей (А'' = 13-20%) за котлами ТС-35У. Фильтровальные элементы выполнены из нитрона. Эффективность улавливания лсту- чей золы при ее концентрации на входе в рукавный фильтр носле бата- рейных циклонов до 2 г/м^ составляет более 99,5%. С июня 1988 г. на экспериментальной ТЭЦ СибВТИ за котлом ТП- 35У установлен пылезолоуловитель, выполненный на базе серийного рукавного фильтра типа ФРО-2400. Фильтровальной тканью является лавсан. При начальной концентрации золы на входе в пылеуловитель до 6 г/м' концентрация в выходном сечении не превышает 30 мг/м'. Основной недостаток данных фильтров — небольшой срок службы вследствие прожогов ткани, обусловленных значительным механичес- ким недожогом и плохо регулируемым удалением золы. Основными факторами, сдерживающими распространение рукав- ных фильтров на ТЭС, являются слабая текстильная база и недоста- точный ассортимент волокон. Широкое распространение рукавных фильтров в отечественной энергетике сдерживается также высокими капитальными и эксплуа- тационными затратами. Сравнительный анализ капитальных вложений и расчеты вариан- тов эксплуатационных затрат при использовании в качестве газоочист- ных аппаратов электрофильтров и рукавных фильтров, выполненные на основе опубликованных данных по экономике газоочистки, показа- ли, что при сроке службы рукавных фильтров 1 год, удельной газовой нагрузке в рукавных фильтрах 1 м^ (м- мин), расходе газа меньше 100 тыс. м^ч удельные приведенные затраты для установок рукавных фильтров ФРКДИ близки к таким затратам для установок электрофиль- тров УГ и ЭГА при скорости газа 1 м/с. Для установок рукавных филь- тров типа ФРО они несколько ниже. Однако при расходе газа выше 100 тыс. mV4 данный показатель для установок электрофильтров зна- чительно ниже, чем для установок рукавных фильтров. Капитальные затраты на установку зарубежного рукавного фильтра значительно ниже (на 61%), а эксплуатационные — несущественно выше (на 3,5%), чем на установку электрофильтра. Это связано с высокой удельной газовой нагрузкой на зарубежных рукавных фильтрах, низкой стоимостью филь- тровальных материалов, составляющей 10-20% от стоимости фильтра, в то время как в отечественных установках она достигает 40-80%. Существуют полярные мнения по вопросам целесообразности использования на угольных ТЭС тканых фильтров из фибергласа с импульсной очисткой и электрофильтров. Отмечается, что затраты на импульсно очищенные фильтры из тканого фибергласа выше, чем на электрофильтры; для котлов большой мощности требуется значитель- ное количество фильтрующих секций из фибергласа (для блока 200 МВт — 20000 секций); сложным является вопрос обеспечения на- дежности обслуживания большого количества клапанов для подачи воздуха на импульсную продувку. Характерно, что на ряде зарубеж- ных ТЭС даже на низкосортных углях отдают предпочтение примене- нию электрофильтров по сравнению с фильтрами из фибергласа с им- пульсной очисткой. Необходимо учитывать в каждом конкретном случае все условия работы электрофильтра и рукавного фильтра для обоснованного вы- бора типа золоуловительного устройства. Выбор основного оборудования золоуловителей диктуется сово- купностью таких факторов, как характеристика сжигаемого топлива (зольность, влажность), мощность энергоблоков, требуемая степень очистки газов, уровень затрат на газоочистку. Электрофильтры, как правило, устанавливаются на мощных энергоблоках 300 МВт и выше. Аппараты этого класса при определенных условиях отличаются срав- нительно высокой степенью очистки газов. Результаты испытаний на энергоблоках стран СНГ электрофиль- тров с высокими электродами ЭГЗ-3-177 (СССР), «Лурги» (ФРГ), «Эд- гар Андре» (ГДР), СФ (Швеция) при очистке продуктов сгорания сме- си ГСШ, ГР, Г, Д, ДСШ, а также экибастузского угля и АШ (сушонки) показали, что степень очистки газов в перечисленных электрофиль- трах составила соответственно 98,0-98,6; 94,0-97,0; 97,5-98,4 и 97,1-99,7% в зависимости от скорости газов и их температуры. Эффективность золоулавливания в каждом из трех электрофильтров ЭГД 2-128-9-6-4-200, установленных за котлом П-67 блока 800 МВт Березовской ГРЭС-1, работающем на березовском буром угле (ЛР= 5,0-9,4%; т = 32,5-35,1%), составляет: Т1„р = 96,3%; Г],^ = 97,5%; з^ср ~ 97,0% при проектном значении Г| = 99%. Разница в степени очи- стки дымовых газов каждым электрофильтром вызвана неравномер- ной раздачей газов как по ярусам, так и между аппаратами. Скорость газов в активной зоне менялась по ярусам от 0,75 до 2,39 м/с (проект- ное значение v^ ^ = 1,55 м/с). Следует отметить, что довольно высокая степень очистки, полу- ченная при испытаниях электрофильтров, не может считаться отвеча- ющей ее среднеэксплуатационному значению вследствие недостаточ- ной надежности аппаратов. Как правило, она снижается из-за возникающих между коронирующими и осадительными электродами коротких замыканий, а также вследствие обрыва или перегорания ко- ронирующих элементов. Неисправности в работе электрофильтров могут также возникать из-за разрушения изоляторов, на которых под- вешены системы коронирующих электродов. Особенно это характер- но для крупных электрофильтров с высокими электродами, где изоля- торы несут большие нагрузки. Эффективность улавливания снижается также при неисправностях в механизмах отряхивания электродов, за- грязнениях изоляторов токопроводящими отложениями. Значительное влияние на степень очистки оказывает точность монтажа электродной системы, в частности строгое соблюдение норм' ее центровки. Так, отклонение одного из элементов коронирующего электрода более чем на 5 мм приводит к нарушениям нормальной ра- боты всего поля электрофильтра. Децентровка в 20 мм на всех полях электрофильтра может сопровождаться снижением эффективности; золоулавливания на 3%. Эксплуатационная степень очистки дымовых' газов от золы в электрофильтрах зависит и от электрофизических свойств продуктов сгорания, т. е. удельного электрического сопротив- ления золы. В качестве критерия электрофизических свойств дымо- вых газов используется безразмерный коэффициент К^ К -(AlA+SiO^K Как следует из приведенного выше выражения, использование электрофильтров предпочтительно для высокосернистых влажных углей, например, таких как донецкие. Наименьшее значение = 11,5 характерно для донецкого угля марки Т. Эффективная очистка продуктов сгорания экибастузских, куз- нецких углей в электрофильтрах вследствие высокого поверхност- ного сопротивления слоя золы (A"^ = 160-177) не может быть осу- ществлена без дополнительных мероприятий, повышающих степень очистки, например, путем температурно-влажностного кондицио- нирования (ТВК) дымовых газов за счет распыла в газоходе перед электрофильтром. Высокодисперсный распыл воды с помощью акустических форсу- нок использовался на Черепетской и Каширской ГРЭС. При этом сте- пень очистки газов в электрофильтрах повышалась, но возникал ряд затруднений, связанных с надежностью эксплуатации оборудования. Это вызвано, в частности, необходимостью размешения в пылегазовом по- токе большого числа форсунок для высокодисперсного распыла воды, которые весьма чувствительны к изменениям геометрических размеров вследствие эрозионного износа с течением времени. Высокодисперс- ный распыл, кондиционирование также способствуют усилению коагу- ляции капель с частицами золы, что может привести к образованию от- ложений влажного слоя золы в самом электрофильфе. Эти затруднения несколько уменьшаются при использовании грубодисперсного распьша воды в газоходе перед непосредственным поступлением дымовых газов в электрофильтр, как, например, на Ермаковской ГРЭС для блока 300 МВт на экибастузском угле. В данной установке применялись обыч- ные механические форсунки, размещенные на боковой стенке газохода заподлицо с ней, что позволило исключить эрозионный износ распыли- вающего устройства. Коагуляция капель воды с частицами золы при этом уменьшается. Кроме того, большая часть скоагулированных частиц по- ступает вместе с пульпой в систему гидрозолоудаления, снижая тем са- мым вероятность отложений слоев влажной золы в электрофильтре. Промышленные испытания установки ТВК показали, что степень золоулавливания повысилась при ее использовании с 97,0% до 99,0- 99,4% при нормально работающих электрофильтрах. При этом дымо- вые газы охлаждали до 100-105° С и в них испарялось 16-18гводына 1 м^ газов. Общий расход воды через установку ТВК определялся с учетом расчетной концентрации 40 г/м^ газов. Для повышения эффективности золоулавливания в электрофиль- трах используется также предварительная зарядка золовых частиц пе- ред поступлением в аппарат Результаты испытания электрофильтра 5Б2 на энергоблоке № 5 Назаровской ГРЭС при работе на назаровском угле с усредненной характеристикой показали существенное повышение сте- пени очистки дымовых газов с 97,8-98,3% до 99,0-99,3% при установке встроенного в электрофильтр ионизатора. Это позволяет рекомендовать использование ионизаторов для повышения эффективности работы элек- трофильтров на ТЭС, сжигающих канско-ачинские угли. Для малозольных видов топлива, главным образом бурых углей, а также фрезерного торфа иногда применяется сухая очистка дымовых газов в батарейных циклонах. Преимущества батарейных циклонов по сравнению с электрофильтрами отмечаются при росте скорости движения газов, тогда как в этом случае степень очистки газов в элек- трофильтрах снижается. До середины 70-х гг. системы сухого пылезолоулавливания ТЭС оснащались, как правило, батарейными циклонами с аксиальным под- водом дымовых газов. Эффективность золоулавливания в таких аппа- ратах составляла всего 60-75%. При замене батарейных циклонов этого типа аппаратами новых модификаций БЦУ-М, БЦ-512 с улиточным подводом газов эффективность золоулавливания существенно повы- силась. На Добротворской ГРЭС (львовско-волынский уголь, котлы ПК-19), Алексинской ТЭЦ (подмосковный бурый уголь, котлы К0-У1), Аргаяшской ТЭЦ (челябинский бурый уголь, котлы ПК-14) степень пылеулавливания в батарейных циклонах БЦУ-М составляла 88,2- 90,3%. На Северодвинской ТЭЦ (интинский уголь, котлы ТКЗ-120) степень очистки дымовых газов в батарейных циклонах БЦ-512 была 90,4-90,7%. Однако использование циклонов данных модификаций допускается только для малозольных видов топлива с приведенной зольностью А" < 5% на 1000 ккал вследствие значительного износа циклонных элементов. Для очистки дымовых газов ТЭС средней и малой мощности ши- рокое распространение получили схемы мокрого золоулавливания, отличающиеся простотой и невысокими капитальными затратами. Наиболее подходящим принципом для очистки дымовых газов ТЭС в системах мокрого золоулавливания явилось использование цент- робежного эффекта в чистом виде или в сочетании с инерционным осаждением взвешенных частиц на орошаемых решетках или капель- ках распыленной жидкости при обтекании их запыленным потоком. К этой группе мокрых золоуловителей относятся аппараты типа ЦС-ВТИ, отличающиеся простотой изготовления, надежностью и стабильнос- тью работы при очистке дымовых газов от золы ряда твердых видов топлива, но недостаточной эффективностью. Степень очистки, как правило, не превышает 90%, причем с увеличением диаметра корпуса она существенно снижается. Это вызывает необходимость установки дополнительного числа аппаратов при повышении мощности котло- агрегатов с тем, чтобы сохранить требуемую степень очистки газов, что соответственно усложняет эксплуатацию. По этой причине аппараты ЦС-ВТИ были заменены мокрыми зо- лоуловителями типа МП-ВТИ, в которых улавливание золы происхо- дит в два этапа: за счет инерционного осаждения частиц золы на оро- шаемых решетках и за счет центробежной силы на внутренней орошаемой поверхности скруббера. Это позволяет сохранить более высокую степень очистки — 94-95% при установке не более 4-6 ап- паратов с увеличенным диаметром. Однако мокрый скруббер типа МП- ВТИ может надежно работать с указанной степенью очистки в тече- ние всей кампании котла при очистке от летучей золы топлива с приведенной сернистостью не выше 1,0-1,2% на 1000 ккал, содержа- нием СаО в золе не выше 15-20%, так как на прутковых решетках и во входных патрубках золоуловителя образовываются отложения, а это резко ухудшает показатели работы скруббера. Более совершенными являются схемы мокрого улавливания типа MB, МС с трубами-коагуляторами Вентури (ТКВ), которыми обору- довано около половины всех котлоагрегатов в странах СНГ, сжигаю- щих пылеугольное топливо. Такие аппараты просты по конструкции, сочетают в себе обычный циклонный скруббер-каплеуловитель с пред- включенной трубой-коагулятором Вентури. Преимуществом их явля- ется возможность работы на оборотной воде, так как площадь зарас- тающих трудноудаляемыми минеральными отложениями поверхностей невелика и локализуется в основном на стенках коагулятора Вентури. В коагуляторе происходит интенсивное абразивное разрушение отло- жений грубыми частицами летучей золы (более 40-50 мкм) вследствие их высоких скоростей (примерно 20 м/с). Для уменьшения брызгоуно- са в таких аппаратах РСПП Казтехэнерго разработал проект их рекон- сгрукции, предусматривающий замену цилиндрических скрубберов ко- ническими с углом наклона образующей 3-5°, также увеличение технологической высоты за счет безопорного исполнения корпуса, т. е. установки его непосредственно на фундамент. Кроме практически полного отсутствия брызгоуноса, конические скрубберы имеют пре- имущества по сравнению с цилиндрическими по сопротивлению, ст© пени очистки газов от золы, аэродинамическому сопротивлению и pad ходу электроэнергии на пылеулавливание. ' Эффективность золоулавливания в аппаратах с ТКВ составляй 95-96%. Дальнейшее повышение КПД этих установок до 99% возмоа! но лишь на основе интенсификации режима орошения. Однако a'rt связано с понижением температуры очищенных дымовых газов npafe тически до точки росы, что является недопустимым во избежание коЙ денсации влаги в газоходах, дымососах, боровах и т. д. Для повыше- ния температуры дымовых газов используется их дополнительны» подогрев. На котлоагрегатах ПК-14 и БКЗ-420-140 были опробованы опыт- но-промышленные установки с ТКВ с интенсивным режимом ороше- ния (ИРО) для очистки продуктов сгорания экибастузского каменногс угля и промпродукта обогащения карагандинских углей с последую- щим их подогревом избыточным горячим воздухом, отбираемым пос"- ле второй ступени воздухоподогревателя. Испытания проводилисБ' Уралтехэнерго на Верхне-Тагильской ГРЭС и РСПП Казтехэнерго прй участии КазНИИэнергетики на Алма-Атинской ТЭЦ-2. Степень очист- ки дымовых газов составляла соответственно 99,1 и 99,2% при началь- ной запыленности 45,7 и 49,0 г/м\ температура очищенных дымовы* газов — 75 и 70° С, скорость в горловинах ТКВ — 62 и 70 м/с, удель- ный расход воды на орошение — 0,48 и 0,36 л/м^ аэродинамическое сопротивление установки — 1100 и 1300 Па. Имеется также положительный опыт промышленной эксплуата-' ции полномасштабной пылезолоуловительной установки мокрого типа с интенсивным режимом орошения за котлом ПК-14 на экибастузском угле (Нижне-Туринская ГРЭС). Использование ИРО позволило повы- сить эффективность очистки с 96,5 до 99,2-99,3%. Вместе с тем повышение степени пылеулавливания в установках с ИРО приводит к увеличению в 1,2-1,3 раза затрат электроэнергии на тягу (избыточный воздух и повышение сопротивления) и дутье (избы- точный воздух), росту в 2,6-2,8 раза расхода воды на орошение уста- новки и снижению на 1,1-1,4% КПД котла брутто. Кроме того, пере- вод работы мокрого золоуловителя в режим интенсивного орошения в процессе длительной эксплуатации, когда присосы возрастут, может привести к некоторому снижению паропроизводительности за счет ис- пользования запасов по тяге и дутью. Иногда для повышения степени пылеулавливания проводят доочи- стку дымовых газов после мокрых золоуловителей с трубами Вентури. разработана конструкция сухого ротационного золоуловителя лопаточ- ного типа для доочистки дымовых газов за золоуловительной установ- кой, состоящей из четырех золоуловителей МВ-УО ОРГРЭС с капле- уловителем диаметром 3100 мм. Доочистка в таком золоуловителе осуществлялась за счет сепарации частиц диаметром до 50-60 мкм из закрученного потока дымовых газов на вращающихся лопатках. Эффек- тивность пылеулавливания в ротационном золоуловителе после скруб- бера с трубой Вентури составляла 20-30%, аэродинамическое сопро- тивление — 130-150 Па, удельный расход воды на орошение снизился до 0,08 кг/м\ Однако и степень золоулавливания в целом по котлу при такой схеме нельзя считать достаточно высокой — 94,6%. Одним из методов повышения КПД мокрых золоуловителей с ТКВ является использование двухступенчатой обработки запыленного га- зового потока водой. Такой принцип осуществлен в мокром много- вводном кольцевом золоуловителе типа ММК, разработанном и вне- дренном Сибтехэнерго при участии КазНИИЭ, НОТЭП и Приморской ГРЭС. Данный аппарат представляет собой кольцевой орошаемый скруббер с равномерно распределенными по периметру подводами дымовых газов, в каждом из которых последовательно установлены две ступени предварительной коагуляции: нучок-турбулизатор и тру- ба-коагулятор Вентури. В первой ступени происходит турбулизация запыленных дымовых газов. За счет возникающих при этом интенсив- ных пульсаций мелкие частицы золы с размерами менее 5 мкм коагу- лируют с впрыскиваемой водой. Далее поток поступает в ТКВ, где происходит процесс инерционной коагуляции частиц. По данным Сибтехэнерго, эффективность золоулавливания в ап- паратах типа ММК, установленных за котлами БКЗ-220 на бикинском буром угле (Приморская ГРЭС) и ТП-170 на кузнецком угле (Новоси- бирская ТЭЦ-4), составляет 98,2-99,0% при сравнительно невысоких удельных расходах воды на орошение — 0,07-0,13 кг/м^ Недостатком аппаратов этого типа является повышенное аэродина- мическое сопротивление установки — 1400-1600 Па, в то время как рекомендуемые значения не должны быть более 1000-1500 Па, чтобы удовлетворять общим гидравлическим характеристикам газового траю, та котлоагрегата. Необходимо отметить, что высокое сопротивление является основным недостатком всего класса установок с ТКВ. В этом отношении из других известных типов мокрых золоуловий телей (полые, насадочные, тарельчатые газопромыватели, ротоклоны^ механические газопромыватели) конкуренцию установкам с ТКВ могли бы составить полые газопромыватели, выполненные в виде промыв- ных камер с размещенными внутри в несколько рядов форсунками; Для повыщения эффективности очистки на пути движения газов уста- навливаются отбойные пластины, перфорированные листы, сетки и т. д. В конце камеры расположен брызгоуловитель. Аэродинамичес- кое сопротивление таких установок не более 300-500 Па. Однако в настоящее время аппараты этого класса мокрых золо4. уловителей практически не используются для очистки дымовых газо» ТЭС вследствие присущих им недостатков — низких экологических показателей для защиты воздушного бассейна от загрязнений поел® котлов, ограниченной производительности из-за пониженной скорос-1 ти движения газов (1,5-2,5 м/с) и значительного времени пребывания газов в камере (не менее 3 с), больших габаритов, металлоемкости высоких капитальных и эксплуатационных затрат. 9. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОКСИДА АЗОТА ОТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ 9.1. ОБРАЗОВАНИЕ ОКСИДОВ АЗОТА В результате взаимодействия азота, содержащегося в топливовоз- душной смеси и топливе, с кислородом и другими компонентами в топочной камере котлов образуются оксиды азота. Среди них различа- ют тепловые (термические) или воздушные оксиды азота, топливные и «быстрые». Физико-химические свойства оксидов азота приведены в табл. 9.1. Таблица 9.1 Физико-химические свойства оксидов азота Свойства Окисел N2O NO N2O3 N0, N2O4 N2O5 Молекулярная масса, а. е. м. 44,01 30,01 76,01 46,00 92,02 108,01 Плотность, кг/м^ 1,980 1,340 — 1,491 1,491 — Критическое давление, МПа 7,0 6,35 — 98 — 0,14 Критическая температура, °С 36,4 -93,2 — 158 — 41 Температура кипения при нормальных условиях, °С -89,5 -151,8 3,5 21,15 45,0 Температура плавления, °С -102,4 -163,6 -102 — -11,2 29-30 Тепловые (термические) оксиды азота образуются за счет окис- ления молекулярного азота воздуха при максимальных температурах по схеме: N2+ О N 0 + N; N + О^ О + N0; N2+ О -^е-» 2N0; N + ОН <-> N 0 + Н. Определяющими факторами при образовании термических NO .^ являются: - температра в зоне горения. При темпераутре в зоне горения выше 1500° С процесс образования N 0 интенсифицируется. Воз- действие на уровень температуры в зоне горения можно оказы- вать разными способами (рециркуляция продуктов сгорания, сту- пенчатое сжигание и т. п.). В топках с жидким шлакоудалением уменьшение максимальной температуры ограничивается усло- виями надежного удаления шлаков в рабочем диапазоне нагру- зок котлов. В топках с твердым шлакоудалением по мере сниже- ния температуры факела ухудшается стабильность его воспла- менения, уменьшается интенсивность его выгорания. Кроме того, выход тепловых оксидов азота для пылеугольных котлов по срав- нению с топливными относительно невысокий; - избыток воздуха в факеле. Выход оксидов азота в зависимости от избытка воздуха в топке имеет экстремальный характер. В определенной области значений избытков воздуха повышение концентрации кислорода в продуктах сгорания топлива приво- дит к интенсификации окисления азота воздуха, росту равно- весной концентрации окиси азота. При увеличении избытка воз- духа сверх экстремального значения снижается максимальная температура факела за счет его охлаждения, что приводит к со- кращению выбросов оксидов азота. Уровень экстремального зна- чения избытка воздуха зависит от условий смесеобразования, условий горения. При кинетическом горении а > 1, в диффузи- онном факеле экстремальное значение избытка воздуха возрас- тает по мере ухудшения смесеобразования; - время пребывания в зоне горения. Для условий протекания про- цессов образования тепловых оксидов азота в топках котлов и камер сгорания ГТУ время достижения равновесной их концен- трации находится в прямой зависимости от времени пребыва- ния взаимодействующих компонентов в зоне реакции. Чем боль- ше время пребывания газовоздушной смеси и промежуточных продуктов реак1(1ии в зоне максимальных температур факела, тем выше концентрация оксидов азота в продуктах сгорания топлив. Образование топливных оксидов азота происходит за счет реак- ций окисления азотсодержащих соединений топлива. Для мазута этот процесс можно представить в соответствии со следующей схемой: R N R + N ; R N + O j ^ N O + R O ; N + 0 2 - > N O + о . Ha начальном участке факела при наличии в нем частиц, не всту- пающих в реакцию, образуется и молекулярный азот N + M + N - ^ N j + M. При сжигании угольной пыли в топках с твердым шлакоудалени- ем топливные оксиды азота в общем их объеме выбросов составляют порядка 90%. Для мазутных котлов выход топливных оксидов азота относительно невысокий, а для котлов, работающих на природном газе, вообще отсутствует. Процесс образования топливных оксидов азота происходит с раз- ной интенсивностью как на начальном участке факела при сгорании летучих, так и за счет окисления азота, содержащегося в коксовых ос- татках. Вклад последней стадии процесса в общий выход оксидов азо- та незначительный. При догорании коксовых частиц выделяется не более 20-25% общего выхода топливного азота. В молекулярный азот переходит до 70-80% топлива азота. Интенсивность процессов перехода связанного азота в его окси- ды определяется следующими факторами: - температурой в зоне горения. Процесс окисления азота возду- ха в зависимости от температуры факела протекает более интенсив- но, чем процесс образования топливных оксидов азота. Выход топ- ливных оксидов азота зависит от количества образовавшихся таких азотсодержащих компонентов, как аммиак и цианиды водорода, вы- деляющихся вместе с летучими на начальном участке факела. В пер- вичной зоне при t = 1000° С с летучими выделяется около 50% азота, содержащегося в топливе, в области температур 700-1100° С проис- ходит рост выхода оксидов азота, а затем при t > 1200° С преоблада- ет процесс термических оксидов азота. Чем выше скорость выделе- ния летучих, тем меньше избыток воздуха в этой зоне и тем ниже выход топливного азота. Доля азота топлива, перешедшего в газообразное состояние в ди- апазоне температур Г до 1500° С при разном содержании летучих Fp, может быть определена по эмпирической зависимости у _ 0,4861 + Q,01F'' -f 3545ехр(-20460/ДГ) 1 + 3545ехр(-20460/ЛГ) Степень газификации азота топлива в объеме топочной камеры Ег зависимости от вида твердого топлива может достигать 90%. Необхо-' димо отметить, что определение степени влияния только температуры в зоне горения на процесс образования оксидов азота представляется сложной задачей, поскольку одновременно в этих процессах проявля- ется влияние других факторов, обусловливающих восстановление оки- си азота продуктами неполного горения топлив, реагирование с угле- родом не догоревших частиц топлива и т. п. Выход топливных оксидов азота снижается при предварительном подогреве угольной пыли пе- ред подачей ее в горелку; - избытком воздуха в факеле. В результате разрушения сложных азотсодержащих молекул топлива образовавшиеся цианиды и амины вступают в реакции с кислородом, что приводит к выходу оксида азо^ та. Эти реакции протекают интенсивно только в окислительной среде, в восстановительной - образуется молекулярный азот Кроме того, NO восстанавливается на поверхности углеродных частиц с образовани- ем Nj. Восстановление образовавшегося оксида азота при наличии продуктов химнедожога осуществляется по схеме: 2N0 + 2СО ^ 2С0^ + N,; 2N0 + 2Н, 2 Н р + N .^ Зависимость выхода топливных оксидов азота от избытка воздуха имеет экстремальный характер. При его повышении уменьшается тем- пература в зоне обратных токов, снижается подогрев частиц топлива, в область повышенных избытков воздуха смещается зона газифика- ции и выделения азотных соединений топлива. Путем снижения кон- центрации кислорода на начальном участке можно подавлять процесс образования оксидов азота. В интервале значений максимальной температуры факела Т^ 1200 К < Т ^ < 1800 К для расчета выхода оксидов азота можно при- менять эмпирическую зависимость NO = 7 • 10-^/:, ( о , N 0 _ , мг/м\ где О2 -— среднеинтегральная концентрация кислорода на участке об- разования топливных оксидов азота, % (об); ЛГ, - коэффициент, учитывающий степень метаморфизма угля; — предельно возможная концентрация топливных оксидов азота, мг/м^; - содержанием связанного азота в топливе. Степень конверсии азота топлива в оксиды увеличивается с понижением его содержания в топливе с одновременным ростом валового выхода оксидов азота; - видом азотсодержащих соединений. Конверсия азота топлива в оксиды зависит от степени метаморфизма самого топлива, определя- ющей устойчивость азотных соединений. Для торфов и бурых углей степень конверсии наиболее высокая. Для полукоксов в процессе по- лукоксования выделяются наименее термостойкие азотные соедине- ния, поэтому степень конверсии связанного азота в его оксиды нахо- дится на уровне 10-12%. «Быстрые» оксиды азота образуются на начальном участке фа- кела в области относительно низких температур. Определяющее вли- яние на процесс образования быстрых оксидов азота оказывают ради- калы, образующиеся в процессе термического разложения топлива (СН, HCN, NH, NHj и др.). Уровень выхода этих оксидов азота практически не зависит от рассмотренных выще режимных мероприятий и указы- вает на технический предел снижения оксидов азота без применения способов их восстановления и связывания. В результате рассмотрения приведенных выше особенностей ме- ханизма образования оксидов азота в энергетических котлах необхо- димо отметить, что на их выход одновременно оказывают влияние режимные параметры процессов горения, а также свойства топлива. Важнейщие из них: содержание связанного азота в топливе и форма азотсодержащих соединений, интенсивность смесеобразования, тем- пературный уровень процесса. При разработке технологических методов подавления оксидов азо- та в топках котлов необходимо учитывать то, что зона их образования может быть локализована на начальном участке факела в области мак- симальных температур. Средства воздействия на топочный процесс выбираются в зависимости от преобладания степени влияния отдель- ных режимных параметров. В частности, для высококалорийных топ- лив при подавлении оксидов азота эффективным будет снижение тем- пературы и выравнивание температурных полей в топочной камере, уменьшение избытков воздуха в топливовоздушной смеси и сокраще- ние времени пребывания в высокотемпературной зоне. Для низкотем- пературного сжигания топлив, содержащих связанный азот, наиболее эффективным является снижение избытка воздуха в начальном участ- ке факела. Целесообразно осуществлять локальное воздействие на начальный участок факела для создания и интенсификации восстано- вительных процессов с переводом образовавшихся оксидов азота в молекулярный азот. Одним из основных направлений в реализации технологических методов снижения выбросов оксидов азота энергетическими котлами является разработка соответствующих конструкций топочно-горелоч- ных устройств и оптимизация режимов их эксплуатации с учетом эко- лого-экономических показателей. В зарубежной и отечественной энергетике разработано больпюе количество технических решений, реализующих технологические ме- тоды сокращения выбросов оксидов азота. Классификация этих мето- дов приведена на рис. 9.1. Эффективность внедрения одних и тех же технологических ме- роприятий на котлах современных конструкций существенно разли- чается. Газомазутные котлы, объединенные по конструктивным при- знакам, можно разделить на две группы: с открытой и полуоткрытой топкой. Для I группы котлов характерна односторонняя и встречная компоновка с одно-, двух-, трех-, четырехъярусным расположением горелок. Котлы II группы выполняются, как правило, с фронтальной одноярусной и встречной компоновкой горелок. Как было показано, процесс образования оксидов азота в основ- ном завершается в зоне активного горения (ЗАГ). Поэтому в зависи- мости от характера воздействия различных технологических меро- приятий изменяются характеристики ЗАГ, что приводит к разным значениям формирующихся экологических показателей работы кот- ла. К числу основных характеристик ЗАГ относятся: величина отра- Рециркуляция дымовых газов Снижение температуры горячего воздуха Секционировакие топки двухсветными экранами Рассредоточение факела по высоте топки Нестекио мет- рическое сжигание Сжигание в кипящем слое Ступенчатое сжигание Применение горелок с затянутым смесеобразованием Предварительная термическая обработка Восстановление NOx в топке Применение горелок с регулируемой долей первичпого воздуха Сжигание в предтопке с недостатком окислителя Рис. 9.1. Классификация технологических методов снижения выбросов оксидов азота жснного теплового потока "^д")-, среднеинтегральная температура фа- кела Гзд ,^ время пребывания продуктов сгорания топлива в зоне вы- соких температур ('CздJ.) и коэффициент избытка воздуха «здр. Эффек- тивность влияния различных способов сжигания оксидов азота на характеристики ЗАГ и суммарный их выход иллюстрируются дан- ными табл. 9.2. Таблица 9.2 Влияние различных внутритопочных мероприятий на основные характеристики ЗАГ Мероприятие ЧЗАГ Т ' ЗАГ -Сздг «ЗАГ Влияние HaNO^ Рециркуляция К = 2 0 % Уменьшается на 10-15% Уменьшается на 100-120° С Уменьшается на 5-7% Немного увеличи- вается Снижение на 40-60% Впрыск влаги Уменьшается на 2-5% Уменьшается на 60 -100°С Практически не меняется Практи- чески не меняется Снижение на 15-25% Двухступен- чатое сжига- ние 5 = 2 0 % Уменьшается на 15-40% (в зависимо- сти от спосо- ба реализа- ции) Уменьшается Увеличива- ется на 10- 50% Уменьша- ся а < 1 Снижение на 20-40% Нестехиомет- рическое сжигание Уменьшается То же Увеличива- ется а<\ а> 1,25 Снижение на 20-50% Двусветный экран Уменьшается на 15-20% Немного сни- жается Практически не меняется Не меня- ется Снижение на 15-30% Для большинства типоразмеров газомазутных котлов основные ха- рактеристики ЗАГ изменяются в следующих пределах: Тд^ ,^ = 0,3 • • • 1,2 с; ^Аг 0,8-1,1; дзд')- = 0,8-1,3 МВт/м1 Характеристики ЗАГ в значи- тельной степени определяют выход оксидов азота, и их влияние явля- ется преобладающим по сравнению с конструктивными признаками топочных камер. Предложенная в Московском энергетическом институте классифика- ция газомазутньгх котлов по характеристикам ЗАГ приведена на рис. 9.2, Приведенная классификация газомазутных котлов позволяет в зна- чительной степени облегчить выбор эффективных способов сниже- ния выбросов оксидов азота для конкретных типов котлов с учетом их конструктивных особенностей. При совместном сжигании газа и мазута для снижения выбросов оксидов азота важное значение имеет выбор оптимального соотноше- ния этих топлив, а также расположение горелок. Для пылеугольных котлов на выход оксидов азота существенное влияние оказывает доля первичного воздуха и разность скоростей первичного и вторичного Г а з о м а з у т н ы е к о г л ы (Uto.i ^КОЗ.-М.иб) = 0,62 МВт/м^ =0.62 с = 0,83 Г р у п п а 1 Группа 2 N O , = l 7 5 D D m N 0 , = Е К З - 1 6 0 - 175.. ,250 Dtim 100ГМ1(3) Т Г М - 8 4 ( 3 ) БКЗ-160- Т Г М - 8 4 Л ( 2 ) ЮОГМ (2) Т Г М - 8 4 Б ( 2 ) Е К З - 1 2 0 - Т Г М - 1 5 1 ( 3 ) 1 0 0 Г М ( 3 ) Б К З - 3 2 0 - Б К З - 7 5 - 3 9 Г М 140ГМ8(2 ) (2) BK3-42U- ПТВМ- 100(2) М 0 Н Г М 4 ( 2 ) ПТВМ-180(2) Г М - 5 0 - 1 4 ( 1 ) ГМ-50-1(2) ПТВМ-50(2) =0,78 МВт/м^ =0,34с >0,34 Г р у п п а 3 Г р у п п а 6 N 0 , = 2 8 0 . . , 8 5 0 PPip 4t)0„.50Dppm Т Г М - 9 4 ( 4 ) Т Г М П - 1 1 4 ( 1 ) Т Г М - 9 6 Л ( 3 ) П - 4 | ( | ) П-56(1 ) Тзлг > ( 1 Д ? С Гтшш 7 11)0.,.750 р р т Т Г М П - 1 2 ( ) 2 ( 3 ) Т Г М П 2 0 4 Х Л ( 3 ) Т Г М П - 3 4 4 ( 2 ) Т Г М П - 3 2 4 ( 2 | Т Г М П - 3 1 4 ( 2 ) Г р у п п а 4 Г р у п п а 5 NOr N0.= l 75 , . . 2S0ppm 300 3 5 0 р р т Б К З - 3 2 0 - Т Г М | ; - 2 0 6 ( 2 1 иогми» Т Г М Е ' 4 6 4 ( 2 ) Б К З - 3 2 0 - ТГМ- | )6В(2 ) 140ГМ:(1 ) П-47(2 ) Т Г М Е - 4 2 8 ( 1 ) Рис. 9.2. Деление газомазутных котлов по характеристикам ЗАГ (в скобках указано количество ярусов горелок) воздуха в горелках, а также тонкость помола пыли. При сжигании твер- дого топлива эффективно могут быть использованы вихревые и пря- моточные горелки разных модификаций, различные варианты двух- и трехступенчатого сжигания с вводом азотсодержащих соединений. В ряде случаев могут быть рекомендованы перевод топок с жидкого на твердое шлакоудаление, переход от факельного сжигания к факельно- слоевому, к топкам с циркулирующим кипящим слоем и др. Необхо- димо широко использовать возможности изменения структуры топ- ливного баланса, распределения нагрузок между котлами. Для газо- плотных котлов с рециркуляцией дымовых газов предпочтительно внедрение более совершенных по экологическим показателям горе- лочных устройств. 9.2. ЗАВИСИМОСТЬ ВЫХОДА ОКСИДОВ АЗОТА ОТ ИЗБЫТКОВ ВОЗДУХА В ТОПОЧНОЙ КАМЕРЕ В энергетических котлах в практически реализуемом интервале из- менения избытка воздуха в топке от 1,01 до 1,08 и по мере его повыше- ния удельный выброс оксидов азота увеличивается. В тех же условиях при сжигании мазута снижается выброс твердых частиц вследствие уменьшения органической составляюш,ей аэрозолей и высокотоксичного бенз(а)пирена. Наиболее резко увеличение выброса твердых частиц происходит при минимальных значениях избытков воздуха. Поскольку мазутные котлы, как правило, не оборудованы пылезолоуловителями, выбор оп- тимальных значений избытков воздуха в топке должен осуществлять- ся по результатам технико-экономических расчетов с учетом экологи- ческих последствий воздействия ТЭС на окружающую среду. Несмотря на то, что по экономическим соображениям и условиям надежности сжигание мазута на энергетических котлах наиболее выгодно осуще- ствлять при предельно низких избытках воздуха = 1,01-1,02), с учетом экологических факторов, например, для городских ТЭС этот показатель может быть оптимальным на уровне а^^, =1,05. Для котлов, работающих на природном газе, с точки зрения умень- шения выбросов оксидов азота снижение избытков воздуха в топке до предельно низких значений вполне оправдано. Это связано со значи- тельно меньшим, чем на мазуте выбросом бенз(а)пирена и сажи (на 1 - 2 порядка) и отсутствием химнедожога при 1,03. Установлено, что для газомазутных котлов мощностью менее 300 МВт в большинстве условий удельные выбросы оксидов азота при работе на газе ниже, чем на мазуте. Для котлов мощностью более 300 МВт значения выбросов оксидов азота на газе выше, чем на мазуте. Для газомазутных котлов это различие объясняется тем, что в котлах мощностью до 300 МВт по сравнению с котлами боль- шей мощности ниже подогрев воздуха, относительно крутая зави- симость темпа охлаждения факела, пониженная максимальная тем- пература горения. Для котлов N >300 МВт применяется более высокий подогрев воздуха, более пологий характер кривой темпа охлаждения факела. Для пылеугольных котлов с жидким шлакоудалением для сни- жения выбросов оксидов азота эффективно могут применяться неко- торые технологические методы в сочетании с методами очистки ды- мовых газов. Снижение избытков воздуха в топочной камере позволяет снизить интенсивность образования оксидов азота, одна- ко нижний предел избытка воздуха в топке относительно высокий (порядка а = 1,17) из-за неизбежного появления продуктов неполно- го сгорания. При работе котлов на газе снижение избытков воздуха более эф- фективно, чем на мазуте. При этом уровень избытка воздуха в топке устанавливается на уровне, обеспечивающем минимальный химпедо- жог. Например, на котле ТГМ-84Б (420 т/ч) за счет снижения избытка воздуха с 1,14 до 1,06, при с^^ = 200 р р т концентрация оксидов азота сокращена на 25%. При добавке к мазуту 5-15% (по тепловыделению) в горелки нижнего яруса природного газа, удается сократить выбросы оксидов азота не менее чем на 25% без увеличения химического недо- жога. Это достигается за счет более быстрого воспламенения природ- ного газа вокруг мазутного факела и создающего недостаток кислоро- да в этой зоне. Этот способ может быть эффективным при непрерывном контроле химнедожога в дымовых газах. При оптимизации эколого-экономических показателей котлов по избыткам воздуха в САР котлов сигнала по кислороду недостаточно. Для оптимизации процессов горения необходимо вводить внешний контур управления с анализатором состава дымовых газов и контро- лем в них компонентов химнедожога, а также значений концентра- ций токсичных веществ, выход которых зависит от режимных пара- метров. Такая система требует разработки и внедрения непрерывно действующих газоанализаторов с высокой чувствительностью и точ- ностью измерений. 9.3. СТУПЕНЧАТОЕ СЖИГАНИЕ ТОПЛИВ Для улучшения экологических характеристик котлов широко при меняют двух- или трехступенчатое сжигание топлив. Наибольшее рас- пространение в энергетике получил способ двухступенчатого сжигания, реализуемый как в факелах горелок, так и в топочной камере в целом. Двухступенчатое сжигание топлива может осуществляться преимуще- ственно без реконструкции горелок и основано на использовании осо- бенностей механизма образования оксидов азота: создании восстанови- тельной среды путем подачи части воздуха ниже стехиометрического его количества, например, в нижнюю зону топки и образования при этом продуктов химнедожога с последующим дожиганием топлива в верх- нем ярусе горелок при расчетном избытке воздуха. Воспламенение и формирование ядра факела происходит в условиях недостатка кислоро- да (окислителя) в топливовоздушной смеси, а завершающая стадия го- рения происходит при подаче требуемого количества воздуха через верх- ний ярус горелок или специальные сопла. Реализация этого способа может осуществляться и по «перевернутой» схеме. Этот способ может применяться как для газомазутных, так и пылеугольных котлов. Наибо- лее высокая эффективность его использования достигается при работе крупных энергетических котлов на природном газе. Для мазутных и пы- леугольных котлов возможно увеличение потерь с недожогом топлива, повышение температуры газов на выходе из топки, пшакование и кор- розия поверхностей нагрева. Экономичность работы котлов сохраняет- ся практически без изменений, либо КПД котлов снижается до 1%, а уровень выбросов оксидов азота уменьшается на 40-50%. Эффектив- ность применения этого метода тем выше, чем ниже эксплуатационные избытки воздуха на котлах. Требуется система контроля состава газов в пристенных зонах топочного объема. Схема двухступенчатого сжига- ния топлив рекомендуется к применению на котлах всех типов, работа- ющих на бессернистом топливе. При сжигании сернистых мазутов и сероводородных газов этот способ можно применять на барабанных и водогрейных котлах. При сжигании серосодержащих топлив более эффективным явля- ется метод трехступенчатого сжигания, который может применяться в сочетании с одним из методов очистки дымовых газов, например, селективным каталитическим восстановлением оксидов азота. Обра- зование трех ступеней сжигания топлива осуществляется за счет: го- рения топлива в первой зоне с избытком или некоторым недостатком воздуха, создания восстановительной зоны благодаря вводу вторич- ного топлива, подачи дополнительного воздуха для дожигания несго- ревшего топлива. Один из вариантов трехступенчатого сжигания топ- лива реализован на котле ТП-92 (500 т/ч), работающем на угле. Сущность реализованного метода состоит в том, что 75-85% топлива сжигается в основных горелках с а = 0,95-1,0, остальное — в допол- нительных горелках с а = 0,6 и с образованием продуктов неполного сгорания, которые восстанавливают оксиды азота до молекулярного азота. Выше дополнительных горелок подают третичный воздух в ко- личестве 15-20% с обеспечением нормативного избытка воздуха за топкой и дожиганием продуктов неполного сгорания, оставшихся в факеле. В последние годы за рубежом предложены и опробованы спосо- бы снижения выбросов N0^ при сжигании органических, главным образом, твердых топлив, отличные от известных методов каталити- ческого селективного восстановления N0^ вводом аммиака или ами- носодержащих соединений в дымовые газы и пропуском их через спе- циальный реактор, заполненный катализаторами. Эти альтернативные способы требуют существенно меньших капитальных затрат, но не- сколько дороже по эксплуатационным затратам и не столь гибки в ра- боте, что создает помехи при сезонных колебаниях нагрузки, особен- но на установках малой мощности. Тем не менее, две модификации таких альтернативных методов получили достаточное для подтверж- дения их достоинств распространение на установках большой мощ- ности. Суть этих методов заключается в подаче сравнительно неболь- шой доли топлива в виде природного газа в верхнюю часть топки в стехиометрическом соотношении с воздухом или в несколько ниже стехиометрического для создания там восстановительной среды и вос- становления ранее образовавшихся в нижней части топки NO^. Вто- рой модификацией такого способа является ее дополнение вводом вместе с природным газом аминосодержащих соединений. Эти мето- ды успешно применены на ряде мощных пылеугольных блоков на ТЭС с блоками 150, 326, 340, 600 МВт, оборудованными топками твердого топлива (7-образной компоновки горелок, горизонтально-вихревой и циклонными предтопками. Обращается внимание на необходимость оперативного контроля за воздушным режимом процесса горения, так как в ряде случаев возможно повышенное содержание СО в продук- тах сгорания. Принципиальные схемы реализации двух- и трехступенчатого сжигания топлив приведены на рис. 9.3 и рис. 9.4. п А [и Рис. 9.3. Схема реализации метода при двухступенчатом (а, б) и трехступенчатом (в) сжигании топлив: 1 — горелки; 2 — воздушные шлицы; 3 — топливо/воздух; 4 — воздух; 5 — устройство для подачи азотсодержащего вещества; 6 — азотсодержащее вещество Дымовые еазы ДыпоВьл " го.зы ч) 6) Рис. 9.4. Схемы трехступенчатого сжигания топлива Следует отметить, что для каждого из типоразмеров котлов в за- висимости от его конструктивных особенностей, конструкции топоч- но-горелочных устройств при организации ступенчатого сжигания различных видов топлива необходим индивидуальный подход. По воп- росам выбора оптимального способа универсальных рекомендаций пока не разработано. Сравнительная эффективность применения раз- личных способов организации ступенчатого сжигания топлив приве- дена в табл. 9.3. Из всего многообразия разработанных и реализованных на котлах разных типоразмеров способов и средств двухступенчатого сжигания топлива ниже рассмотрены только некоторые из них. Повышение эффективности работы котлов за счет снижения со- держания токсичных компонентов в продуктах сгорания топлив мо- жет быть достигнуто следующим образом: во встречно расположен- ных и сгруппированных по парам горелках воздух подается в одинаковом количестве, а топливо в одну из встроенных горелок по- ступает в количестве, ниже стехиометрического соотношения, созда- вая бедную смесь, а в другую — выше стехиометрического соотноше- ния, создавая богатую смесь. При таком распределении топлива и Таблица 9.3 Сравнительная эффективность различных способов организации ступенчатого сжигания Способ организации ступенчатого сжигания Конструкция топочно- горелочного устройства Вид топлива % Примечание 1 2 3 4 5 1. Отключение (по топливу) верхнего яруса горелок Вихревые горелки Газ 50 При включении рециркуляции (г = 16-20%; =80%) 2. Отключение по топливу отдельных горелок Вихревые горелки (ПВК) со сбросом сушильного агента над горелками Кузнец- кий уголь 15 Вихревые Челябин- ский уголь 23 Вихревые в два яруса Газ, мазут 20 3. Перераспределение топ- лива между ярусами горелок с увеличенной подачей топ- лива в горелки нижнего яру- са Прямоточные танген- циальные ЖЩУ (пылеконцентратор) Уголь 55 Плоскофакельные горелки (б| = 0,8; б2= 1,10) Кузнец- кий уголь 40 4. Перераспределение воз- духа между ярусами горелок Вихревые в два яруса (увеличение расхода воздуха в нижний ярус) Экиба- стузский уголь 12-15 5. Сброс части воздуха в топки над горелочным поя- сом (при одинаковых избыт- ках воздуха во всех горел- ках) Прямоточные тан- генциальные Кузнецкий уголь 30-35 прямоточные тан- генциальные (ПВК) 40 Вихревые в два яру- са с фронта Кузнецкий, караган- динский, пром- продукт 30-40 6. Трехступенчатое сжига- ние (сброс части воздуха над горелками верхнего яруса) Прямоточные тан- генциальные в два яруса Природ- ный газ 50 7. Сброс части вторичного воздуха в нижнюю часть топки помимо горелок Вихревые горелки в два яруса Уголь 15-18 воздуха по горелкам в каждой из них образуется самостоятельный факел с относительно невысоким содержанием оксидов азота из-за снижения его температуры и уровня теплового напряжения топочного объема. Затем факелы встречно расположенных пар горелок сливают- ся в один, где происходит дальнейшее сгорание топлива без увеличе- ния содержания оксидов азота. При организации ступенчатого сжигания топлива достигается снижение температурного уровня и в ядре факела. При этом проис- ходит раздельное сжигание бедной и богатой топливовоздушных смесей, для которых температура горения всегда ниже, чем при од- ноступенчатом сжигании топлива с оптимальным избытком воздуха по условиям отсутствия химнедожога. Так, при сжигании углеводо- родных топлив с оптимальным избытком воздуха 1,05-1,1 теорети- ческая температура горения наивысшая и отличается от аналогич- ных значений при избытках воздуха а^^^ = 0,8 и а^^^ = 1,3 примерно на 200° С. Эффект снижения температуры горения при избытках воз- духа ниже и выше стехиометрических практически одинаков. По- этому разделение процесса сжигания топлива на две стадии - с низ- кими (богатые смеси) и высокими (бедные смеси) избытками воздуха позволяет достичь экономичного сжигания топлива с пониженной генерацией оксидов азота. Для каждой тепловой нагрузки котла известно оптимальное значе- ние, при котором достигается экономичное сжигание топлива при от- сутствии продуктов неполного сгорания — оксидов углерода и водоро- да. Обьгчно избыток воздуха на выходе из топки устанавливают на уровне 1,05-1,1. Меньшее значение избытка воздуха относится к номинальной тепловой нагрузке, большее — к нагрузке ниже номинальной. Основная задача при реализации этого способа — распределить топливо по каждой из встречно расположенных пар таким образом, чтобы обеспечить наибольшее снижение температуры факела по срав- нению с одностадийным сжиганием топлива. Например, при избытке воздуха в топке = 1,05 на одной горелке нужно иметь = 0,8, на другой а^^^ =1,3. Тогда по сравнению с одностадийным сжигани- ем с а^^^ = 1,05 температура факела при сжигании метана снизится на 180° С, что повлечет за собой снижение выбросов оксидов азота. При росте избытка воздуха в одной из горелок до а'^^ = 0,9 во второй горелке потребуется поддерживать а*^^ = 1,2, температура факела по сравнению с одностадийным сжиганием будет отличаться на 85° С, что приведет к меньшему эффекту сокращения выбросов оксидов азо^ та. Таким образом, чем ниже избыток воздуха стехиометрического уровня в одной из горелок, тем выше эффект двухступенчатого сжига- ния топлива в части сокращения выбросов оксидов азота. Поскольку устойчивая работа горелочного устройства зависит от конструктивных характеристик самого устройства и топочной каме- ры, то избыток воздуха выше стехиометрического задается по услови- ям отсутствия обрыва факела и отсутствия продуктов неполного сго- рания на выходе из топки. Избыток воздуха в другой горелке той же пары устанавливают ниже стехиометрического тем значительнее, чем выше избыток воздуха в другой горелке, с тем чтобы обеспечить опти- мальный для котла при определенной нагрузке избыток воздуха. Эф^ фективность этого способа проверена на водогрейных котлах. Известны конструкции горелочных устройств, позволяющие ре- ализовать двухступенчатое сжигание топлива с использованием толь- ко одной горелки. К ним следует отнести, например, горелочное устройство с тангенциальным и осевым подводом воздуХа. К недо- статкам этого горелочного устройства, в части возможностей сниже- ния выбросов оксидов азота с продуктами сгорания топлива, следует отнести: - высокое аэродинамическое сопротивление, вызываемое танген- циальным подводом воздуха; - сложность конструкций, предусматривающих комбинированный подвод воздуха; - взаимодействие прямого и закрученного потоков на ограничен- ной длине факела, что не позволяет обеспечить стабильное сни- жение выбросов оксидов азота; - затруднения с поддержанием оптимального соотношения рас- ходов воздуха по тангенциальному подводу и по осевой трубе. Существуют конструкции горелочных устройств, в которых двух- ступенчатое сжигание топлива обеспечивается перераспределением потоков топлива и воздуха внутри горелки с подачей богатой топли- вовоздушной смеси закрученным потоком по периферийному кана- лу, а остального воздуха — прямоточно по оси горелки с последую- щим окончательным смешением двух потоков за ее пределами в топочном объеме.^ Недостатками этих конструкций горелочных устройств являются: - относительно невысокая рабочая кампания котла из-за недопус- тимого нагрева и разрушения амбразур и устья горелок; - высокое аэродинамическое сопротивление горелки; - трудно реализуемое концентрически соосное расположение топ- ливовоздушного и воздушного каналов, образуемых корпусом и трубой. В случае смеш;ения осей и образования эллипсности каналов наступает неустойчивость процесса горения топлива. В приведенной ниже конструкции горелки двухступенчатое сжи- гание газообразного топлива организуется за счет конструкции горе- лочного устройства, позволяющего все топливо сжигать с избытком воздуха 0,7.. .0,8 и подавать остальной воздух (20-30%) выше входа в нее топливо-воздушной смеси. Расстояние между осями воздуховода ввода недостаюш;его воздуха и корпуса горелки принимается равным 3.. .4 диаметра последнего. При вводе части воздуха выше выхода топливовоздушной смеси из горелочного устройства обеспечивается двухстадийное сжигание топлива. Из-за недостатка воздуха в ядре факела снижается его темпе- ратура. При этом формируется зона горения первой стадии со значи- тельным содержанием продуктов неполного горения и относительно небольшой концентрацией оксидов азота в продуктах сгорания топли- ва. По мере подвода недостающего количества воздуха из располо- женной выше оси потока топливовоздушной смеси происходит их пе- ремешивание и завершается процесс горения топлива во второй стадии. При этом общий выход оксидов азота снижается как по сравнению с одноступенчатым сжиганием топлива, так и в сопоставлении с двух- ступенчатым сжиганием, реализуемым в приведенных выше конструк- циях горелок. Эта конструкция описанного горелочного устройства позволяет независимо от ее тепловой нагрузки сохранять заданное соотношение расходов первичного и вторичного воздуха. При этом достигается ус- тойчивый результат сокращения выбросов оксидов азота. Двухступенчатое сжигание топлив может быть организовано в горелках, оснащенных двухсопловыми форсунками. Известны механические форсунки, содержащие корпус, внут- ри которого установлены два сопла для распыления жидкого топ- лива. идно из сопел выполнено в виде наОора подвижных клиньев, установленных вокруг выходного сопла. Эта форсунка применяет- ся для повышения качества распыла при снижении нагрузки путем увеличения диапазона регулирования. При работе форсунки обра- зуется один топливный факел. Горелки, оснащенные такими фор- сунками, не позволяют достичь снижения выбросов оксидов азота, так как на выходе из них топливовоздушной смеси невозможно по- лучить два независимых топливных факела с резко отличающими- ся углами раскрытия. Имеются конструкции форсунок, предназначенные для распыле- ния топлива из двух компонентов, выполненные с общим выходным соплом. Они также не позволяют разделить топливные струи на два независимые факела и обеспечить сниженный выход оксидов азота с продуктами сгорания топлива. Более совершенной с точки зрения экологических показателей по сравнению с приведенными выше является двухконтурная (двух- сопловая) форсунка, которая применяется в установках, где требует- ся широкий диапазон регулирования производительности. Сопло вто- рой ступени таких форсунок выполнено в виде кольца. Топливные потоки обеих ступеней, взаимодействуя между собой, образуют об- щий факел. При одновременной работе обеих ступеней двухсопловой форсун- ки каждая ступень имеет полностью независимый контур. Обычно соотношения размеров в двухсопловых форсунках таковы, что угол раскрытия факела первой ступени больше угла раскрытия факела вто- рой ступени, т. е. топливные струи пересекаются. В результате образу- ется общий факел со средним значением удельных потоков топлива и общей толщиной пленки. Конструктивно форсунки имеют обобщающий показатель - гео- метрическую характеристику, которая в общем случае определяется по формуле ^ = Z ^ f c sin 3 cose, " t / I x где R^ — расстояние от оси входного отверстия до оси форсунки; х^ — радиус сопла; Р — угол между направлением входного канала и осью сопла; 0 — угол между направлением входного канала и тангенциаль- ным направлением к камере закручивания; т — число входных каналов; f^ ^ — сечение входного канала. По величине геометрической характеристики А судят о значении угла раскрытия факела. При Л > 4 он практически не увеличивается. Отмечается относительно резкое увеличение угла факела в пределах значений геометрической характеристики от О до 2. Это обстоятель- ство использовано при разработке конструкции форсунки для выбора необходимой величины соотношений между геометрическими харак- теристиками внутреннего и внешнего сопла. В упомянутых выше конструкциях двухконтурных двухсопловых форсунок геометрическая характеристика вторых ступеней (наружное распыливающеесопло) принимается обычно равной 1...2,5. Геомет- рическая характеристика первых ступеней (внутреннее распыливаю- щее сопло) всегда выше вторых в 3.. .5 раз. Таким образом, угол рас- крытия топливных струй первой ступени всегда выше аналогичного угла второй ступени. Кроме того, конструктивно принимаемое отношение наружного диаметра первого сопла (выполненного неподвижным) к диаметру второго сопла составляет DJ < 0,75.. .0,77. Такое выполнение двухконтурной форсунки (геометрические ха- рактеристики сопел и соотношение диаметров DJd^^^ позволяет полу- чить устойчивый факел из каждого сопла при раздельной работе со- пел и перемешивание топливных струй с образованием одного факела при одновременной работе двух стуценей. Наличие независимых двух контуров подачи топлива и сопла, пре- вышение геометрической характеристики внутреннего сопла по срав- нению с внешним, неподвижность внутреннего сопла не позволяют обеспечить условия снижения выбросов оксидов азота при регулиро- вании характеристик топливного факела. Эти условия характеризуют- ся состоянием поля, концентрацией реагирующих веществ в объеме факела. В рассмотренных выше конструкциях форсунок предусмот- рено образование топливного факела с более-менее равномерным рас- пределением топливных потоков в объеме. Для существенного снижения выбросов оксидов азота путем раз- деления выходящих из двухсопловой форсунки факелов на два неза- висимых топливных потока и организации двухступенчатого сжига- ния топлива внутреннее сопло двухсопловой форсунки выполнено подвижным вдоль оси. Причем в любом положении внутреннего со- пла его выходной торец выступает за пределы внешнего сопла, а гео- метрическая характеристика внутреннего сопла в 2-3 раза меньше, чем у внешнего сопла. Для обеспечения стабильности характеристик фа- кела и одинаковых исходных условий при распылении топлива подачу его в сопла форсунки предусмотрено осуществлять по общему топ- ливному патрубку. Эта форсунка за счет ее конструктивных особенностей позволяет независимо от режимных параметров обеспечить получение факела распыляемого топлива из двух конусов — наружного и внутреннего. Причем угол раскрытия факела внутреннего сопла значительно ниже угла раскрытия факела внешнего сопла. Разделение топливного факе- ла на два независимых топливных потока создает условия для осуще- ствления двухступенчатого сжигания топлива. Выполнение внутреннего сопла форсунки подвижным вдоль оси позволяет изменять угол конуса распыления топлива внешнего со- пла. Это особенно важно для условий его работы. Угол конуса рас- пыления топлива зависит от скорости топливных потоков, которая определяется количеством пропускаемого топлива через сопло и его живым сечением. Последнее можно изменять за счет перемещения внутреннего сопла. При работе двухсопловой форсунки, установленной в горелочном устройстве с организованным подводом воздуха, в прикорневой зоне факела создается зона, обогащенная топливом за счет его перемеще- ния при поступлении из двух конусов с частью воздуха, при этом из- быток воздуха в этой зоне ниже стехиометрически необходимого. Го- рение топлива затягивается со снижением температуры факела и образованием в прикорневой зоне компонентов химического недожо- га топлива СО, Н^ , СН^ , С ,^ Н .^ Остальной воздух, выходящий из периферийной зоны амбразу- ры горелки, взаимодействует с частью топлива, поступающего из внешнего сопла. В периферийной части факела образуется зона, обед- ненная топливом, с избытком воздуха больше стехиометрически не- обходимого. В результате этого сгорание топлива происходит по ступенчатой схеме с образованием двух зон горения: прикорневая зона с а < 1,0 и периферийная зона дожигания с а > 1,0. По этой схеме сжигания топ- лива происходит подавление процессов образования оксидов азота за счет снижения температуры факела и восстановления уже образовав- шихся оксидов азота за счет наличия в прикорневой зоне факела ком- понентов химнедожога топлива. Для изменения режимов работы форсунки внутреннее сопло пе- ремещают с помощью установленных регулирующих шайб (регули- рующей гайки или другим путем) вдоль оси форсунки, изменяя вход- ное сечение внешнего сопла и обеспечивая нужный угол раскрытия факела. При применении рассмотренной конструкции форсунки обеспе- чивается полное сгорание топлив с минимальным выходом оксидов азота. Это достигается за счет распыления топлива с созданием двух независимых конусов и неодинаковым перемешиванием топливных струй с воздухом. Конструкция форсунки позволяет обеспечить выход топливных струй с разной скоростью и толщиной пленки, что дает возможность управлять процессом подавления оксидов азота. В табл. 9.4 и 9.5 представлены сведения о результатах внедрения отдельных технологических методов снижения выбросов оксидов азота на котлах разных типоразмеров некоторых тепловых электростанций бывшего Советского Союза. Как следует из приведенных данных, эффективность ступенчато- го сжигания топлив при работе котлов на газе и на мазуте более высо- кая, чем при работе на твердом топливе. Анализ уровня экологичес- ких показателей пылеугольных котлов после реализации мероприятий показывает, что для соблюдения устанавливаемых нормативных уров- ней ПДВ оксидов азота использования только технологических мето- дов недостаточно. Требуется как разработка более совершенных тех- нологических методов, так и способов денитрификации дымовых газов. В то же время возможности уже известных технологических методов не исчерпаны и в соответствующих эксплуатационных условиях эф- фективность их может быть существенно повышена. Результаты внедрения технологических методов оксидов азота на газомазутных котлах Таблица 9.4 снижения Методы подавления образования оксидов азота Тип и паро- производи- тсльноеть котла Топливо Содержание NOj при а = 1,4, мг/м^ Котлы, на которых осуществлены мероприятия по снижению N0, до реализации методов после реа- лизации методов 1 2 3 4 5 6 Применение горелок с пониженным выходом N0 , и подачей дымовых рециркулирующих газов ТМ-104 670 т/ч Газ, мазут 335 510 120 250 Два котла ТМ-104 Шатурской ГРЭС Трехступенчатое сжига- ние и подача рециркули- рующих газов в горелки ПК-33 670 т/ч Газ 300 90 Два котла ПК-33 Щекинской ГРЭС Двухступенчатое сжигание, топлива ТГМ-84 420 т/ч Газ, мазут 260 425 140 240 Котлы ТГМ-84 ТЭЦ-9 Мосэнерго Трехступенчатое сжига- ние топлива ТГМ-96Б 480 т/ч Газ, мазут 470 370 230 220 Четыре котла Северной ТЭЦ Ленэнерго и три - ТЭЦ-8 Мосэнерго Двухступенчатое сжига- гание, рециркуляция га- газов с впрыском 10% воды в горелки ТГМП-204 2500 т/ч Газ 1200 160 Котлы ТГМП-204 Сургутской ГРЭС Подача рециркулирующих газов в воздуховод перед горелками КВГМ-180 494 ГДж Газ, мазут 220 400 60 150 Котлы КВГМ-180 ТЭЦ-21,ТЭЦ-23, ТЭЦ-25 Мосэнерго Горелки г д е с понижен- ным выходом NOj и двухступенчатое сжига- ние ПТВМ-100 419 ГДж Газ, мазут 220 350 120 260 Котлы ПТВМ-100 Каунасской ТЭЦ Двухступенчатое сжига- ние топлива КВГМ-100 419 ГДж Газ 220 65 Котлы КВГМ-100 Курской ТЭЦ-1 Ввод рециркулирующих дымовых газов на всас дутьевых вентиляторов ТГМ-84 420 т/ч Газ 300 125 Котлы ТГМ-84 Ново-Рязанской ТЭЦ Рециркуляция дымовых газов (г = 15%), прямо- точные горелки, малые избытки воздуха ПК-41 475 т/ч Мазут 850 240 Котлы ПК-41 Кармановской ГРЭС Рециркуляция дымовых газов {г 21%), ступен- чатое сжигание топлива ТГМП-344 950 т/ч Газ, мазут 1500 1320 100 210 Котлы ТГМП-344 ТЭЦ-26 Мосэнерго Трехступенчатое сжига- ние топлива и ввод ре- циркулирующих дымо- вых газов на всас дутье- вого вентилятора ТГМ-96Б 480 т/ч Газ 470 135 Котел ТГМ-96Б ТЭЦ-8 Мосэнерго 1 2 3 4 5 6 Горелки с пониженным выходом N0^, ступенча- тое сжигание топлива ТГМ-114 475 т/ч Газ, мазут 950 850 85 130 Котлы ТГМП-114 Средне- уральской ГРЭС Подовые горелки, ре- циркуляция дымовых га- зов, ступенчатое сжи- гание тгмп- 314П 950 т/ч Газ, мазут 1400 1300 90 250 Котлы ТГМП-314П ТЭЦ-26 Мосэнерго Рециркуляция дымовых газов, ступенчатое сжи- гание ТПЕ-430 500 т/ч Газ 300 65 Котел ТПЕ-430 Астраханской ТЭЦ-2 Многоступенчатое сжи- гание топлива, рецирку- ляция дымовых газов на всас дутьевых вентиля- торов (г =30%) ТГМ-96Б 480 т/ч Газ 470 30 Котел ТГМ-96Б ТЭЦ-8 Мосэнерго Таблица 9.5 Результаты внедрения технологических методов снижения концентрации оксидов азота в дымовых газах нылеугольных котлов Методы по- давления оксидов азота Паропро- изводи- тель- ность котла, т/ч Тепло- вая мощ- ность котла, МВт Топливо, способ шлако- удалсния (ТШУ, ЖШУ)' Содержание NO^ при а = 1,4, мг/м' Котел, на котором реализованы мероприятия исход- нос состоя- ние после реализа- ции меро- приятий 1 2 3 4 5 6 7 Двухступенчатое сжигание 210 155 Кузнецкий марки Г и промпро- дукт, ТШУ Котел БКЗ-210-140Ф Западно-Си- бирской ТЭЦ Ступенчатое сжи- гание 170 130 Донецкий тощий, ЖШУ 960 640 Котел ТО-170 Ярославской ТЭЦ-2 Упрощенное сту- пенчатое сжигание 500 372 Львовско- волын- ский, ТШУ 840 540 Котел ТП-92 Добротвор- ской ГРЭС Трехступенчатое сжигание с использованием 12% газа 950 812 Донецкий марок Г, Д, ЖШУ 1100- 1200 500-570 Котел ТПП-312 Ладыжинской ГРЭС Упрощенная схема трехступенчатого сжигания с заме- ной горелок 420 314 Азойский уголь, ТШУ 1100 650 Котел ТП-85 Иркутской ТЭЦ-9 1 2 3 4 5 6 7 Концентрическое сжигание и ступенчатый ввод воздуха 420 314 Смесь азейского бурого и чсрсмхов- екого каменного 1100- 1400 700-770 Котел ПК-24-82СП Иркутской ТЭЦ-10 Подача пыли высокой концентрации в горелки 475 406 Экибаетуз- ский уголь, ТШУ 800 400 Котел ПК-39 дубль-блок (два котла по 475 т/ч Троицкой ГРЭС) Предварительный подогрев угольной пыли 420 314 Тощий уголь, ЖШУ 1300 800-850 Котел ТП-87 Ижевской ТЭЦ-2 Двухступенчатое сжигание 220 155 Кузнецкий марки Г, ТШУ 830 430 Котел БКЗ-220-100 Кузнецкой ТЭЦ Упрощенное трех- ступенчатое сжи- гание 187 140 Подмосков- ный бурый, ТШУ 750 450 Котел ТП-230 Ступин- ской ТЭЦ Примечание. ' ТШУ, Ж Ш У — твердое и жидкое шлакоудаление соответственно. 9.4. РЕЦИРКУЛЯЦИЯ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ Одним из наиболее эффективных и распространенных способов снижения выбросов оксидов азота в энергетических котлах является рециркуляция дымовых газов (РДГ), т. е. возврат их части в топочную камеру. РДГ имеет многофункциональное назначение и применяется не только для улучшения экологических показателей работы котлов, но и для обеспечения их режимных параметров (температура газов на выходе из топки, перегрев пара, сушка топлива и т. п.). Экологический эффект применения РДГ в котлах достигается в основном из-за снижения максимальной и средней температуры факе- ла как за счет балластирования топливовоздушной смеси, так и за счет выравнивания полей температур, а также снижения концентрации окис- лителя (кислорода) в зоне горения. Применение способа РДГ позволя- ет в газомазутных котлах снизить выход оксидов азота на 50% (в ряде случаев и выше) от исходного уровня. РДГ оказывает существенное влияние на выход тепловых (термических) оксидов азота и незначи- тельное — на выход топливных. Способы сжигания топлива с вводом рециркулирующих дымовых газов в воздушный тракт горелочных устройств позволяют снизить тепловые нагрузки экранов и перераспределять тепловосприятия по- верхностей нагрева котлов, а также уменьшать выход оксидов азота. Однако для сокращения выхода оксидов азота при таком способе сжи- гания топлива газы рециркуляции нужно подавать в значительных объе- мах, что может привести к снижению устойчивости процесса горения топлива. При вводе газов рециркуляции в воздушные короба появля- ется опасность загазованности помещения котельной газовоздушной смесью через неплотности воздушных коробов. При одновременном сжигании жидкого и газообразного топлива в вихревых горелках воздух подается центральным и периферийным кольцевыми потоками, а газы рециркуляции подают между потоками воздуха со скоростью, в 1,08-1,5 раза превышающей среднюю ско- рость центрального потока воздуха. Жидкое топливо распыляется в центральном поток форсункой, расположенной по оси горелки, а газо- образное топливо подается из кольцевого коллектора в периферийный поток воздуха. Этому способу присущи следующие недостатки: - чрезмерное охлаждение газами рециркуляции периферийной зоны факела для достижения требуемой температуры по усло- виям подавления оксидов азота в ядре горения, что приводит к неустойчивости горения; - требуются значительные объемы газов рециркуляции, что вле- чет за собой рост энергетических затрат на собственные нужды; - увеличение потерь теплоты с уходящими газами. Для снижения выхода оксидов азота при совместном или раздель- ном сжигании жидкого и газообразного топлива газы рециркуляции целесообразно делить на два потока. Один из них, составляющий от 20 до 35% от общего объема газов рециркуляции, подают закручен- ным в корень горения топливного факела по дополнительному каналу, а второй — между кольцевым и периферийным потоками воздуха. Особенностью этого способа является деление газов рециркуля- ции на два потока в приведенном выше соотношении и подача одного из потоков в ядро горения топливного факела по специальному цент- ральному каналу. Разделением газов рециркуляции на два потока можно сократить их общий объем, поскольку ввод части газов рециркуляции в ядро го- рения факела позволяет более эффективно снизить его температуру и обеспечить пониженный выход оксидов азота и одновременно решить перечисленные выше задачи. Рециркуляция части продуктов сгорания топлива в зону ядра го- рения за счет ввода дымовых газов с более низкой температурой и сни- жения содержания окислителя в них позволяет достичь значительно- го уменьшения температуры ядра факела. Как известно, воздействие на течение топочных процессов путем понижения избытков воздуха и температуры в ядре факела позволяет существенно снизить концентрацию оксидов азота в дымовых газах. Для достижения этого эффекта достаточно ввести в ядро горения топ- ливного факела газы рециркуляции в количестве не более 20-35% от их общего объема. Поскольку зона факела, в составе которой ядро го- рения, занимает не более 1/3 объема факела, то объем рециркулирую- щих газов, подаваемых в ядро горения, не должен превышать указанной выше величины. Остальная часть газов рециркуляции подается в пе- риферийные зоны факела для их охлаждения и обеспечения условий двухстадийного сжигания топлива за счет разделения воздушных по- токов. В зоне ядра горения обеспечивают условия для протекания ре- акций восстановления азотистых соединений в молекулярный азот. При вводе газов рециркуляции в рассечку между двумя потоками в горелке за счет замедления смесеобразования и снижения локаль- ной концентрации кислорода на начальном участке факела появляет- ся возможность влиять на процесс окисления связанного азота топли- ва и тем самым уменьшать выход оксидов азота. В 3aBHCHM0QTH от способа ввода рециркулирующих газов в топку по-разному проявляется роль отдельных факторов в процессе образо- вания оксидов азота? и эффективность РДГ неодинакова. С позиций повышения экологического эффекта целесообразно предусматривать возможность подачи газов рециркуляции в котлах до 25 вместо 15-20% на существующих типах котлов для поддержания соответствующих теплотехнических параметров. На многочисленных типах энергетических котлов была провере- на эколого-экономическая эффективность разных схем реализации РДГ. Установлена низкая эффективность РДГ при повышенных исходных значениях избытков воздуха в топке. Это связано с ростом концентра- ций кислорода в рециркулирующих газах. Снижение эффективности РДГ происходит при пониженных нагрузках котлов. Увеличение сте- пени РДГ выше 20-25% практически не приводит к сокращению вы- бросов оксидов азота. Применение РДГ приводит к снижению КПД котлов в среднем на 0,03-0,06% на каждый 1% кратности рециркуля- ции и требует, как правило, реконструкции тоночно-горелочных уст- ройств, а также установки специальных дымососов. Для пылеугольных котлов с твердым щлакоудалением способ РДГ малоэффективен из-за сравнительно низких температур в топках, а для котлов с жидким щлакоудалением и малореакционных топлив — во- обще не применим из-за ухудшения условий выхода жидкого шлака. Наибольшее распространение способ РДГ получил на газомазутных котлах. Эффективность способа РДГ для некоторых типов котлов с раз- ной схемой ввода рециркулирующих газов приведена на рис. 9.5. В результате проведенных испытаний установлена относительно невысокая экологическая эффективность подачи рециркулирующих Рис. 9.5. Влияние способа ввода и доли рециркуляционных газов на выход оксидов азота: 1, 2, 3 — ввод газов через шлицы в поду топок соответственно на котлах ТП-80, ТП-230 с двумя горелками Липинского, ТП-230 с шестью горелками ХФ-ЦКБ-ВТИ; 4 ~ котел ТГМП-114, ввод газов через шлицы, расположенные под горелками; 5 — котел ПК-41, ввод газов в воздуховод перед горелками; 6 — котел ТПП-200, ввод газов по отдельному периферийному каналу горелок со скоростью, равной скорости воздуха газов через ограждения топки (под котла, отдельные шлицы под го- релками и т. п.). Поэтому такие и им подобные технические решения применять не рекомендуется. Эффективность применения РДГ в котлах может быть повышена njTeM совершенствования способов автоматического регулирования процессов горения топлива. Большинство способов автоматического регулирования процесса горения в топке газомазутного парового кот- ла ориентированы на снижение выбросов оксидов азота путем кор- ректировки расхода воздуха и рециркулирующих газов по сигналам, поступающим от датчиков концентрации азота и топлива в топке. При значительном снижении концентрации оксидов азота в топке котла, как известно, образуются продукты неполного сгорания топлива (на- пример, оксид углерода) и канцерогенные вещества, представленные в основном бенз(а)пиреном. Выход продуктов неполного сгорания топ- лив и канцерогенных веществ особенно проявляется при применении получившего распространение двухступенчатого сжигания топлив. Поэтому при сжигании топлив для устранения приведенных выше не- достатков требуется минимизировать не только концентрацию окси- дов азота в дымовых газах, но и суммарную токсичность выбросов загрязняющих веществ, поскольку снижение выхода одних токсичных веществ влечет за собою в ряде случаев повышение содержания дру- гих, в частности окиси углерода. За условную токсичность выбросов загрязняющих веществ в атмо- сферный воздух с продуктами сгорания топлив обычно принимают суммарное значение приведенной массы выброса загрязнений i=i /=1 где М.— приведенная масса выброса г-го токсичного вещества, у. т; А.— показатель относительной агрессивности примеси i-ro вида (у.т/т); т . — масса выброса примеси г-го вида за принятый промежуток времени, т. Ниже рассмотрен способ автоматического регулирования процес- са горения топлива (рис. 9.6), в котором по дополнительно измерен- ным концентрациям оксидов азота, окиси углерода и бенз(а)пирена Рис. 9.6. Система автоматического регулирования процесса горения в тепловых агрегатах: 1,2 — датчики расхода топлива и воздуха; 3-5 — газоанализаторы; 6 — сумматор условной токсичности; 7 — блок расчета разностей: 8 — задатчик; 9—регулятор; 10, И —направляющие аппараты; 12 — котел находят суммарную токсичность выбросов этих загрязняюпдих веществ и сравнивают с заранее определенным для заданной тепловой нагрузки значением нормативной токсичности выбросов. Для каждой из нагру- зок котла при нормативных параметрах режимов работы предполага- ется заранее определять условную токсичность выбросов, которую принимают за нормативное значение. По измеренным сигналам раз- ности между фактической и нормативной токсичностью выбросов формируется сигнал, по которому осуществляется регулирование по- дачи рециркулирующих газов. Особенностью этого способа является определение суммарной токсичности выбросов загрязняющих веществ с продуктами сгорания топлив и минимизация их уровня по сравнению с заданным значени- ем. При этом количество рециркулирующих газов для заданной теп- ловой нагрузки котла устанавливается не по содержанию кислорода и топлива в топке, а по разности между фактической и нормативной ток- сичностью выбросов. Система содержит датчики расхода топлива и воздуха, газо- анализаторы для определения содержания в дымовых газах таких токсичных веществ, как оксиды азота, окись углерода, бенз(а)пирен и др. В ее состав входит сумматор условной токсичности выбросов, подключенный по входному сигналу к выходам газоанализаторов, а по выходному сигналу он сообщен с входом блока расчета разности превышений условной токсичности выбросов над допустимым ее зна- чением. На вход блока подается сигнал от задатчика нормативной токсичности выбросов, а выход блока сообщен с входом регулятора, который получает сигналы с датчиков топлива и воздуха, а затем пе- редает управляющий сигнал на направляющие аппараты, и таким об- разом регулируется подача рециркулирующих газов и воздуха в топ- ку котла. Этот способ автоматического регулирования процесса горения реализуется следующим образом. Для котельного агрегата составля- ют нормативную характеристику условной токсичности выбросов с учетом режимов работы в пределах маневренности по нагрузке. При этом для всех нагрузок с помощью газоанализаторов измеряют вы- бросы таких токсичных веществ, как оксиды азота, углерода и кан- церогенных веществ. По уровню валовых выбросов для каждой на- грузки определяют суммарную допустимую условную токсичность выбросов. Задатчик условной токсичности выбросов настраивают по соответствующему уровню выбросов во всем интервале нагрузок теплового агрегата. При изменении нагрузки котла от датчиков расходов топлива и воздуха поступает сигнал на регулятор, а от газоанализаторов посту- пает сигнал на сумматор токсичности, выход которого сообщен с бло- ком расчета разности превышения условной токсичности выбросов над допустимым уровнем, значение которого для соответствующей нагрузки агрегата устанавливают задатчиком. Сформировавшийся в блоке сигнал подается в регулятор, который дает управляющий сиг- нал на направляющие аппараты, обеспечивающие требуемую пода- чу рециркулирующих газов и воздуха в топку котла. Таким образом обеспечивается минимальный выброс загрязняющих веществ с про- дуктами сгорания топлива по условной токсичности. В качестве при- мера для реализации предложенного способа приведены такие ток- сичные компоненты дымовых газов, как оксиды азота, окись углеро- да, канцерогенные вещества. В случае изменения состава токсичных выбросов система может быть настроена соответствующим образом на другие вещества. Основное преимущество этого способа по сравнению с известны- ми состоит в том, что при его реализации можно существенно снизить суммарную токсичность выбросов с продуктами сгорания топлив за счет одновременного учета токсичности нескольких токсичных ве- ществ и управления подачей рециркулирующих газов в зависимости от уровня превышения фактической токсичности выбросов (при за- данной нагрузке котла) нормативного ее значения. 9.5. ВВОД ВЛАГИ В ТОПКУ И СЖИГАНИЕ ВОДОМАЗУТНЫХ ЭМУЛЬСИЙ К числу эффективных малозатратных экологических мероприя- тий по снижению выбросов оксидов азота газомазутными котлами от- носятся различные способы подачи воды и водяного пара в зону горе- ния, а также сжигание водомазутных эмульсий (ВМЭ). Эти способы могут применяться в сочетании с другими (снижение избытков возду- ха, рециркуляция дымовых газов). При реализации этого способа мож- но использовать загрязненные воды, что позволяет решать одновре- менно проблему защиты водного бассейна. Локализованное зональное воздействие на факел воды или водяно- го пара позволяет сократить образование сажи, бенз(а)пирена и топлив- ных оксидов азота, а также снизить концентрации тепловых оксидов азота и серного ангидрида. Сокращение выхода оксидов азота происхо- дит в основном из-за ингибирующей роли влаги в процессах окисли- тельных реакций; балластирования топливовоздушной смеси и замед- ления ее выгорания; снижения максимальной температуры факела вследствие растягивания процесса горения. Наиболее значительный эффект достигается при пониженных избытках воздуха и локализован- ном зональном впрыске воды и водяного пара. Ввод влаги в топку котла может осуществляться различными способами: через паровые каналы мазутных форсунок (водяными форсунками, размещенными на боко- вых стенках топки перпендикулярно либо встречно оси факелов горе- лок); через воздушный канал. Экологическая эффективность этого ме- тода иллюстрируется данными, приведенными на рис. 9.7. 1,0 0,9 0,8 0,7 1 i 3 2 4 6 8 10 12 B.-zi Рис. 9.7. Эффективность воздействия на выход оксидов азота воды, подаваемой в зону горения, при сжигании в котле ТГМП-314Пмазута (1-3) и газа (4) при '^"кпп ~ '' ^ 0: 1 — ввод воды через паровые каналы форсунок без подачи пара; 2 — через отдельные щелевые форсунки, установленные в горелках; 3 — через паровые каналы механических форсунок совместно с паром; 4 — через отдельные центробежные форсунки, установленные в горелках В результате экспериментальных и аналитических исследований установлено, что при вводе влаги в топочную камеру происходит сни- жение экономичности котла. Эффективность этого способа зависит от водотопливного отношения и места ввода воды или водяного пара в топку. Наибольший экологический эффект достигается при впрыске воды или водяного пара в воздушные каналы горелок либо локализо- ванно в отдельные зоны факела. Впрыск влаги в количестве до 8-10% (по отношению к топливу) позволяет снизить выход оксидов азота до 25-30% с одновременным сокращением выброса канцерогенных ве- ществ. Дополнительные тепловые потери, связанные с затратами теп- лоты на испарение влаги и подготовку водяного пара, находятся на уровне 0,5-0,6%. Наименьшие потери тепла имеют место при поступ- лении воды непосредственно в факел, на начальном его участке, где может происходить диссоциация паров воды. Вопрос определения оптимальных значений водотопливных от- ношений и мест ввода влаги для конкретных типоразмеров котлов ре- шается по результатам технико-экономических расчетов. в условиях эксплуатации мазутных котельных установок на ТЭС и котельных происходит обводнение мазутов на разных стадиях их выгрузки, хранения и подготовки к сжиганию. Эффективное исполь- зование естественно обводненных мазутов в котельных установках обеспечивается сжиганием их в виде водомазутных эмульсий, приго- товленных в эмульгаторах различных конструкций. Установлена связь между степенью обводненности мазутов и экологическими показате- лями котлов в части выбросов оксидов азота. Сокращение выхода ок- сидов азота связано в первую очередь со снижением максимальной температуры факела, проявлением химической активности воды в про- цессах газификации несгоревших сажистых частиц и возможностью снижения избытков воздуха в зоне горения. Для обводненных мазутов вследствие снижения содержания горю- чих в рабочей массе сокращается теплота их сгорания, объем продуктов сгорания, соотношение между отдельными их составляющими. При сжигании обводненных мазутов в виде водомазутных эмуль- сий снижается теоретическая темпсратзфа сгорания в топочной каме- ре тем больше, чем выше обводненность мазута. В пределах обвод- ненности мазута от О до 30% теоретическая температура сгорания топлива уменьшается в среднем на 4-4,5° С на каждый 1% роста об- водненности. Эффективность использования обводненного мазута по сравнению с необводненным снижается за счет затрат теплоты топли- ва на испарение дополнительной влаги. Относительная потеря теплоты на испарение влаги топлива мо- жет быть найдена по выражению А, в энергетических котлах возможности снижения избытков возду- ха весьма ограничены. В результате исследований, выполненных на мощных котлах современных конструкций, обводненность мазута, при которой достигается максимальное сокращение выбросов оксидов азо- та (до 20%), не должна превышать 7-10%. Экологический эффект (уменьшение платы за выбросы) при сжигании ВМЭ ниже дополни- тельных затрат на топливо, связанных со снижением КПД котла, кото- рое составляет порядка 0,3-0,5%. При повышении влагосодержания ВМЭ сверх приведенного уровня отмечается ухудшение процесса го- рения, сопровождающееся растягиванием факела, неудовлетворитель- ным распылением топлива и т. п. В сложившихся условиях эксплуатации энергетических котлов ис- пользование ВМЭ с естественным обводнением мазута является мало- затратным и эффективным экологическим мероприятием. Использова- ние ВМЭ с искусственным обводнением мазута для энергетических котлов с относительно высоким уровнем организации топочных процес- сов не приводит к положительным эколого-экономическим результатам. Эффективность снижения генерации оксидов азота технологичес- кими методами, по данным зарубежных авторов, приведена в табл. 9.6. Таблица 9.6 Эффективность снижения N0^ Метод Уменьшение выбросов NO,, % Природ- ный газ Мазут Уголь Рециркуляция продуктов сгорания 60 20 Неэффективно У м е н ь ш е н и е подогрева воздуха 50 40 Не применимо В п р ы с к пара или в о д ы 60 40 Н е применимо Ступенчатое сжигание 55 40 40 М а л ы й и з б ы т о к воздуха 20 20 20 С н и ж е н и е теплового напряжения топочного объема 20 20 20 К о м б и н а ц и я ступепчатого сжигания , малого избытка воздуха и сниженного теплового н а п р я ж е н и я 50 35 40 Переход на топливо с м а л ы м содержа- н и е м х и м и ч е с к и связанного азота Неэффек- тивно 40 20 9.6. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК МЕЖДУ КОТЛАМИ Зависимость выхода некоторых токсичных веществ от нагрузки котлов и других их режимных параметров используется при частич- ных нагрузках ТЭС. Существует возможность сокращать их выбросы путем распределения нагрузок между котельными агрегатами на ТЭЦ с параллельными связями либо между энергоблоками на КЭС. Вы- нужденное снижение нагрузки котлов в периоды неблагоприятных метеоусловий, если это ис вызвано произволеluciuuu! HoooxeiuiMoe- 1ЫО, НС позволяет сущеетвснпым образом сокраицггь ypoiieiii, копнен граций загрязняющих веществ в атмосфере. Это связано, в первую очередь, со значительным изменением условш'! распрострапснп>1 дымового факела. В результате сокращения объема отводп\п,1х про^ дуктов сгорания уменьшается эффективная высота выброса, чю не способствует снижению концентрации загрязняющих веществ в при- земном слое атмосферы. В некоторых условиях преобладаюип1м формировании наземных концентраций загрязняюпп1х веществ явля- ется величина самих выбросов. Таким образом, появляется потребность в создании системы управления нагрузкой каждого из коглоагрсгатов или эпергоблоков (без снижения суммарной их нагрузки) с учетом гжологичееких ограничений и экономических показателей. При этом должны ис- ходить из того, что нужно соблюдать ограничения по выбросам за- грязняющих веществ с минимальными эксплуатациопнымн загра- тами. Изменением нагрузки и других режимных меропрняти!! в первую очередь можно снижать выход оксидов азота, окиси угле- рода и углеводородов. Распределять нагрузку между совместно работающикн! котлоаг- рсгатами нужно не по их относительным нри1^остам расхода югищва. а по относительным приростам уелов1юй гоксичности выбросов. При таком подходе к решению задачи снижения ва.1ювььх выбросов загряз- няющих веществ коглами потребление нм)1 топлива будез несколько выше, чем при распределении нагрузок между ними но гон]пп?ным расход)1ым характеристикам. Экономическая целесообразность иред- ложенгюго способа распрсделет1я нагрузок между котлами в обыч- ных условиях их эксплуатации устанавливается при превышении пре- дотвращаемого экологического ущерба, причиняемого окружающс11 среде, над стоимостью псрерасходоварпюго топлива. Следует иметь в виду, что при работе ТЭС с уровнем выбросов загрязняющих веществ, превыщающим предельно допустимые зна- чения и создающим кониенграции загрязняющих веществ в призем- ном слое атмосферы выше допустимых значении, обязаге.тьно долж- на ставиться задача доведения выбросов токсичных всщесгв до нормативных уровней с учетом ограниченных средств на (|)инанси- рование мероприятий и текущих затрат на эксплуатацию оборудова- ния и систем контроля. При распределении нагрузок между котлами по экономическим показателям и экологическим ограничениям нужно обеспечить мак- симально возможное снижение стоимости тепло- и электроэнергии, а также достигнуть минимального ущерба, причиняемого окружающей среде выбросами загрязняющих веществ. Это может быть получено путем оптимизации взаимодействующих между собой противоречи- вых целевых функций по двум критериям. При этом не существует рещения, при котором достигается минимзш затрат на топливо и ми- нимальный экологический ущерб, поэтому требуется компромиссное рещение. Оно может быть получено путем построения зависимостей затрат на топливо или стоимости вырабатываемой тепло- и электро- энергии, а также экологического ущерба от количества выбросов за- грязняющих веществ в атмосферу. Вопросы оптимального распределения нагрузок между совместно работающими котлами актуальны не только для ТЭС, но и для котель- ных промышленных предприятий. В большинстве случаев считается, что распределением нагрузок между совместно работающими котлами можно сократить расход топлива в целом по котельной на 0,2-0,5%. В зависимости от состава котлов и их состояния уровень экономии топли- ва может быть более высоким. При распределении нагрузок между со- вместно работающими котлами обычно вьщеляют условно-постоянную составляющую годовьк эксплуатационных расходов и капиталовложе- ний и находят в составе приведенных затрат минимум топливной со- ставляющей затрат или минимум суммарного расхода топлива. Для со- вместно работающих котлов на одном виде топлива по условиям минимального расхода топлива должно соблюдаться условие равенства характеристик относительных приростов расхода топлива ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ dB„ dQ, dQ, dQ, ••• dQ„' Условие распределения нагрузки между совместно работающими котлами с соответствующим характером изменения экологических показателей, при котором обеспечивается минимум суммарной ток- сичности выбросов, запишется как dQ, dQ, dQ,~-~dQ„' Для многокомпонентной смеси продуктов сгорания топлив токсич- ность отдельных веществ суммируется. Следует отметить, что удель- ные выбросы оксидов серы для котлов, не оборудованных сероочист- ными установками, не зависят от режимов работы котлов, а однозначно определяются серосодержанием топлива. Поэтому в условиях со- хранения неизменной структуры топливного баланса котельной ТЭС можно рассматривать токсичность выбросов оксидов азота, заменив относительный прирост токсичности приростом валового выброса оксидов азота, отнесенному к заданному интервалу нагрузки. В соответствии с поставленной задачей для заданного состава включенных в работу котлоагрегатов находится такой режим их за- грузки, который обеспечит выработку заданного количества теплоты при минимальных расходах топлива и выбросов в атмосферу вредных веществ с продуктами его сгорания. Решение задачи осуществляется с составлением функций Лагранжа без учета различий в затратах на соб- ственные нужды котлов и других потерь в котельном цехе. Уравнение цели к к Т = Y.TA'^, Т = mm, (=1 где Т. — условная токсичность выбросов; 5 /— потребление топлива котлами при распределении нагрузок по экологическим характеристикам; е.. — удельный выброс токсичного вещества; А. — удельная токсичность вещества; Ат^ — интервал времени. Уравнение связи — экологические характеристики каждого котла (по выбросам — М и токсичности Т)\ T=f(Q). Уравнения ограничений (по тепловой нагрузке Q. и затратам): где Ц^ — цена топлива; — потребление топлива котлами при распределении нагрузок по расходным характеристикам; П^ — плата за выбросы (налог). Суммирование токсичности выбросов с продуктами сгорания топ- лива в котлах при /-Й нагрузке осуществляется по формуле где М — выброс рассматриваемых токсичных веществ от каждого из котлов; А. — показатель относительной токсичности выбрасываемого ве- щества. Для интервала нагрузок котла в пределах его маневренности вы- брос загрязняющих веществ может быть найден по зависимости Mj = C^e^Qi. кг/ч, где С — удельный выброс загрязняющего вещества при заданной нагрузке котла (кг/т у.т.); в.— удельный расход топлива на выработку теплоты, т у.т/ГДж; Q.— тепловая HaipysKa котла, ГДж/ч. С учетом удельного расхода топлива на выработку теплоты после- днее выражение можно записать в виде Как видим, для определения валового выброса загрязняющих веществ нужно иметь сведения об удельных выбросах этих веществ в кг/т у. т. при соответствующей нафузке котла. Их можно получить расчетным путем, что не позволяет в достаточной степени учесть особенности генеращги оксидов азота при работе каждого из котлов. Поэтому для всех котлов нужно получить экспериментальные зависимости удельных выбросов оксидов азота во всем рабочем интервале рабочих нагрузок. Уровни удельных выбросов токсичных веществ для каждого из рассматриваемых условий сжигания топлива обычно имеют фиксиро- ванные значения и отражают состояние экологических показателей котлов во время проведения испытаний. Для эксплуатационных усло- вий, отличающихся от таковых во время проведения испытаний, вво- дится уточнение и корректировка значений удельных выбросов этих веществ и, как следствие, уровней загрузки котлов. При отклонении значений удельных выбросов загрязняющих веществ от принятого ранее уровня их величина корректируется по реальному состоянию эксплуатации котлов, а затем соответственно корректируются и харак- теристики относительных приростов выбросов загрязняющих веществ, а, следовательно, и режимы загрузки котлов с применением поправоч- ных коэффициентов из условий эквидистантности изменения кривых графиков выбросов 5М - М ^ - Л/^.. По результатам выполненных расчетов оптимальное распределе- ние нагрузок между котлами с учетом экологических характеристик может обеспечить снижение, например, выбросов оксидов азота до 10%. Предложенный способ определения оптимальных режимов за- грузки котлов при многовариантности решения этой задачи может осу- ществляться как обычным графическим способом, так и с помощью ЭВМ с использованием специально разработанных программ. Следует отметить, что в топках котлов и камерах сгорания ГТУ об- разуется порядка 90% N 0 и 10% NO^. Поэтому, попадая в атмосферу, оксиды азота проходят ряд преобразований прежде чем превращаются в азотную кислоту (рис. 9.8) и выпадают в виде кислотных дождей. Кроме того, N0^ активно воздействуют на фотохимические про- цессы в атмосфере (рис. 9.9), распространяясь на значительные рас- стояния из-за достаточно высокой продолжительности процесса транс- формации (табл. 9.7). Таблица 9.7 Рассеивание и трансформация некоторых веществ в атмосфере Вещество Масштабы трансформации Расстояние Время N 0 10 км 1 ч NOz 100 к м 2 сут. П А Н 1000 к м 4 сут. H N O 3 1000 к м 4 сут. SO2 100 км 2 сут. H2SO4 1000 к м 5 сут. СН4 В г л о б а л ь н о м м а с ш т а б е 10 лет NO Окисление NO в атмосфере до NO2 NO2 Диффузия к поверхности и поглощение водой N 0 , Взаимодействие с водой и образование азотной и азотистой кислот HNO, Разложение азотистой кислоты на азотную и окись азота HNOJ HNO, HNO3 Рис. 9.8. Схема вошожного превращения моноокиси азота в азотную кислоту в атмосфере Р-азру1иение резины и конструкции 10. ДЕСУЛЬФУРИЗАЦИЯ И ДЕНИТРИФИКАЦИЯ ТОПЛИВ И ИХ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ юл. ГАЗИФИКАЦИЯ СЕРНИСТЫХ МАЗУТОВ Одним из методов, наиболее разработанных и подготовленных к внедрению на ТЭС, является метод предварительной газификации вы- сокосернистых мазутов под давлением с последующей очисткой по- лученного газа. Сущность его заключается в следующем: мазут под- вергается газификации путем неполного сжигания в воздухе под давлением при температуре около 1300° С. Количество подаваемого воздуха при этом составляет 40^5% теоретически необходимого для полного сгорания (5,8.. .6,0 кг на 1 кг мазута). В результате топливо почти целиком превращается в газ, состоя- щий в основном из водорода, окиси углерода, азота. Кроме того, в про- цессе газификации образуется сажа (до 2% массы топлива). Сернис- тые соединения топлива превращаются в основном в сероводород. Зольная часть топлива может находиться в газе в виде механических примесей. Состав газа, образующегося при газификации высокосернистых мазутов с содержанием серы порядка 3,7%: СО — 2,8%; Н^ — 15,0%; N3 — 56,5%; СО^ — 1,8%; Я р — 3,48%; H^S — 0,39%. По технологической схеме в последующем получаемый газ охлаждается, причем теплота используется для генерации рабочего тела энергетической установки. Затем осуществляется очистка газа от сажи и золы путем промывки его водой. Извлечение сернистых соединений производится абсорбцией растворами аминов. Сажа, содержащая золу, извлекается из сажеводяной суспензии (методом грануляции или филь- трации) и вместе с исходным мазутом возвращается на газификацию. Поглотительный раствор, содержащий сероводород, регенерируется и возвращается снова в абсорбер для поглощения сернистых соедине- ний. Получаемый при регенерации концентрированный сероводород перерабатывается в элементарную серу либо в серную кислоту. Осветленная после удаления сажи вода возвращается на промывку газа. Очищенный газ направляется в топочную камеру на сжигание. Промежуточное охлаждение продуктов неполного окисления топ- лива приводит к снижению температуры горения в камерах сгорания энергетической установки. В результате достигается снижение выбро- сов оксидов азота. Таким образом, приведенный метод не только позво- ляет извлечь сернистые соединения и золу из топлива, но и существен- но сократить выбросы в атмосферу оксидов азота. Экономические показатели процесса газификации топлива и очистки газа улучшаются с повышением давления. Для реализации этого метода на электростан- циях нужен турбокомпрессорный агрегат, обеспечивающий установку газификации сжатым воздухом. В качестве привода для компрессора применяют газовую турбину, работающую на очищенных продуктах газификации, которые затем сжигаются в топках паровых котлов. При газификации мазута воздухом в факеле он распыляется фор- сункой. Капли мазута испаряются в атмосфере горячего газа. В области стехиометрических концентраций паров углеводородов и кислорода протекают химические реакции горения. В пламени газификации мазу- та на воздушном дутье температура достигает 1800° С. Затем создается восстановительная зона, в которой температура снижается до 1300°С. В результате образуется горючий газ, содержащий следующие компонен- ты (в % об.): СО —17,0%; Н, —15,0%; N,—60%; Н,0 — 4,0%; СО, — 3,7%; H S^ — 0,3%. Сера мазута в основном превращается в сероводо- род. Наряду с газообразными продуктами образуется сажа, массовая доля ее составляет 1^%, в которой концентрируется вся зола. Далее газ из реактора с температурой 1300° С поступает в котел-утилизатор, где охлаждается до температуры 250-300° С. Время пребывания газа в окис- лительной зоне (факеле) — порядка 1 с, в восстановительной (реакторе и котле-утилизаторе) — до 8 с. Сажа и зола улашшваются из газа водой после котла-утилизатора, при этом образуется сажезоловая суспензия. В золе, образующейся в результате газификации мазута, содержатся та- кие компоненты, как пятиокись ванадия, окись никеля, окись натрия, трехокись железа, окись кальция и др. Конверсионный метод подготовки топлив осуществляется при температурах 1300... 1500° С в среде водяного пара и позволяет прак- тически полностью газифицировать органическую часть топлива с получением горючего газа, имеющего теплоту сгорания д о 11000 кДж/м', без использования кислородного дутья. Для подогре- ва топлива применяются жидкие теплоносители, в частности для тер- мической переработки сернистых мазутов — жидкометаллические теплоносители: расплавы железа, свинца, алюминия и других метал- лов. Контакт мазута с расплавом осуществляется при подаче топли- ва в слой расплава с помощью форсунок погружного типа. Пары ма- зута при этом барботируются через слой расплава, подвергаясь деструкции с образованием газа. Термическая переработка мазута происходила как в обогреваемом снаружи лабораторном реакторе, заполненном расплавленным металлом или солями с температурой до 1100° С в количестве до 80 кг, так и в аппарате укрупненного типа с расплавом металлического шлака с температурой до 1500° С. Тем- пература шлака поддерживается на заданном уровне путем зонного его подогрева с помощью горелок погружного типа, работающих на природном газе. При конверсии мазута практически вся среда может быть связана теплоносителем соответствующего состава. Оксиды азота образуют- ся только в зоне разогрева теплоносителя, соединения серы — в зонах термической переработки топлива и разогрева теплоносителя. Коли- чество образующихся оксидов азота находится на уровне как и при опытном сжигании исходного топлива. В отличие от газификации, протекающей за счет внутреннего подвода теплоты, конверсия требу- ет непрерывного подвода энергии извне. Значительный интерес представляет осуществление процесса га- зификации мазутов непосредственно в топочно-горелочных устрой- ствах как средства совершенствования их сжигания в котлоагрегатах энергоблоков. Глубокая термическая подготовка, которой подвергает- ся топливо при таком способе двухступенчатого сжигания, открывает широкие возможности регулирования топочных процессов в части сглаживания пиков тепловыделения в топке, а также сближения эмис- сионных свойств факела при попеременном сжигании природного газа и мазута. в конструкции этих горелок совмещены камеры газификации и дожигания продуктов процесса газификации, протекающего непосред- ственно в рабочих горелках. Основные узлы установки—газогенератор с примыкающей к нему футеровочной шахтой, служащей для транспорта горячего газа к горе- лочному устройству, расположены последовательно вдоль геометри- ческой оси, образуя перед фронтом котла на отметке его обслужива- ния единый технологический блок. В корпусе газогенератора находится газификационная камера вих- ревого типа. Цилиндрическая часть которой выполнена из восьми про- филированных сегментов. Особенностью конструкции камеры явля- ется применение системы воздушного охлаждения ее ограждающих поверхностей. Часть горячего воздуха, участвующего в процессе газификации мазута, подводится тангенциально в газификациоиную камеру через линейные щели, образованные за счет некоторой взаимной псрекры- ши сегментов. При этом вдоль стенки сегментов создастся завеса воз- духа, снижающая температуру газов в пристенной области. Примене- ние такой системы тепловой защиты ограждающих поверхностей газификационной камеры позволяет свести до минимума потери теп- лоты в газогенераторе от наружного охлаждения. Для организации факельного процесса газификации мазута на воз- душном дутье могут применяться обычные для условий электростан- ций методы подготовки к сжиганию жидких топлив. Распыление подо- гретого до 100-120° С мазута в турбулентном потоке горячего воздуха, подаваемого в газификациоиную камеру через радиально-конический регистр (параметр крутки 5 = 0,46), осуществляется паромеханической форсункой. Применение системы раздельной подачи газифицируемого топлива и воздуха позволяет интенсифицировать их последующее сме- шение, которое обеспечивается в реакционном объеме вихревой гази- фикационной камеры. Перед началом работы установки она разогревается сжиганием в газификационной камере природного газа. Затем включается мазут- ная форсунка, увеличивается производительность газогенератора, на- лаживается процесс газификации. Получаемый при этом горячий газ дожигается в топке котла. Основные характеристики получаемого на опытной установке газа для режимов газификации, определяемых изменением значений а от 0,33 до 0,54, приведены в табл. 10.1. Таблица 10.1 Показатель Коэффициент расхода воздуха 0,34 0,38 0,42 0,46 0,50 0.54 Удельный расход воздуха на 1 кг мазута, м'/кг 3,47 3,88 4,28 4,69 5,10 5,51 Температура, °С 1280 1360 1435 1510 1580 1660 Состав сухого газа, % об.: СО, 5,45 5,68 5,90 6,20 6,40 6,60 СО 17,6 17,0 16,4 15,8 15,0 14,4 Н2 19,.2 18,2 17,1 16,0 15,0 14,0 СН4 3,2 2,0 1,3 — — — H2S — 0,1 0,2 0,2 0,2 — Н2 54,5 57,0 59,1 61,8 63,4 65,0 Выход газа из 1 кг мазута, м'/кг 5,04 5,50 5,98 6,63 7,06 7,23 Концентрация сажи в газе, г/м^ 42,0 30,0 20,0 8,0 3.5 2,8 Теплота сгорания газа, кДж/м^ 4220 4086 3931 3784 3583 3374 Энтальпия газа, нДж/м"* 1913 2043 2164 2286 2403 2545 Примечание: Показатели даны по отношению к воздуху и газу, приве- денным к нормальным условиям. Результаты измерений показывают, что образование сернистого газа (по отношению к газу, приведенному к нормальным условиям) во всех режимах газификации было незначительным и не превышало 0,10 г/м .^ Выход сероводорода при этом обеспечивался не менее 1,4 г/м\ что ука- зывает на кондиционность получаемого газа для последующей очистки от сероводорода. Высокий уровень температуры получаемого газа определяет его высокую реакционную способность. Как показали опыты, дожигание такого газа в топке котла не требует специальных устройств для ста- билизации факела и характеризуется высокой эффективностью выго- рания горючих газовых компонентов. Регулировать режим газифика- ции удобно по температуре процесса. Опыт эксплуатации горелочных устройств, использующих гази- фикацию как первую стадию процесса сжигания мазута, показал, что процесс газификации может протекать с высокой интенсивностью. Перевод энергетического котельного агрегата на двухступенчатое сжигание с предварительной газификацией мазута практически сво- дится к замене существующих горелок предкамерными горелками. При этом, сохраняя высокую экономичность работы топки с предельно малыми коэффициентами избытка воздуха, удается существенно сни- зить локальные величины падающего теплового потока, уменьшить коррозионную агрессивность дымовых газов и выбросы оксидов азо- та. Меняя параметры процесса газификации, можно целенаправленно изменять эмиссионные свойства факела в топке котла. 10.2. ГАЗИФИКАЦИЯ ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ При работе энергетических котлов на твердом топливе снижение выбросов сернистого ангидрида можно осуществлять различными способами, включая добавку к топливу сухих аддитивных присадок, предварительную газификацию топлив, сжигание топлива в кипящем слое, мокрый или сухой способ десульфуризации и т. п. Одним из перспективных направлений использования твердого топлива в энергетике с минимальным загрязнением воздушного бас- сейна оксидами серы и другими загрязняющими веществами является газификация угля с последующим сжиганием газообразных горючих продуктов в топках котлов. Газификацию угля осуществляю!' с помощью газообразных реа- гентов: водяного пара, кислорода и водорода. При газификации с во- дяным паром происходит образование Н, и СО. Этот процесс является эндотермическим, и теплоту, необходимую для реакции, можно полу- чить, сжигая часть угля в реакторе (автотермический процесс). Необ- ходимую для реакции теплоту можно подводить в реактор и снаружи (аллотермический процесс). Технологическая схема процесса газификации угля по одному из способов представлена на рис. 10.1. Основными элементами установ- ки являются блок подготовки угольной суспензии, включающий сме- ситель для добавок к угольному порошку с величиной фракций до 0,1 мм маслообразных присадок, подогреватель суспензии, реактор, радиационный холодильник 3, конвективный холодильник 4, промы- Mo/iombiu, J уголь и Рис. 10.1. Технологическая схема газификации угля: 1 — блок подготовки угольной суспензии; 2 —реактор; 3 —радиационный холодильник; 4 — конвективный холодильник; 5 — праиывочная колонна; 6 - блок очистки от H^S, СО, S СО^; 7 — паросборник вочную колонну для очистки газа от твердых частиц и блок очистки газа от H,S, COS и СО .^ Водно-угольная суспензия с содержанием 60-70% свежемолото- го угля и оборотной золы насосом под давлением 10 МПа подается и; блока 1 в форсунку, установленную в верхней части реактора 2, пред- ставляющего собой цилиндрический резервуар, футерованный огне- упорным материалом. В объеме реактора 1 при 1500° С происходит автотермический процесс газификации угля. Технологический гаЗ; состоящий из СО, Н ,^ COj, пара и небольшой примеси СН ,^ N^ и H S^. поступает в холодильник 4 и колонну 5. При охлаждении газа в холо- дильнике 3 получают насыщенный пар, отводимый через паросбор- ник 7; жидкие шлаки и зола застывают в потоке газа и оседают в воде на дне холодильника, откуда регулярно выгружаются в шлюзовой бун- кер под холодильником 3. Мелкие частички золы и охлаждающая вода перекачиваются из бункера для повторной подачи на угольную мель- ницу. Технологический газ из холодильников поступает в промывоч- ную колонну 5, блок очистки 6 и далее отводится к потребителю или для дальнейшей переработки. Принципиальная схема установки, в которой реализован способ газификации угля в расплаве железа, приведена на рис. 10.2. В конвер- тер с расплавом железа одновременно вдуваются угольный порошок, Oj и небольшое количество известняка для связывания в шлак серы, содержащейся в угле. Продукты газификации (СО + Н,) пропускают через котел-утилизатор и два газоочистных блока: грубой очистки (цик- лон 3) и тонкой очистки (электрофильтр 4), после чего они поступают в газгольдер и далее подаются в котлы б электростанции. Шлак пери- одически удаляют из конвертера, рабочая температура в котором рав- на 1550° С, гранулируют и используют в качестве строительного мате- риала или добавки при производстве цемента. Технология сжигания твердого топлива в кипящем слое, начав- шая свое развитие от слоевого сжигания, совершила качественный скачок с переходом к факельному сжиганию пылевидного топлива. Однако в настоящее время прогресс в топливо сжигании связывается со слоевыми топочными устройствами, по уже в новом решении в виде топок с кипящим слоем. Реализуются существенно различные схемы сжигания в кипящем слое. Рис. 10.2. Cxe.ua установки газификации угля в расплаве железа: 1 — конвертер: 2 — котел-утилизатор; 3 — циклон; 4 — электрофильтр; 5 — газгольдер: 6 — котлы ТЭС Псевдоожиженный слой — скорость фильтрации газов через слой, находящийся непосредственно над решеткой, до 2 м/с, размер частиц до 10 мм. Достигаемая концентрация оксидов азота в дымовых газах 200-400 мг/м\ высота слоя 300-400 мм, гидравлическое сопро- тивление до 500 кгс/м1 Температура в слое от 800 до 1100° С. Циркулирующий кипящий слой — частицы топлива размером до 3 мм циркулируют во всем объеме топочной камеры при большой скорости газов (7-8 м/с), значительная часть его выносится из топки и в виде возврата вновь поступает в топку над распределительной ре- шеткой. Плотный слой из крупных частиц в нижней части топки спо- собствует увеличению времени пребывания частиц топлива. Факельио-кипящий слой, факельио-слоевое сжигание — по- лидисперсный поток топлива в виде аэросмеси поступает через горел- ки, мелкие фракции сгорают в факеле, крупные поступают в нижнюю часть топки на слой — кипящий или неподвижный. Механизм подавления оксидов азота в кипящем слое (в различ- ных его модификациях) связан в основном со снижением температур- ного уровня процесса, а также с восстановительными процессами в зоне контакта окислов азота с углеродсодержащими частицами. При сжигании угля в кипящем слое также можно добавлять изве- стняк, связывающий серу топлива. Однако вследствие сравнительно низких температур кипящего слоя (800-900° С) связывание серы про- исходит в меньшей степени, чем при сжигании угля с добавками изве- стняка в топочном объеме. При сжигании угля в кипящем слое одно- временно снижается интенсивность процессов образования N0^. К недостатку метода сжигания угля в кипящем слое следует отнести не- обходимость использования большой поверхности кипящего слоя, что не позволяет применять топки с кипящим слоем в котлах традицион- ных конструкций мощностью свыше 150-180 МВт. Более высокая мощность топок может быть достигнута при ис- пользовании циркулирующего кипящего слоя. Принципиальная схе- ма установки для сжигания угля в циркулирующем кипящем слое при атмосферном давлении приведена на рис. 10.3. В нижнюю часть топ- ки с кипящим слоем подают измельченные в мельницах 2 и 5 уголь и известняк, а из верхней части топки продукты сгорания вместе с твердыми частицами выносятся в циклон 4. Осажденные в нижней t Рис. 10:3. Схема установки для сжигания угля в циркулирующем кипящем слое: I — топка с кипящим слоем; 2 —угольная мельница; 3 — известняковая мельница; 4 — циклон; 5 — теплообменник; б — трубчатка парогенератора; 7 — блок пылеочистки; 8 — дымовая труба; 9 — паровая турбина части циклона твердые частицы через теплообменник вновь подают- ся в нижнюю часть топки, а продукты сгорания, поступающие из цик- лона, проходят трубчатку б парогенератора и блок пылеочистки 7 и выбрасываются в дымовую трубу. Пар из парогенератора подводят к турбине. Использование установок с циркулирующим кипящим сло- ем возможно в энергетических блоках мощностью до 400 МВт. Применение котлов с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС), например, для сжигания кузнецких углей и донецкого АШ может обес- печить снижение вредйых выбросов в окружающую среду до норма- тивных величин при существенном повышении эффективности исполь- зования топлива и расширение рабочего диапазона регулирования электрической нагрузки. Низкотемпературное сжигание топлива и ввод известняка позволяют получить минимальные выбросы оксидов азота и серы на уровне не более 200 мг/нм^ по каждому ингредиенту. Низкая (около 100° С) температура уходящих газов и их скорость менее 1 м/с обеспечивают запыленность газов после электрофильтров не выше 50 мг/нм^ За счет эффективного сжигания топлива в ЦКС и утилизации теплоты дымовых газов и золы достигается экономия условного топ- лива по сравнению с пылеугольными котлами, оснащенными серо- и азотоочисткой. Энергоблоки с котлами ЦКС отличаются высокими маневренными характеристиками. Регулировочный диапазон нагрузок блока (без подсветки растопочным топливом) составит от 100 до 30% номинальной нагрузки. В России (НПО «Гидротрубопровод») разработаны и реализуют- ся технологии получения и использования водоугольного топлива («ЭКОВУТ») нового поколения — искусственного композиционного топлива, представляющего собой дисперсную топливную систему, создаваемую на основе твердых частиц каменного или бурого угля микронных фракций и воды. Это топливо предназначено для использования вместо традици- онных топлив на тепловых электростанциях, в паровых и водогрей- ных котлах, обжиговых и плавильных печах, в топках сушильных ус- тановок, теплогенераторах систем теплоснабжения и других агрегатах. Оно может успешно сжигаться в слоевых и камерных топках уже ус- тановленных и эксплуатируемых котлов и печей любой мощности (от 0,25 до 500 МВт (тепл.) и выше) вместо твердого, жидкого и газооб- разного топлива. «ЭКОВУТ» является перспективной основой создания территори- альных экологически чистых энергетических комплексов, включаю- щих один завод по производству этого топлива и все топливопотреб- ляющие объекты (тепловые электростанции, отопительные котельные, технологические печи и др.), расположенные в районе размещения комплекса. По физико-механическим характеристикам это топливо аналогично жидкому, поэтому процессы его транспортировки, хране- ния, ввода в топку котла или печи и сжигания также аналогичны. Важ- ной особенностью топлива является строгое постоянство его состава и свойств (независимо от изменения качества исходных компонентов, в том числе угля), что позволяет эксплуатировать топливопотребляю- щие агрегаты в оптимальных режимах и производить конечный про- дукт с высокими технико-экономическими показателями. Процесс горения «ЭКОВУТ» во всех случаях характеризуется вы- сокой полнотой выгорания топлива (98-99,7%), резким снижением ме- ханической и полным отсутствием химической неполноты сгорания топлива, что позволяет существенно повысить эффективность его ис- пользования, особенно в котлах со слоевым сжиганием угля. Сжига- ние этого топлива проводится при малых избытках воздуха (3-7%), что также способствует повышению КПД котла. В зависимости от требований потребителя водоугольное топливо может иметь теплоту сгорания до 21 МДж/кг (из каменных углей) и до 16 (из бурых углей). В процессе производства при необходимости «ЭКОВУТ» может быть деминерализован (со снижением зольности до 1-5%); в него могут быть введены химические присадки, существен- но улучшающие свойства этого топлива. Водоугольное топливо — это экологически чистое топливо. Оно сгорает без образования монооксида углерода, вторичных углеводо- родов, сажи и канцерогенных веществ; резко сокращается образова- ние оксидов серы (до 70-85%) и оксидов азота (до 80-90%). При сжи- гании водоугольного топлива летучая зола агломерируется, вследствие чего выбросы твердых частиц также сокращаются на 80-90%. При сжигании этого топлива обеспечиваются допустимые уровни выбросов загрязняющих веществ с продуктами его сгорания без со- оружения капитальных специальных установок по очистке продуктов сгорания от оксидов серы и азота, монооксида углерода, сажи и канце- рогенных веществ. Использование углей в виде водоугольных суспензий объективно переводит этот вид топлива в разряд экологически чистых и открыва- ет путь расширения сферы их использования. Это топливо производится из антрацитов, каменных и бурых уг- лей любых марок и любой зольности (до А'' = 50%) и из воды любого качества, включая шахтные и промсточные воды. При этом можно таким образом одновременно решить и проблему утилизации сточ- ных вод. Технология приготовления водоугольного топлива «ЭКОВУТ» включает стандартные процессы мокрого дробления и измельчения его твердой фазы, смешения и сгущения готового продукта, а также процессы деминерализации (если это требует потребитель). Техно;ю- гия не требует применения термических и химических процессов, и поэтому она не капиталоемка и не энергоемка. Технология приготовления водоугольного топлива является пол- ностью безотходной и экологически чистой; она реализуется путем компоновки отдельных блоков с использованием серийного оборудо- вания по заданию потребителя. Реализация технологий производства, хранения, транспорта и энер- гетического использования угля в виде водоугольного топлива «ЭКО- ВУТ», разработанных в НПО «Гидротрубопровод» (РФ), позволяет рез- ко сократить потери ушя при его транспортировке и хранении, чем резко улучшает экологическую обстановку в районах его использования. По выполненным оценкам стоимость 1 т у. т. «ЭКОВУТ» на 10^ 30% выше стоимости 1 т у. т. угля, на 30-50% ниже стоимости 1 т у. т. мазута и на 20-40% ниже стоимости 1 т у. т. природного газа. Технология приготовления и использования «ЭКОВУТ» отрабо- тана в опьггно-промышленных условиях на установках мощностью от 1 до 560 МВт. При этом только в России приготовлено и сожжено в котлах тепловых электростанций, промышленных и отопительных котельных разной мощности около 400 тыс. т водоугольного топлива; Блок-схемы приготовления «ЭКОВУТ» приведены на рис. 10.4, 10.5. Приемник Дробление Измельчение и угля приготовление "ЭКОВУТ" Рис. 10.4. Блок-схема приготовления «ЭКОВУТ» с зольностью, равной зольности исходного угля При- емник угля Дроб- ление 1 Поро- довы- борка Дроб- Из- Приготовление ЛбНИв МбЛЬ- "ЭКОВУТ' 2 чение Рис. 10.5. Блок-схема приготовления «ЭКОВУТ» пониженной зольности из каменных углей Все больший интерес вызывает технология газификации углей в схеме ПГУ. По сравнению с паротурбинными энергетическими блока- ми такие ПГУ наряду с уменьшением удельного расхода топлива мо- гут обеспечить сокращение в 2-10 раз выбросов вредных веществ в атмосферу и более чем в 2 раза — тепловое загрязнение водоемов. Отдельные результаты по газификации углей различными способами представлены в табл. 10.2. Таблица 10.2 Опытные показатели газификации углей разными способами Наименование величин Технология газификации и тип угля В потоке В кипящем слое в насыпном слое Бурый Камен- ный Бу- рый Антра- цит АШ Камен- ный Бу- рый Влажность подаваемого угля, % 10 8 - 3 2 - 4,4 2,56 2,2 11,0 Его зольность, % 8-10,5 10,6-32 - 6,8 23,2 16,4 4,1 Теплота сгорания, МДж/кг 21,5 17-27 - 29,4 21,1 27,5 21,7 Теплонапряжение сечения, МВт/м^ — 6 - 1 3 - 22,2 20,24 20,3 25,5 Температура в ядре горения, °С 1800- 2000 800-950 900 1780 1730 1730 1640 Температура газа на выходе из газификатора, °С 1400- 1600 800-950 900 800 830 860 670 Состав сырого генераторно- го газа, %: СО2 10-12 12-15 13,8 1,7 2,2 2,5 4,3 СО 46 -50 13-21 25,2 31,0 30,0 28,0 20,9 Н2 35-39 15-20 10,1 2,9 3,2 3,8 11,2 СН4 0-0 ,4 1,5-2,5 0,8 0.2 0,3 1,6 3,4 Теплота сгорания сухого газа, МДж/м ' 9,6-10,7 3,45-4,9 - 4,3 4,25 4,52 5,07 Расход угля при испытани- ях, т/ч 35 0.9 2,5 0,1 Максимальное давление, МПа 3,2 0.3 0,7 0,7 Дутье Кисло- род Воздух 10.3. ОЧИСТКА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ОТ ОКСИДОВ СЕРЫ И АЗОТА Для очистки дымовых газов тепловых электростанций от двуоки- си серы в зарубежной энергетике накоплен значительный опыт при- менения десульфуризационных установок (ДСУ). Известно около 200 различных способов удаления сернистого ангидрида из дымовых газов, более 25 из них нашли промышленное применение. Методы мокрой десульфуризации дымовых газов делятся на нерегенеративные с использованием реагента 1 раз и регенеративные, в которых реагент может быть получен и использован многократно. к нерегенеративным процессам, получившим широкое распрост- ранение, относятся известковые (известняковые) и аммиачные. Среди регенеративных процессов наиболее часто применяется метод двой- ного щелочения сульфата натрия. Технологическая схема мокрой известняковой ДСУ предусматри- вает деление абсорбера на две ступени, что позволяет поддерживать кислотность пульпы на заданном уровне и вырабатывать гипс высоко- го качества. Процесс очистки по этому способу осуществляется сле- дующим образом. Дымовые газы после золоуловителя охлаждаются в регенеративном подогревателе, а затем в нижней части первой ступе- ни абсорбера орошаются известняковой суспензией с образованием сульфата кальция. При этом происходит реакция СаСОз + SO^ + 2Яр > CaSOj ^ 2Нр + СО .^ На нейтрализацию 1 кг SO^ расходуется 1,56 кг CaCOj. Для более полного использования в абсорбере нейтрализующих свойств извест- няка предусматривается рециркуляция промывочной жидкости (15-20 л/м^ газов). Степень очистки газов от SO^ по этому способу составляет 90-95%. Дымовые газы после очистки и охлаждения в аб- сорбере до 45° С проходят зону брызгоуловителей, где отделяются кап- ли воды. Затем дымовые газы частично подогреваются неочищенны- ми газами, в результате чего испаряется оставшаяся влага и после дополнительного подогрева выбрасывается в атмосферу. После абсор- бера известняковая суспензия в сборной емкости продувается возду- хом, в результате чего сульфит кальция доокисляется до нейтрального сульфата — гипса по схеме CaSOj • 2 Я р + 0,50^ ^ CaSO, • 2 Я р . Для реализации способа мокрой десульфуризации дымовых га- зов требуется технологическое оборудование для приготовления тон- коразмолотого известняка и его подачи, получения и отвода пульпы, подачи окислителя, отвода гипса. Часть оборудования требует кор- розионностойкого исполнения. Существует много разновидностей реализации приведенного выше способа, с разным количеством вы- хода товарного гипса. Для повышения эффективности работы ДСУ используется ввод в промывочный раствор тиосульфата, осуществ- ляется предварительная очистка газов от хлора, разные схемы обез- воживания гипса и т. п. В качестве примера приведена принципиальная схема установки, в которой реализован один из способов мокрого способа сероочистки для одного из энергетических блоков ТЭС в ФРГ (рис. 10.6). Основ- ные элементы установки: блок подготовки рабочей суспензии (смеси известняка с водой), промывочная башня, блок подготовки гипса, вклю- чающий уплотнитель, гидроциклон, ленточный фильтр, сушилка и гра- нулятор, блок подогрева уходящих газов после промывочной башни и блок подготовки отработанной промывочной воды. Поступающие из промывочной башни уходящие газы после блока подогрева выбрасы- ваются в дымовую трубу, а абсорбированные продукты подаются в башню-окислитель и далее направляются в блок подготовки гипса. Эл. фильтр itx^au гамиз! Рис. 10.6. Принципиальная схема установки жидкостной сероочистки уходящих газов: 1 — блок подготовки суспензии; 2 — промывочная башня; 3 —уплотнитель; 4 — гидроциклон: 5 — ленточный фильтр: 6 сушилка; 7 — гранулятор; 8 — блок подогрева уходящих газов; 9 — дымовая труба; 10 — башня-окислитель в методе квазисухой сероочистки также применяют добавки про- мывочной жидкости, однако процесс ведут таким образом, что отрабо- танную промывочную жидкость испаряют и получают лишь твердые конечные продукты. Недостатком этого метода являются определенные трудности при использовании конечных продуктов. Степень очистки уходящих газов от SO ,^ достигаемая на совре- менных установках мокрого способа сероочистки, превышает 90%; Уходящие газы охлаждаются в промывочной башне до 50° С, их необ- ходимо подогревать перед дымовой трубой до 72° С. Подогрев уходя- щих газов осуществляют с помощью пароперегревателя (для этой цели используют отработанный пар после турбины) или регенеративного газоподогревателя. При эксплуатации энергетического блока в режи- ме средней нагрузки для подогрева уходящих газов после промывоЧ' ной башни установки сероочистки целесообразно использование ре- генеративного газоподогревателя. Недостатком этого метода является то, что до 5% горячего газа перетекает в чистый газ, в результате чего он загрязняется SO .^ Для предупреждения этого в холодном тракте газа перед регенеративным газоподогревателем необходима установка от- сасывающего вентилятора. В аммиачном способе десульфуризации дымовых газов в каче- стве сорбента используется водный раствор аммиака, который вводится путем разбрызгивания перед воздухоподогревателем. В мокром скруб- бере после промывки водой и окисления промежуточных продуктов происходящих реакций образуется сульфат аммония, используемый в качестве минерального удобрения. Из регенеративных методов очистки дымовых газов от сернис- того ангидрида следует отметить метод, основанный на поглощении его раствором сульфита натрия. В ходе происходящих реакций обра- зуется бисульфат натрия, который под воздействием подводимой теп- лоты разлагается с вьщелением водяных паров, сернистого ангидрида и сульфита натрия с последующим образованием его раствора. Процесс протекает по схеме SO^ + Na^SOj + Н , 0 ^ 2КаН80з, 2КаН80з ^ 2Na2S03 + Н р + SO,. Протекающие процессы регенерации бисульфата натрия позволя- ют многократно использовать исходные реагенты, а также получать серу или серную кислоту. Аналогичный результат достигается приме- нением регенеративного магнезитового метода. Получаемый сульфат магния на отдельном предприятии перерабатывается с получением высококонцентрированной серной кислоты. Мокросухой (полусухой) метод распылительной абсорбции ос- нован на применении в качестве реагента гидрооксида кальция, раз- брызгиваемого в абсорбционной колонке различными способами. Применяются паровой распыл, сжатым воздухом, центробежные рас- пылители. Эффективность очистки по этому способу зависит от от- ношения Ca/S (1,2-1,5), температуры газов (на 10-30° С выше точки росы водяных паров) и содержания соляной кислоты. При примене- нии этого способа получают побочный продукт (CaSOJ, который мо- жет использоваться в цементной промышленности. Для большинства углей в качестве золоуловителей можно использовать рукавные филь- тры, эффективность работы которых снижается при сжигании углей, содержащих хлориды. В таких условиях более эффективны электро- фильтры. Сухой аддитивный известняковый метод предусматривает ввод в газовый тракт котла тонкоразмолотого известняка. Температура в зоне ввода равна 900-1100° С. При этом происходит обжиг известняка. Об- разующаяся негашеная известь при t - 500-800° С связывает (на 30- 40%) оксиды серы. В зоне температур газов 130-160° С устанавлива- ется реактор-увлажнитель с впрыскиванием в него воды. При этом негашеная известь переходит в гашеную, которая связывает сернис- тый ангидрид по схеме Са(0Н)2 + SOj = СаЗОз-гнр. После реактора-увлажнителя сухая смесь золы и сульфита каль- ция улавливается в золоуловителе и сбрасывается в золоотвал. Сте- пень очистки достигает 70-80%. Наиболее эффективный этот ме- тод для углей с тугоплавкой золой. Замена известняка негашеной известью позволяет сократить расход реагентов в 1,8 раза и эксплу- атационные затраты на приготовление суспензии и орошение аб- сорбера. Сухие методы могут использоваться в комбинации с другими (в частности, применяют дополнительный ввод раствора аммиака, пред- варительно увлажняют дымовые газы). В энергетике стран СНГ ДСУ нашли ограниченное применение, в то время как в ряде зарубежных стран они широко используются. Для газомазутных котлов в странах СНГ предпочтение отдано мокрому известняковому способу с получением гипса. Это связано, в первую очередь, с невысокой стоимостью известняка и возможностью полу- чения товарного гипса по отечественной технологии. Денитрификация дымовых газов может осуществляться различ- ными способами. Из наиболее известных заслуживают внимания се- лективное термическое или каталитическое восстановление оксидов азота, электронно-лучевой и абсорбционный способ, применение ак- тивированного угля. Селективный термический метод восстановления оксидов азота основан на вводе аммиака в зону с t = 870-1100° С с переходом оксида азота в молекулярный азот Повышение эффективности применения этого способа достигается путем одновременного ввода водорода, что существенно усложняет конструкцию установок. Применение этого способа сопряжено со значительными трудностями, связанными со строгой дозировкой аммиака. Замена аммиака мочевиной расширяет температурный интервал эффективного применения этого метода. В Японии, ФРГ получил распространение метод (селективного каталитического восстановления (СКВ) оксидов азота. Область тем- ператур эффективного его применения — 320^00° С. Особенностью этого метода является применение селективно действующего катали- затора, ускоряющего реакции взаимодействия аммиака с оксидами азота, сопровождающиеся образованием молекулярного азота и паров воды. Денитрификационные установки могут размещаться как за ДСУ, так и между нею и электрофильтрами. Процесс каталитической очистки дымовых газов при взаимодей- ствии с аммиаком реализуется за счет протекания реакций: 4NO + 4NH3 + 30^ ^ + бНр; 6N0 + 4NH3 SN^ + б Я р ; 2NO2 + 4NH3 + о , ^ SN^ + б н р ; бмо^ + 8NH3 ^ TN^ +1 тр. При неэффективном использовании катализаторов возможно про- текание побочных процессов, которые приводят не только к увеличе- нию расхода аммиака, но и дополнительному образованию оксида азота 4NH3 + 50^ 4 N 0 + б Н р . Применяют пластинчатые и сотовые катализаторы из платины, триоксида вольфрама, молибдена, легированной стали, керамики. Ка- тализаторы должны обладать противоэрозийными свойствами, не сни- жать каталитических свойств под воздействием сернокислых компо- нентов, выдерживать циклические температурные нагрузки. Способ СКВ имеет ряд недостатков: создаются условия для заби- вания воздухоподогревателя, требуется относительно высокая темпе- ратура дымовых газов, происходит термическая деформация катали- затора, изменяются электрические свойства золы, что особенно важно при применении электрофильтров. Срок службы катализаторов в денитрификационных установках (ДНУ) составляет для газовых котлов порядка 7 лет, мазутных — 5 и пылеугольных — 3 года. Стоимость катализаторов составляет поряд- ка 50% от стоимости ДНУ. Высокая эффективность работы ДНУ дос- тигается при отношении NHj/NO^ = 0,82-0,84. Минимальный «про- скок» аммиака обеспечивается при относительно высокой удельной поверхности катализатора в реакторе. Установка оборудования СКВ за сероочисткой облегчает условия работы катализатора, однако при этом требуются затраты на дополнительный подогрев очищаемых ды- мовых газов. Одновременная очистка дымовых газов от оксидов серы и азота предполагает создание последовательных ступеней. По одному из спо- собов, разработанному в ФРГ, осуществляется каталитическая очистка дымовых газов от сернистого ангидрида и оксидов азота. Дымовые газы после очистки в электрофильтре при t - 450-500° С поступают в верх- нюю часть реактора, где происходит восстановление оксидов азота до N ,^ COj и Н^О, в нижней части реактора осуществляется окисление сер- нистого ангидрида в серный с последующим образованием серной кис- лоты. Улавливание сернистого ангидрида достигает 90%. Электронно-лучевой способ очистки дымовых газов от N0^ и SOj основан на возбуждении реакции под действием электронов вы- соких энергий. При взаимодействии с основными составными частя- ми дымовых газов (азотом, кислородом, водяным паром и двуокисью углерода) образуются возбужденные радикалы и ионы, которые при- водят в действие сложный механизм реакции с гомогенными газофаз- ными и гетерогенными газ-жидкость и газ-твердое вещество реакция- ми, которые способствуют превращению N0^ и SO^ в другие окислы. При этом образуются первичная серная и азотная кислоты, которые могут быть связаны добавкой нейтрализующих веществ. При исполь- зовании аммиака образуется твердый конечный продукт — смесь со- лей аммиака, используемых в сельском и лесном хозяйстве. Способ реализуется при температуре 80° С в дымоходе между сепаратором пыли и дымовой трубой. Эффективность применения способа подтверждается данными экспериментальных испытаний. При обработке дымовых газов 8000- 24000 м'/ч использовался излучатель мощностью 80 кВт и ускоряю- щим напряжением 800 кВ. Степень улавливания составляла по SO^ более 95% и по N0^ — вьппе 80%. В опытных установках при расходе озона 0,18-0,24 г/м^ очищае- мого газа и суммарной плотностью орошения около 0,5 л/м^ эффек- тивность очистки газов составила по SO^ — 90-94%, по — 60- 70%. Содержание озона в дымовых газах на выходе из дымовой трубы не превышает 4-10"' г/м^ при ПДК = 0,16-10"' мг/м' (в атмосферном воздухе). Озонно-аммиачный метод позволяет одновременно осущест- влять очистку дымовых газов от сернистого ангидрида и оксидов азо- та. Технологическая схема очистки газов включает: стадии охлажде- ния их до температуры 80° С, обработки в адсорбционном аппарате озоном и поглотительным раствором. Озон окисляет NO до NO ,^ по- глотительный раствор позволяет перевести N0^ и SO^B жидкую фазу. Реализация этого способа требует относительно высоких затрат элек- троэнергии на производство озона. Широкого распространения в энер- гетике этот способ пока не получил. Метод использования активированного угля или кокса. В тех- нологической схеме этого метода дымовые газы после электрофиль- тров направляются в охладитель, где охлаждаются за счет впрыска воды до 120° С, а затем в верхней части абсорбера, заполненного активиро- ванным коксом, происходит сорбция SOj и частичное восстановление оксидов азота. В нижнюю часть абсорбера вводится аммиак для более полного восстановления оксидов азота и нейтрализации проскока SO .^ Степень десульфуризации газов достигает более 96%, а денитрифика- ции порядка 70%. В табл. 10.3 приведены ориентировочные стоимостные показате- ли различных технологий снижения выбросов SO^ и N0^ в атмосферу с дымовыми газами угольных ТЭС. Таблица 10.3 Технологии Удельные расходы на 1 кВт установленной мощности, долл./кВт на 1 т сниже- ния выбросов SOi или N0, , долл./т Снижение серосодержания в исходном топливе 60-120 350-900 Мокрая десульфуризация 200-400 35-650 Сухая десульфуризация 50-100 450-900 Снижение N 0 , режимными мероприятиями 5 - 3 5 1 0 0 ^ 5 0 Денитрификация дымовых газов угольных котлов 75-100 900-3600 Снижение загрязняющих веществ SOa+NOx при сжигании угля в кипящем слое: — при атмосферном давлении 600-1600 200-450 — при повышенном давлении 800-1500 200-^00 Применение внугрицикловой газификации угля 1300-1900 200-350 и . ТЕНДЕНЦИИ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПУТЕМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ Развитие топливно-энергетического комплекса страны ориентйВ ровано на повышение эффективности использования энергоносите| лей путем энергосбережения и обеспечения соответствующей эко^ логической обстановки во всех регионах. Основными направлениям^ работ в этой области являются: разработка и реализация высокоэф?^ фективных энергосберегающих и экологических мероприятий, струк- турно-технологическая перестройка как энергетических предприя- тий, так и энергоемких отраслей с прекращением роста энергоемкости внутреннего валового продукта (ВВП) и доведением ее до уровня развитых стран. Научно-технический прогресс в энергетике стран мирового сооб- щества на перспективный период будет происходить в направлении совершенствования технологий ПГУ, роста эффективности и безопас- ности АЭС, увеличения объемов использования нетрадиционных во- зобновляемых источников энергии как для РБ, так и других стран СНГ. Энергоемкость ВВП в Беларуси значительно превышает уровень, до- стигнутый индустриально развитыми зарубежными странами, поэто- му возможности реализации энергосберегающей политики в РБ отно- сительно высокие. ИЛ. ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ В основу программ энергосбережения в энергетике во всех стра- нах положен принцип сокращения затрат на производство и транспорт тепловой и электрической энергии потребителям без увеличения эко- логического воздействия объектов энергетики на окружающую среду. Мероприятия по энергосбережению принято делить на два типа: - организационно-технические, направленные в основном на со- кращение нерационального использования энергоресурсов без значительных изменений в технической базе; - инвестиционно-технологические, ориентированные на освоение и совершенствование энергетического оборудования, по техни- ко-экономическим и экологическим показателям. Мировое потребление энергии до 2010 г будет возрастать ежегод- но на 1,6%, что ниже, чем за предшествующие 20 лет, когда этот пока- затель составлял 2,6%. Развитие энергетики зарубежных стран происходит с преодоле- нием трудностей, связанных с неравномерностью размещения запа- сов топлива. Энергетическую самообеспеченность имеет небольшое количество государств. В частности, на долю таких государств, как США, ФРГ, Великобритания, ЮАР и Австралия приходится более 80% доказанных запасов угля (без СНГ). Страны Ближнего и Среднего Востока имеют порядка 60% запасов нефти, 44% природного газа. За- висимость от импорта топлива оказывает существенное влияние на темпы развития и структуру энергетики во многих странах, включая Республику Беларусь. Энергетическое хозяйство многих зарубежных стран характери- зуется нестабильностью ресурсной обеспеченности разных отраслей ТЭКа, медленным осуществлением структурных сдвигов в энергоба- лансе, конъюнктурным подходом к формированию цен на топливные ресурсы, сильным влиянием монополий. В перспективе в зарубежных странах и странах СНГ планируется проведение работы по совершенствованию техники и технологии до- бычи и транспорта преимущественно жидких и газообразных топлив. В угледобывающей промышленности намечается привлечение в энер- гобаланс низкокалорийного и высокозольного топлива с применени- ем новых технических средств для их добычи и транспортировки, со- зданием экологически чистых технологий их сжигания. Возрастает интерес к использованию солнечной энергии с приме- нением способов и средств непосредственного преобразования ее в элек- трическую, а также на гелиоэлектростанциях как малой, так и относи- тельно большой единичной мощности. Масштабы ее использования в значительной степени зависят от использования технологии производ- ства преобразователей и другого оборудования. Следует отметить, что работы в области гелиоэлектроэнергетики в зарубежных странах про- водятся скачкообразно. Например, в 1982 г. на научные исследования в этой области в капиталистических странах было выделено более 1 млрд долл. США. В последние годы ассигнования на эти цели в ряде стран значительно уменьшились. В структуре энергетики ряда зарубежных стран доля возобновляем мых источников энергии неуклонно возрастает. В странах Европейско| го сообщества в середине 90-х гг. она составляла 5,3%; в Дании — 6,5| Финляндии — 18,3; Швеции — 5,6%. В Японии в 1998 г. на развитие научно-исследовательских работ в области энергетики выделялось 1 9 | млрд иен, в том числе на разработку системных технологий для ЭЭС 49,3, на новые источники — 12,6. В Великобритании на ТЭЦ суммарной мощностью 4000 MBi действует порядка 1300 энергоустановок, 90% из них имеют мощ^ ность менее 10 МВт. Более 50% всех ТЭЦ используют газовые тур^ бины. За 1990-1997 гг. количество альтернативных источников элек» троэнергии в Германии возросло втрое — с 5630 до 18221 ед, Количество ветроэнергетических установок увеличилось в 10 раз; Удвоилось количество установок, сжигающих мусор. Во Франции установленная мощность ветроэлектростанций к 2005 г. возрастет с 10 до 250 МВт. Намечается за три года реализовать 16 проектов стоимостью 60 млн долл. США. Ниже приводятся некоторые сведения по развитию АЭС и освое- нию нетрадиционных источников энергии в ряде стран. В Японии к 2000 г. намечалось довести общую мощность АЭС до 45600, а к 2010 г — до 70500 МВт. Наиболее крупные энергоблоки будут иметь единичную мощность 1350 МВт. Вместе с тем ряд аварий на АЭС Японии усилил оппозицию общественности к ним. Активно развиваются АЭС в Корее. По объему производимой на АЭС электроэнергии эта страна занимает восьмое место в мире. По надежности энергоблоков корейские АЭС занимают третье место в мире (после Японии и США). К 2010 г. установленная мощность АЭС Кореи должна была достигнуть 25 тыс. МВт. В стране интенсивно ве- дутся работы по созданию собственной ядерной промышленности, сооружается энергоблок мощностью 1500 МВт. Корея намерена экс- портировать свое оборудование для АЭС в Китай и в КНДР. Китай планирует иметь к 2010 г. АЭС общей мощностью 20 тыс. МВт (4% всей установленной мощности, или 553 тыс. МВт), к 2020 г. — 40-50 тыс. МВт. На Тайване эксплуатируется АЭС с шестью энергоблоками. Намечено еще сооружение АЭС с двумя блоками общей мощностью 1350 МВт. До 2010 г. намерены ввести в строй свои АЭС Индонезия, Таиланд, Филиппины и Вьетнам. В Японии в 1998 г. построена комбинированная электростанция установленной мощностью 300 кВт, на которой для производства элек- троэнергии используется энергия солнца и ветра. Общая стоимость такой электростанции — 2,6 млн долл. США, а удельная стоимость 1 кВт мощности не больше, чем у тепловой электростанции. Введена в эксплуатацию мусоросжигающая электростанция мощностью 27 МВт, утилизирующая в день 1500 т мусора. Работает электростан- ция на топливных элементах, использующая горючий газ, получен- ный из сточных вод. На северо-западе Китая имеются три ветряные электростанции общей мощностью 25 МВт (44% всех могцностей ветряных электро- станций страны). Намечается сооружение еще 66 ветряных агрегатов, после чего суммарная мощность ВЭС достигнет 70 МВт. На Филип- пинах сооружаются две ВЭС по 40 МВт. В Италии введены в эскплу- атацию ВЭС мощностью по 9 и 11 МВт. Намечается строительство ВЭС общей мощностью 21,6 МВт, на которой будет установлено 36 ветряных турбин по 600 кВт каждая. Правительство Греции объявило о поддержке сооружения солнеч- ной электростанции мощностью 5 МВт на фотоэлементах. Подобная станция, по-видимому, будет самой крупной в мире. К 2003 г. ее мощ- ность должна увеличиться до 50 МВт. Европейское сообщество пре- доставит кредит 10 млн долл. США (общая стоимость первоначально- го проекта — свыше 17 млн долл.). Самая крупная гелиостанция мощностью 3,3 МВт работает в Италии. Для автономных систем энергоснабжения отмечается перспек- тивность применения авиационных газовых турбин с выработкой электрической и тепловой энергии. Общий КПД установки может превышать 80%. Такие газотурбинные установки имеют ряд пре- имуществ перед ПГУ и конденсационными турбинами. Основные из них: - простота конструкции (отсутствует паровая турбина, конденсат тор и др.); - на 15-25% снижен расход топлива; - в 2-8 раз меньше выброс в атмосферу загрязняющих веществ; - сокращенные сроки строительства; - снижение численности обслуживающего персонала; - в 2 раза по сравнению с ПГУ меньшая стоимость 1 кВт установи ленной мощности. В выполнявшихся ранее прогнозах использования нетрадицион- ных видов источников энергии в энергоснабжении стран единого экО'^ номического комплекса предусматривалось, что к 2000 г. их вклад будет составлять 11-12% от первичной энергии. В структуре нетрадицион- ных источников энергии гидроэнергия должна составлять до 33%^ древесина — 29%, нелесная биомасса — 12%, солнечная энергия —• 10%, горючие сланцы — 8%, геотермальная энергия — 2%, битуми- нозные песчаники — 4%, торф — 1,5%, а все остальное — 1%. Видно, что нетрадиционные виды источников энергии могут служить лишь для локальной замены традиционных энергоресурсов. Государственная политика многих стран в области энергетики ориентирована на поиск оптимальных соотношений темпов экономи- ческого роста замедления энергопотребления, на развитие научных исследований в области энергоэкономных технологий. В механизме государственного воздействия на энергетику повышается роль норма- тивно-правовых актов и непосредственного контроля, финансирова- ния и субсидирования, стимулирования экономии энергоресурсов. В зарубежных странах в развитии энергетики позиции государствен- ного сектора постоянно укрепляются. Это проявляется во многих сфе- рах. В ряде стран проводится реприватизация отдельных секторов эко- номики, создаются государственные организации по разработке и поддержке альтернативных энергоисточников, осуществляется гибкая политика цен на энергоресзфсы и налогового режима. В большинстве развитых зарубежных стран принимаются меры для облегчения функ- ционирования монополистического капитала в энергетике. В то же вре- мя государственная политика в области энергетики отличается гибкос- тью с изменением подходов к финансированию отдельных направле- ний, отменой налоговых льгот и прекращением поддержки неэффек- тивных проектов. В целом правительственные действия зарубежных стран также во многом зависят от интересов частных компаний. Во многих зарубежных странах создана и функционирует систе- ма государственного стимулирования внедрения энергосберегающих мероприятий как производителями, так и потребителями энергии. Как известно, основной потенциал энергосбережения принадлежит потре- бителям топливно-энергетических ресурсов. Поэтому система госу- дарственной поддержки энергосберегающей политики ориентирова- на, в первую очередь, на потребителей энергии. Предусмотрен ряд мер по созданию условий заинтересованности потребителей энергии в повышении энергоэффективности производства. Эти меры включают пропаганду энергосберегающего стиля работы, предоставление инфор- мации об эффективности энергосберегающих мероприятий, финансо- вую поддержку энергоаудитов, выделение грантов на реализацию энер- госберегающих мероприятий, введение дифференцированной налоговой политики, разработку стандартов энергоэффективности различного оборудования. В энергетике ряда зарубежных стран осуществлен переход к мо- делям хозяйствования, допускающим конкурентные отношения в от- расли. Реализуются механизмы с частичным ограничением монопо- лии электроснабжающих энергокомпаний, а также с организационным разделением естественно монопольных и конкурентных сфер деятель- ности компаний и созданием условий для появления независимых про- изводителей энергии. В России и ряде стран СНГ при переходе к рыночным отношени- ям происходят преобразования предприятий и организаций электро- энергетики в акционированные и частично приватизированные ком- пании. В России активно реализуется система государственного регулирования тарифов на региональном и федеральном уровнях, со- здается федеральный оптовый рынок электрической энергии. В то же время сложившаяся ситуация в энергетике характеризуется недоста- точной ее экономической эффективностью. Это связано с неплатеже- способностью потребителей энергии, ухудшением экономических показателей, недостатком инвестиций. Основные направления развития электроэнергетики России и стран СНГ: -техническое перевооружение и реконструкция действующих энергетических мощностей; - замещение выбывающих основных фондов; - развитие межсистемных электрических связей; - демонополизация эваектроэнергетического рынка. Значительную роль в развитии электроэнергетики стран СНГ, как и других государств, должна сыграть Европейская энергетическая хартия, которую подписали в Гааге 39 государств Европы, включая Республику Беларусь. Договор к энергетической хартии устанавливает долгосрочное международное сотрудничество в области энергетики, обеспечивает ком- плексный подход к решению проблем развития ТЭК стран-участниц. Несмотря на достигнутые успехи в области расширения исполь- зования нетрадиционных видов энергоресурсов приоритетными на- правлениями развития работ в энергетике практически всех стран мира, включая СНГ, являются: энергосбережение в традиционной энергети- ке, экологически чистые технологии использования топлив, совершен- ствование ядерной энергетики. В традиционной энергетике (на ТЭЦ и КЭС) возможности повы- шения эффективности преобразования энергии топлива в тепловую и электрическую энергию в значительной мере исчерпаны. В прогнози- руемый период структура источников энергии в энергетике РБ сильно не изменится. Поэтому актуальными остаются работы по энергосбе- режению путем соверщенствования технологических процессов и обо- рудования для получения и передачи энергии. Важное место в эффек- тивном энергосбережении страны принадлежит международному сотрудничеству в развитии энергетики, объединении усилий по отдель- ным направлениям ее развития. 11.2. НАПРАВЛЕНИЕ И СОСТОЯНИЕ РАБОТ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ В ЭНЕРГЕТИКЕ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Результаты достигнутой эффективности политики энергосбере- жения во всех отраслях народного хозяйства принято оценивать по динамике изменения энергоемкости ВВП, определяемой потребите- лями энергии. Одной из задач, актуальных для энергетики при решении проблем энергосбережения, является возможность сдерживания темпов нара- щивания установленной мощности энергоисточников на перспективу. Постоянно меняющаяся ситуация с ценами на энергоресурсы, неста- бильность развития энергоемких отраслей промышленности и другие факторы во многом обесценивают прогнозы развития отраслей топ- ливно-энергетического комплекса страны, включая и энергетику. Для снижения темпов наращивания объемов энергетических мощностей необходимо постоянно реализовывать энергосберегаю- щие мероприятия как в энергетике (производителей энергии), так и у потребителей, где резервы экономии ТЭР особенно большие. Реа- лизация потенциала энергосбережения должна сопровождаться оп- ределением целесообразности его использования и учетом финансо- вых средств в соответствии с состоянием экономики. Привлечение финансовых ресурсов из разных источников для реализации программ энергосбережения и охраны окружающей среды может активизиро- ваться при создании условий, обеспечивающих взаимную заинтере- сованность в них как у производителей энергии, так и потребителей. Необходимо разработать систему государственной поддержки энер- госбережения. При этом нужно предусмотреть возвратность средств на поддержку таких мероприятий, налоговые льготы на прибыль, используемую для целей энергосбережения и охраны окружающей среды; льготы на налог на имущество, технику и т. п.; кредитные и таможенные льготы; создать фонды энергосбережения, организовать тендеры на получение средств и т, п. Особое место должно быть отведено созданию эффективной ин- формационной системы по энергосберегающим и природоохранным мероприятиям, обеспечению соответствующих органов техникой энер- гетического и экологического аудита, внедрению системы энергети- ческой и экологической экспертизы проектов, разработке системы энер- гетической и экологической стандартизации энергооборудования и применению санкций за нарушение стандартов и др. Для достижения более высокой эффективности использования ТЭР в электроэнергетике в первую очередь необходимо: - преодолеть нежелание производителей энергии вкладывать сред- ства в энергосберегающие и природоохранные мероприятия; - повысить уровень обеспечения информацией в части значимос- ти энергосбережения и охраны окружающей среды при произ» водстве энергии и во всех сферах ее потребления. Состояние энергетики РФ характеризуется значительным физи ческим и моральным износом основного оборудования (в 2000 г. 25%, к 2010 г. — 60%). Эксплуатируется значительная часть оборуд^ вания со средним удельным расходом топлива 440 г/кВт ч, что сущ^ ственно превышает технические нормативы. Аналогичная ситуаций имеет место и в энергетике РБ. Несвоевременная замена устаревшер® оборудования в РФ приводит к перерасходу более 1,2 млн т у. т. Потёг ри электроэнергии в сетях, включая хищение, а также расход на соби ственные нужды электростанций постоянно растут и находятся на уров; не 15-20%. Остаются высокими потери тепловой энергии в тепловых сетях систем централизованного теплоснабжения. В энергетике РБ более 50% оборудования электроэнергетики ис- черпали проектный ресурс работы. Аналогичное положение характер- но и для оборудования топливной промышленности. В таких услови- ях только выбор и обоснование правильных путей развития ТЭК позволяет обеспечить эффективное энергообеспечение всех потреби- телей энергии и развитие экономики страны в целом. В РБ, как и в других странах СНГ, существует проблема обновле- ния основных фондов. К 2005 г электропотребление в РБ должно до- стигнуть уровня 1990 г. При этом потребуется ввести 3 млн кВт гене- рирующих мощностей взамен выбывающих. Освоение новых и возобновляемых источников энергии хотя техни- чески возможно, но отличается высокой капиталоемкостью. Применение НВИЭ сдерживается из-за низкой степени концентрации в них энергии и невысокой эффективности ее преобразования. По этим и другим причи- нам и в особенности из-за недостаточной проработки и промышленного освоения технологий масштабы использования НВИЭ в перспективе от- носительно невысокие. В то же время существующее положение не мо- жет бьпъ основанием дня отказа от развития работ в этом направлении. К вопросу использования нетрадиционных источников энергии в Беларуси существуют различные подходы. Сторонники НВИЭ ссыла- ются на зарубежный опыт, где в ряде стран, как было показано выше, такие источники получили значительное развитие. В странах Евро- пейского сообщества выработка энергии НВИЭ достигает 6% и дос- тигнет 8% к 2005 г. К этому периоду, например, в Дании этот показа- тель составит 12%, а к 2030 г. — 35%. Оптимистично настроенные специалисты в вопросах освоения НВИЭ в Беларуси предлагают раз- работать программу выбора стратегии и тактики комплекса работ в этом направлении (табл. 11.1). Таблица 11.1 Энергетический потенциал НВИЭ Наименование НВИЭ Значение НВИЭ, млн т у.т./год Иеточники информации ИПЭ АКБ Becui АНБ, сер. ФТН, № 4 , 1992 г. АНБ, БГУ Неман, № 9 , 1993 г. Международный семи- нар «Нетрадиционная энергетика, экология, энергосберегающие технологии», Минск, 1993 г. 1. Энергия ветра 2,17 3 , 0 ^ , 0 1,9 2. Энергия малых рек 0,098 0 ,25-1 ,25 0,11 3. Энергия неиспользованного потенциала пара крупных котельных 0,32 4. Энергия редуцируемого природного газа — — 0,25 5. Энергия органических отходов (биомасса) 3,5 2 ,25-4 ,5 3 ,5-^ ,0 6. Собственные энергоресурсы (торф, дрова, бытовые отходы) - 1,23 3 , 0 ^ , 6 7. Солнечная энергия: - горячее водоснабжение 4,75 1,95-2,25 2 ,5-3 ,7 - электроэнергия - - 3,7-5,7 8. Низкопотенциальное тепло, вторичные энергоресурсы 2,0 - 3,5 И Т О Г О : 12,52 8,68-13,23 18,8-24,1 По данным Института экономики НАН Беларуси, НВИЭ в рес- публике могли бы сократить на 50% импорт всей потребности в топливе. Пессимистичное отношение к НВИЭ в Беларуси основывается на результатах их освоения за рубежом, а также их незначительным влц. янием на изменение структуры топливного баланса страны. В СШ^ Министерством энергетики в 1996 т. на освоение НВИЭ (без ГЭС) щ траты составили 9, а за последние 20 лет — порядка 40 млрд доля! США. Отмечено, что электроэнергия, получаемая на основе НВИ^ вдвое дороже, чем при сжигании ископаемых топлив. Обращается внн| мание не только на сомнительность экономики НВИЭ, но и на npo6j4i му с обеспечением условий по экологическим требованиям. Существ^ ющие или разработанные технологии использования НВИЭ (наприм^ энергия ветра, ГЭС) с точки зрения сохранности состояния окружанй щей среды пока имеют непреодолимые недостатки. Широкое осво^ ние НВИЭ предполагает высокий уровень развития экономики стра ны, который в настоящее время в Республике Беларусь не достигнув При ограниченных возможностях вовлечения нетрадиционных исто% НИКОВ энергии в энергетический баланс страны (до 5%), они получат дальнейшее развитие за счет использования гидроэнергетических ре- сурсов, древесных и бытовых отходов. Для финансирования проектов по нетрадиционной энергетике на- мечается привлечь средства частных инвесторов. Работы в этом направ1 лении регламентированы Постановлением СМ РБ от 24.04.97 г. № 40(] «О развитии малой и нетрадиционной энергетики». Работы по исполь- зованию экологически чистьк возобновляемых источников энергии бу- дут способствовать развитию собственных технологий и оборудования, которые впоследствии могут стать предметом экспорта. Приемлемые сроки окупаемости затрат на нетрадиционную энер- гетику должны обеспечиваться путем разработки и реализации наи* более простых технических решений и оборудования, выпускаемого на предприятиях республики с максимальным использованием мест- ных материалов. В целом по республике годовой объем централизованных загото- вок дров и отходов лесопиления составляет до 1 млн т у. т. Часть дров поступает населению за счет самозаготовок, объем которых оценива- ется на уровне 0,3-0,4 млн т у. т. Возможности республики по исполь- зованию дров в качестве топлива определены исходя из естественного годового прироста древесины, который приближенно оценивается в 25 млн куб. м или 6,6 млн т у. т. в год. Согласно программе по исполь- зованию отходов древесины для производства тепловой энергии про- гнозируемый в Республике Беларусь годовой объем древесного топ- лива к 2015 г может возрасти до 1,9-2 млн т у. т. Потенциальная мощность всех учитываемых водотоков Беларуси для строительства малых ГЭС составляет 850 МВт, в том числе техни- чески доступны 520 МВт, а экономически целесообразны 250 МВт. За счет гидроресурсов к концу 2010 г возможна выработка 0,8 млрд кВт ч и соответственно вытеснены 250 тыс. т у. т. Основными направлениями развития малой гидроэнергетики яв- ляются: - восстановление ранее существовавших малых ГЭС (МГЭС) пу- тем капитального ремонта и частичной замены оборудования; - сооружения новых МГЭС на водохранилищах неэнергетическо- го (комплексного) назначения; - сооружение МГЭС на промышленных водосборах; - сооружение бесплотинных (русловых) ГЭС на реках со значи- тельными расходами воды. Единичная мощность гидроагрегатов будет находиться в диапазо- не от 50 до 500 кВт. Предпочтение будет отдаваться быстро ремонти- руемым гидроагрегатам капсульного типа. Все восстанавливаемые и вновь сооружаемые МГЭС в основном должны работать параллельно с энергосистемой, что позволяет значительно упростить схемные и конструктивные решения. На территории республики выявлено 1840 площадок для разме- щения ветроустановок с энергетическим потенциалом 1600 МВт и годовой выработкой электроэнергии 6,5 млрд кВт ч. Однако реализа- ция существующих способов преобразования энергии ветра в элек- троэнергию с помощью традиционных лопастных ветроэнергетичес- ких установок (ВЭУ) в условиях Беларуси пока экономически не оправдана. Основным направлением использования ВЭУ на ближайшую пер- спективу до 2005 г. будет их применение для перевода насосных уста- новок небольшой мощности (5-8 кВт) и подогрева воды в сельскохо- зяйственном производстве. Эти области применения характеризуются минимальными требованиями к качеству электрической энергии, что пдзволяет резко упростить и удешевить ВЭУ, а годовая экономия топ- лива за счет этого направления оценивается на уровне 3 тыс. т у. т. Для получения объективной оценки возможности использованш полного ветропотенциала с помощью новых ВЭУ требуется завершит! цикл экспериментальных исследований и определить уровень необ- ходимых инвестиций для развития названного направления. Реализация работ по энергосбережению в энергетике РБ, как и i дрзтих странах СНГ, во многом сдерживается существующей тариф; ной и ценовой политикой, неплатежеспособностью потребителей экере гии, недостатками законодательно-правовой базы в условиях естествен- ных накоплений. В ближайшее время намечается установить цены HS топливо и электроэнергию без перекрестного субсидирования с отра- жением в тарифах в полном объеме всех затрат на производство и рас- пределение ТЭР. В Республике Беларусь создана законодательно-правовая и нор- мативно-техническая база в области энергосбережения и охрань окружающей среды, приняты соответствующие постановления Пра вительства и Минэкономики, нормативные акты, создана иерархичес- кая структура органов государственного управления энергосбереже- нием и охраной окружающей среды, действует система финaнcoвo^ под держки путем создания целевых фондов для финансирования энер- госберегающих и природоохранных мероприятий, а также ответствен- ности субъектов хозяйствования за состояние использования ТЭР. 12. ШУМОВОЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЭС в Законе об охране атмосферного воздуха шумовое воздействие рассматривается как один из компонентов, загрязняющих окружающую среду. С целью регламентации предельно допустимых шумов на пред- приятиях, улицах городов и поселков, в жилых районах, в частности находящихся вблизи особенно шумных источников, а также в помеще- ниях производственного, культурно-бытового и жилого назначения раз- работаны специальные санитарные нормы. Так, уровень шума в произ- водственных помещениях и непосредственно в рабочей зоне цехов, на монтажных площадках и т. п. не должен превышать 70-80 дБА; в жи- лых районах города днем — 60, а ночью — 50; на магистральных ули- цах днем в жилых помещениях при закрытых окнах — 45, а ночью — 40 дБА, в других районах городов — соответственно 35 и 30 дБА. Принято считать, что территории с уровнем шума более 80 дБА относятся к дискомфортным, 40-60 дБА — к относительно диском- фортным, равным 40-60 дБА — к относительно комфортным и с уров- нем шума до 40 дБ А — к комфортным. Борьба с шумовыми воздействиями в зонах шумового дискомфорта осуществляется следующими способами: - путем снижения шума в источнике (усовершенствование произ- водственных процессов, использование малошумного оборудо- вания и т. д.); - в результате снижения шума на пути его распространения (пла- нировка строений, применение специальных искусственных со- оружений, использование рельефа местности, озеленение); - путем снижения шума на объекте; - повышением звукоизоляционных свойств ограждающих конст- рукций. Энергетическое оборудование ТЭС является источником значи- тельного шума. Однако основные источники шума (паровые котлы, турбины, генераторы, РОУ) расположены внутри помещения главщ го корпуса ТЭС, вследствие чего обычно не оказывают значительщ го влияния на прилегающую к ТЭС территорию. От оборудовании расположенного вне главного корпуса, щум может распространять^ за пределы территории ТЭС. Это обстоятельство имеет наибольше значение для ТЭЦ, которые располагаются обычно в городском мад сине, и их влияние на район жилой застройки может оказаться сущ| ственным. Воздействие звука характеризуется двумя параметрами — ypoi нем звукового давления (УЗД) L, дБ, и частотой/, Гц. Вместо УЗД й каждой частоте используют также обобщающую характеристику уровень звука (УЗ) по шкале дБА. В табл. 12.1 приведены предельны значения зфовня звукового давления и эквивалентные уровни звука и территории жилой застройки. Таблица 12. Допустимые уровни шума (дБ) и затухание шума в атмосфере Зона Среднегеометрические частоты, Гц Уровень звука, дБА 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Территория жилой застройки 67 57 49 44 40 37 35 33 45 Затухание шума, ДБ/км 0 0,7 1,5 3 6 12 24 48 При расчетах распространения звука используют попятш уровень звуковой мощности (УЗМ), дБ, связанный с УЗД соотношением L = i : + i o i g S , где S — площадь замкнутой поверхности вокруг источника, м^ . Источником постоянного шума, оказывающего существенное воз действие на окружающий район, являются тягодутьевые машины, газо распределительные пункты, трансформаторы, градирни. Сильными вре менными источниками являются сбросы продувки пара в атмосферу. Уровень звукового давления для паровой струи на расстоянш г = 1 м определяется Z = 17IgG + 5 0 1 g T - 5 , где G — расход пара, т/ч; Т— температура пара, К. Уровень звукового давления на расстоянии г = 15 м равен а на расстоянии более 15 м Z = Z ,5 -20 lgr/15-AI^, где AL^ — поглощение звука в атмосфере; г — расстояние. Для уменьшения шума сбросов пара могут применяться глушите- ли шума. Для них УЗ на селитебной территории (жилой застройки) снижается примерно на 30 дБ А, УЗД — па 15-35 дБ. Уровень звуковой мощности для тягодутьевых машин определя- ется как L^ = L + \Q\gV+25\%p, где L — критерий шумности (для радиальных машин 20-25, осевых 25-30 дБ); V— расход газов, MVC; р — развиваемое давление, Па. При работе п одинаковых машин Z = Z , + 101g«, где Lp, — УЗМ одной машины. На окружающий район влияет шум в месте забора воздуха из ат- мосферы или на выходе из дымовой трубы. Уровень звуковой мощно- сти на выходе из дымовой трубы L = 1 - Д Ь , р тр р пт' где AZ,^ ^ — потери мощности в газовом тракте, определяемые по фор- муле М = 4,34 al/D , г.т ' г' где а — коэффициент звукопоглощения; для металлических газоходов и дымовых труб а = 0,04, для футерованных кирпичом а = 0,35; I — длина газохода (высота трубы), м; D^ — гидравлический диаметр, м. Потери мощности звука от поворота на 90° составляют в сред- нем 3 дБ. Уровень звукового давления на территории вокруг ТЭС, дБ, на рас- стоянии г равен L = 10 I g - Ar/1000, м, где А — затухание звука в воздушной среде (табл. 12.1). П р и / = 1 кГц затухание А = 6 дБ/км. Значение L должно быть не более допустимого для той или иной точки, в противном случае необ- ходимо устанавливать шумоглушитель, снижающий уровень звуково- го давления на величину Для газоходов больших сечений наиболее эффективны пластин- чатые глушители. Для уменьшения шумового воздействия газотурбинной ТЭС дей- ственной мерой будет такой выбор направленности всасывающего пат- рубка воздуха ГТУ, чтобы излучение шума на этом патрубке было ори- ентировано на 180° в противоположном от защищаемого объекта направлении. Шум в помещении ГРП обусловлен течением газа, его гидродина- микой при дросселировании и образованием скачков уплотнения. Ис- точниками шума являются газопроводы, регулятор, импульсные ли- нии. Для снижения шума от ГРП предусматриваются такие меры, как установка глушителей на выходном коллекторе, изоляция трубопро- водов между ГРП и главным корпусом. Шум от ГРП может быть сни- жен до предельно допустимого звукового давления 80 дБА за счет при- менения следующих мероприятий: - строительства зданий ГРП кирпичными с толщиной стен не ме- нее двух кирпичей; - облицовки внутренних сторон стен и потолка звукопоглощаю- щим материалом; - покрытия звукоизоляцией газопроводов между ГРП и главным корпусом. На действующих энергетических объектах необходимо проводить периодические измерения шумовых характеристик оборудования и раз- рабатывать соответствующие мероприятия. Необходимо шире исполь- зовать опыт предприятий судостроительной и авиационной промыш- ленности. К естественным электромагнитным полям относится магнитное поле Земли. Изменения в геомагнитном поле связаны в основном с солнечной активностью. Усиленный электромагнитный поток, порож- денный Солнцем, возмущает магнитное поле Земли, и тогда возника- ют так называемые «магнитные бури». В период активного Солнца наблюдается увеличение сердечно-сосудистых заболеваний. Уровень электромагнитных полей, созданных современной цивили- зацией, в отдельных районах в сотни раз выше уровня естественных по- лей. В современном городе источниками электромагнитных полей явля- ются теле- и радиопередающие установки, электрифицированные транспортные линии и линии электропередачи. Токи промышленной ча- стоты (50 Гц) являются сильными источниками электромагнитных волн. Напряженность поля в районах прохождения высоковольтных линий элек- тропередачи может достигать нескольких тысяч и даже десятков тысяч вольт на 1 м (В/м). Наибольшая напряженность наблюдается в месте мак- симального провисания проводов. Так, при ЛЭП 330 кВ напряженность достигает 5000 В/м, при ЛЭП 500 кВ — 8000 и ЛЭП 750 кВ — 15000 В/м. Однако алектромагнитные волны хорошо поглощаются почвой, и уже на расстоянии от линии 50-100 м напряжение поля падает до нескольких сотен или десятков вольт на 1 м. Экранирующий эффект оказывают дере- вья, кустарники, здания, рельеф местности и т. д. Действие электромагнитного поля радиочастот зависит от частоты колебания волны. При повышении частоты, т. е. уменьшении длины вол- ны, отрицательное воздействие поля на человека становится более суще- ственным. Электромагнитное поле длинных волн обладает меньшим не- гативным воздействием, чем поле коротких и ультракоротких волн. Для определения границ зон вредного воздействия электромагнитных коле- баний в населенной местности установлены следующие предельно допу- стимые значения напряженности электромагнитного поля, В/м: - длинноволновые высокочастотные — 20; - средневолновые высокочастотные — 10; - коротковолновые высокочастотные — 4; - ультракоротковолновые высокочастотные — 2; - промышленные низкочастотные — 1000. Длительные или многократные воздействия электромагнитных волн слабой интенсивности приводят к нарушениям ритма сердечных сокращений и уровня кровяного давления, активности мозга, обмен- ных процессов и иммунной активности человеческого организма. Основными источниками негативного воздействия на человека вы- сокочастотной энергии являются радио- и телепередающие центры и ра- диолокаторы. Интенсивность такого воздействия зависит от мощности объекта, конструктивных особенностей антенных систем, рельефа мест- ности и т. д. Мощные коротковолновые радиостанции размещаются вда- ли от жилых застроек. Кроме того, создаются санитарно-защитные зоны, которые делятся на зону строгого режима и зону ограниченного пользо- вания. Территория зоны строгого режима эксплуатируется только радио- станцией, и на ее границах напряженность поля не должна превышать 20 В/м; эта зона ограждается и охраняется. В зоне ограниченного пользо- вания напряженность поля должна бьггь ниже 20 В/м, а ее периферии — не более 4 В/м. В указанной зоне не допускается жилипщое строитель- ство, но разрешается строительство промышленных объектов, гаражей, автостоянок и т. п., где люди находятся в течение не более 8 ч. Обычно ширина зоны строгого режима 50-100 м, а зоны ограниченного пользова- ния — 500-600 м. Рекомендуется удалять границы территории коротко- волновых передающих радиоцентров от городов с населением свьппе 100 тыс. жителей при мощности передатчика до 5 кВт на расстояние не менее 2 км, 25 кВт — 7 км, 120 кВт и более — 15 км. Напряженность поля в зданиях радиостанций снижается в результате применения планировоч- ных решений, специальных строительных конструкций и т. д. Территория телецентра или ретранслятора входит в зону строгого режима, на границе которой напряженность поля не должна превьпнать 5 В/м. В зоне ограниченного пользования напряженность поля должна быть ниже 5 В/м, а на внешней границе — 2 В/м. В зоне строгого режи- ма жилые здания не строят. В зоне ограниченного пользования в резуль- тате проведения планировочных и технических мероприятий напряжен- ность поля внутри здания не должна превьпиать 0,2 В/м. Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Блехцин И. Я. , М и н е е в В. А. Производительные силы С С С Р и окружа- ю щ а я среда: П р о б л е м ы и опыт исследования .— М.; М ы с л ь , 1981.— 214 с. 2. Закон Республики Беларусь (от 26. 11. 92) « О б охране о к р у ж а ю щ е й среды»: Сб. нормативных документов по вопросам охраны о к р у ж а ю щ е й сре- д ы /Сост. И. В. Войтов , Р. К. Кожевников , М . Я. П е т р о в а . — Вып. 7 .— Мн. , 1994.—146 с, 3. Закон Республики Беларусь (от 3 0 . 0 1 . 1997) «Об охране атмосферного воздуха» // Ведомости Национального собрания Республики Беларусь .— Мн. , 1 9 9 7 , — ' № 14 (232) .— С. 4 1 - 8 0 . 4. Энергетика и окружающая среда / Ф. В. Скалкин, А. А. Канаев, И. 3. Кропп.— Л.; Энергоиздат, Л е н и н ф , отд., 1981.— 280 с. 5. Маврищев В. В. Основы общей экологии.—М.; В ы с ш . шк., 2000.— 317 с. 6. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных ве- ществ , содержащихся в выбросах предприятий . О Н Д - 8 6 . — Л . : Гидрометеонз- дат, 1987.— 92 с. 7. Котлер В. Р. Оксиды азота в д ы м о в ы х газах котлов.— М.: Энергоатом- издат, 1 9 8 7 . - - 144 с. 8. Потапов О. П., Кропп Л. Д. Батарейные циклоны Пылезолоуловители. М.: Энергия , 1977.— 152 с. 9. Рихтер Л. Д. , Чернов С. Л. Защита о к р у ж а ю щ е й среды при сжигании топлива; Экологически чистая Т Э С // И т о г и науки и техники. В И Н И Т И . Сер. Тепловые электростанции. Т е п л о с н а б ж е н и е . — 1991.— Т. 6 . — С. 160. 10. Розенфельд Э. И. Повышение эффективности использования газообраз- ного и жидкого топлива / /Итоги науки и техники. Сер. Теоретические основы теплотехники. Промышленная тешютехника . В И Н И Т И . — М., 1986.— 128 с. 11. Рихтер П. А. Тепловые электрические станции и защита а т м о с ф е р ы . — М.: Энергия , 1975.— 312 с. 12. Внуков А. К, Теплохимические процессы в газовом тракте паровых котлов .— М.: Энергоиздат, 1981.— 296 с. 13. Охрана водного и воздушного бассейнов от в ы б р о с о в тепловых элек- тростанций; Учеб . д л я вузов / Л . А . Рихтер, Э. П. Волков, В. Н. Покровский; П о д ред. П. С. Н е п о р о ж н е г о . — М.; Энергоиздат, 1981.— 296 с. 14, Гохберг Ж. Л., Захаров М. С. Методы и приборы автоматического кон- троля выбросов ТЭС.— М.: Энергоатомиздат, 1986.— 144 с. 15. Стриха И. И. Низкотемпературная коррозия и эколого-экономические показатели котельных установок тепловых электростанций.—Мн.: Н И Ш «БелТЭИ», 1998.— 300 с. 17. Ермашкевич В. И. Возобновляемые источники энергии в Республике Беларусь: Прогноз, механизмы реализации // Энергия и менеджмент.— 2000.— № 1 .—С. 35-38. 18. Роберт Л., Бредли. Энергия из возобновляемых источников — недеше- вая, неэкологичная // Энергия и менеджмент.— 2000.— № 1.— С. 35-38. 19. Рихтер Л. А., Елизаров Д. П., Лавыгин В. М. Вспомогательное обору- дование тепловых электростанций.— М.: Энергоатомиздат, 1987.— 216 с. 20. Делягин Г. Н., Лебедев В. И., Пермяков Б. А. Теплогенерирующие ус- тановки.— М.: Стройиздат, 1986.— 559 с. 21. Пал М. X. Энергия и защита окружающей среды / Пер. с нем.— Падер- боры: Изд-во FIT — Verland, 1996.— 449 с. 22. Соловьев Ю. П. Вспомогательное оборудование паротурбинных элек- тростанций.— М.; Энергоатомиздат, 1983.— 200 с. Учебное иМание С Т Р И Х А Иван Иванович КАРИИЦКИЙ Николай Борисович ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ: АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ Учебное пособие Ответственный за выпуск А. П. А н о т к о Редактор В. Н. Гурьянчик Технический редактор Т. Н. Слееарчук Корректор Т. И. Луневич Сдано в набор 25.06,2001. Подписано в печать 06.11.2001, Формат 60x84/16, Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура Тай.мс, Уч,-изд, л, 20,5, Уел, печ, л, 21,9, Тираж 500 жч. Заказ 784. Н а л о г о в а я льгота - О б щ е г о с у д а р с т в е н н ы й к л а с с и ф и к а т о р Р е с п у б л и к и Б е л а р у с ь О К Р Б 007-98 , ч. 1; 22 .11 ,20 .100 Издательство УП «Технопрннт», ЛВ № 380 от 29.04.1999 Отпечатано на УП «Технопрннт», ЛИ № 203 от 26.01.1998 220027, Минск, пр-т Ф. Скорины. 65, корп. 14, оф, 215. тел, 231-86-93