Основные загрязняющие вещества, их воздействие на живые организмы, Методы борьбы с загрязнениями атмосферы котельными установками - Экология атмосферы

Загрязняющие вещества оказывают вредное воздействие на живые организмы несколькими путями:

    1) доставляя аэрозольные частицы и ядовитые газы в дыхательную систему человека и животных и в листья растений; 2) повышая кислотность атмосферных осадков, которая, в свою очередь, влияет на изменение химического состава почв и воды; 3) стимулируя такие химические реакции в атмосфере, которые приводят к увеличению продолжительности облучения живых организмов вредоносными солнечными лучами; 4) изменяя в глобальном масштабе состав и температуру атмосферы и создавая таким образом условия, неблагоприятные для выживания организмов. [2]
Методы борьбы с загрязнениями атмосферы котельными установками

Снизить выбросы вредных веществ котельными установками можно путем уменьшения содержания их в топливе, снижения количества вредных веществ, образующихся в процессе горения топлива, очистки продуктов сгорания от вредных примесей перед выбросом в атмосферу.

Уменьшение содержания токсичных веществ в топливе связано с большими трудностями. Очистка твердых топлив от примесей практически не осуществима, а жидких и газообразных (очистка мазута от серы на нефтеперерабатывающих заводах, получение малосернистого газа) требует значительных капитальных затрат и увеличивает эксплуатационные расходы. В этой связи очистка топлив от токсичных примесей в настоящее время применяется редко и не может быть рекомендована для действующих теплоэнергетических предприятий. Для котельных установок рекомендуется производить очистку продуктов сгорания перед выбросом их в атмосферу и принимать меры по уменьшению количества токсичных веществ, образующихся в процессе горения топлива. Однако наиболее радикальным методом уменьшения выброса вредных веществ является переход на сжигание газообразного топлива. Практика показала, что перевод котельных установок средней мощности с твердого топлива на газообразное обеспечивает снижение токсичности в 1-1,3 раза, малой мощности - в 4-5 раз. Поэтому в котельных установках малой мощности рациональнее применять только жидкие и газообразные топлива.

При сжигании твердых и жидких топлив для улавливания летучей золы, частичек несгоревшего топлива и сажи применяют золоуловители и фильтры, серийно выпускаемые нашей промышленностью. Если происходит полное сгорание твердого или жидкого топлива, то практически вся сера сгорает, и в продуктах сгорания находится в основном малореакционный сернистый ангидрид. Очистку продуктов сгорания от серного и сернистого ангидридов осуществляют в мокрых скрубберах. Вода улавливает серный ангидрид хорошо, сернистый ангидрид - плохо. Поэтому для увеличения доли его улавливания применяют поглотители. При орошении потока продуктов сгорания известковым молоком можно добиться улавливания до 90% сернистого ангидрида, причем стоимость очистки составляет всего около 12% стоимости топлива. Однако при применении известковых суспензий в газоочистной аппаратуре образуются карбонатные отложения, затрудняется работа распылителей и жидкостных трактов системы газоочистки. Для устранения этих недостатков применяют известково-щелочной метод улавливания сернистого ангидрида, при котором оксиды серы улавливают с помощью щелочного раствора, а известь используют для подщелачивания жидкости. Этот метод рекомендуется применять только на технологическом оборудовании, выпускаемом серийно.

Очистка продуктов сгорания от оксидов азота технологически сложна и экономически нерентабельна, поэтому необходимо принимать все меры к снижению образования оксидов азота в топках, внедряя наиболее рациональные режимы горения. Основными методами снижения выхода оксидов азота и уменьшения их выброса в атмосферу являются следующие: снижение температуры в ядре факела; дробление крупного факела на несколько мелких; замена смесительных горелок подовыми; организация двухстадийного сжигания топлива. Температуру в ядре факела уменьшают отводом некоторого количества теплоты от ядра зоны горения при сжигании газа и мазута. Отвод теплоты осуществляют увеличением угла раскрытия и уменьшением длины амбразуры приточной водой или воздухом. В обоих случаях снижается температура в ядре факела и уменьшается выход оксидов азота. Имеются другие способы снижения температуры в ядре факела, однако для котельных установок малой и средней мощности они практически не приемлемы.

При дроблении крупного факела на несколько мелких повышается отношение площади поверхности факела к объему, уменьшается время пребывания реагирующих веществ в зоне высоких температур и увеличивается периметр корня факела пламени, что вызывает повышение подсасывания продуктов сгорания в факел за счет внутритопочной рециркуляции. Все это приводит к снижению максимальной температуры в факеле и уменьшению выхода оксидов азота. Дробление факела можно осуществить установкой двухсветных экранов, как это выполнено в котлах типа ТВГ. Разделение факела на 6-8 отдельных частей снижает концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания на 20-30%. Замена смесительных горелок подовыми позволяет "растянуть" фронт факела пламени и снизить удельные тепловые нагрузки, а в котельных установках малой и средней мощности снизить концентрацию оксидов азота на 35-45%.

Подача воды или пара в ядро факела также приводит к снижению выбросов оксидов азота. Этот способ предусматривает впрыск влаги в количестве 3-5% от расхода топлива, что по аналогии с вводом рециркулирующих газов уменьшает максимальную температуру в зоне горения. По сравнению с обычным сжиганием газа и мазута данный метод позволяет на 10% подавить образование NOX. Кроме того, впрыск влаги в топку эффективен не только для подавления оксидов азота, но и для уменьшения образования оксида углерода, углеводородов и сажистых частиц вследствие увеличения их скорости выгорания за счет повышения концентраций радикалов Н и ОН в реакционной зоне.

Снижение температуры подогрева и уменьшение избытка воздуха в топке котлоагрегата также несколько сокращают образование NOX как за счет уменьшения температурного уровня в зоне горения, так и за счет падения концентрации свободного кислорода.

Радикальным способом подавления образования оксидов азота является организация многоступенчатого сжигания топлива. В отличие от традиционного (одноступенчатого) сжигания топливо сжигают в несколько ступеней, подводя на каждой ступени только часть воздуха, необходимого для горения. В котельной практике иногда применяют двухступенчатое сжигание топлива, а в некоторых случаях - трех - и многоступенчатое (если позволяет объем пространства в топочной камере, необходимого для завершения выгорания топлива). Зарубежный и отечественный опыт эксплуатации котлов свидетельствует о возможности в 1,5-2,0 раза уменьшить концентрацию NOX в продуктах сгорания при организации двухступенчатого сжигания (по сравнению с обычным сжиганием топлива). Сущность данного метода заключается в том, что в первичную зону горения подается воздуха меньше, чем необходимо теоретически, т. е. a1, < 1 (a1 = 0,85...0,95), а во вторичную зону - с некоторым избытком: a11 > 1 (a11 = 1,3...1,35). В результате разбавления продуктами сгорания последующее горение протекает при более низкой температуре, вследствие чего во вторичной зоне горения оксиды азота фактически не образуются. Конструктивно метод двухступенчатого сжигания топлива можно осуществить в котельных агрегатах с двухъярусным расположением горелок на высоте топочной камеры. При этом практически не требуется существенной реконструкции котла, связанной с дополнительными затратами

В настоящее время для котлоагрегатов, работающих на газе и мазуте, созданы специальные конструкции горелок двухступенчатого сжигания топлива с целью получения растянутого по длине топочной камеры факела, что обеспечивает значительное снижение температурного уровня в топке и соответственно сокращение образования оксидов азота. Внедрение подобных горелок в большинстве случаев не требует существенной реконструкции схем подачи воздуха и топлива на котлоагрегате.

Конструкция горелки надежна в эксплуатации и относится к числу малотоксичных топливосжигающих устройств вследствие периодического изменения соотношения первичного и вторичного воздуха, что обеспечивает подавление образования оксидов азота.

Перечисленные теплотехнические способы при комплексном их использовании могут существенно снизить образование оксидов азота в топке.

Выбор приоритетных методов сокращения выхода NOX из котлоагрегатов должен определяться в каждом конкретном случае не только технико-экономическими соображениями, но и конструктивными особенностями котельных агрегатов. Описаны случаи, когда мероприятия, успешно внедренные на одном котле, оказались совершенно непригодными на котлоагрегате с другой конструкцией топочной камеры или при изменении некоторых характеристик сжигаемого топлива. Есть способы, эффективно подавляющие образование NOX в котлах с большим топочным объемом, которые в то же время неприемлемы для котлоагрегатов с малыми топками. Так, например, для котлов конструкции "Универсал" и других с небольшими по объему топочными камерами практически недопустим метод рециркуляции дымовых газов, поскольку наряду с подавлением оксидов азота резко возрастают выбросы оксида углерода, сажи и углеводородов. В подобных котлах целесообразно применение методов интенсивного охлаждения факела путем дополнительного экранирования топки, рассредоточения фронта горения, т. е. использования в котлоагрегатах большого числа маломощных горелок взамен одной горелки высокой теплопроизводительности, а также путем секционирования топки двухсветными экранами. Сущность последнего метода заключается в интенсификации теплообмена в топках котлов, что уменьшает время протекания реакции окисления азота в зоне горения за счет увеличения скорости охлаждения продуктов горения.

Похожие статьи




Основные загрязняющие вещества, их воздействие на живые организмы, Методы борьбы с загрязнениями атмосферы котельными установками - Экология атмосферы

Предыдущая | Следующая