 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Приоритетные загрязнители
Вещества, загрязняющие атмосферу, могут быть твердыми, жидкими, газообразными и оказывать вредное действие на окружающую среду непосредственно, после химических превращений в атмосфере либо совместно с другими веществами. Они обуславливают изменения природного состава атмосферы, которые сопровождаются серьезными последствиями:
1) опасностями для здоровья людей и животных;
2) разрушением о кружающей среды или некоторых ее частей (природных регионов, районов проживания или трудовой деятельности), которое приводит к таким воздействиям на общество, которые не всегда могут быть исчислены в денежном выражении;
3) ухудшением комфортности (например, появлением неприятных запахов, ухудшением видимости).
Указанные последствия являются результатом действия, как самих загрязняющих веществ, так и их сочетания с компонентами атмосферы, усиливающих действие загрязнителей. Эти компоненты атмосферы включают озон, фотохимические окислители, солнечный свет и участвуют в образовании фотохимических смогов.
Из более чем 200 загрязнителей атмосферного воздуха, на которые установлены нормы предельно допустимых концентраций, следует выделить пять основных, определяющие на 90-98% валовой выброс вредных веществ в большинстве городов:1) твердые частицы (пыль, зола, сажа), 2) оксиды серы, 3) оксиды азота, 4) оксиды углерода, 5) углеводоро ды. Для большинства промышленных регионов характерно следующее весовое соотношение поступления этих веществ в атмосферный воздух: оксид углерода около 50%, оксид серы около 20%, твердые частицы 16-20%, оксиды азота 6-8%, углеводороды 2-5%.
3.1.1 Твердые частицы
Основными промышленными источниками выбросов в атмосферу твердых частиц являются электростанции, промышленные и отопительные котельные, металлургические и цементные заводы, угле- и рудообогатительные фабрики. Около 60% общего количества аэрозолей, попадающих в атмосферный воздух из промышленных источников во всем мире составляют твердые частицы, поступающие при сжигании угля. Это главным образом зола и пыль, в значительно меньших концентрациях сажа, в отдельных случаях аэрозоли, содержащие микроконцентрации канцерогенных веществ. Выброс золы при сжигании твердых топлив зависит от состава их минеральной части, типа топочного устройства (слоевые, камерные топки с сухим или жидким шлакоудалением) и от эффективной работы пылеулавливающих установок.
К природным источникам загрязнения атмосферы твердыми частицами следует относить: 1) вулканические извержения; 2) пылевые бури; 3) лесные пожары; 4) испарение морской соли и др. (около 3760 т/год - 94% от общего количества).
Показателем нормального содержания твердых частиц в атмосфере является среднегодовая концентрация в горных районах от 0,04 до 0,4 мг/м3.
Важным свойством твердых загрязняющих веществ является размер отдельных частиц, необходимый для определения гранулометрического состава пыли.
Состав диспергационных и конденсационных аэрозолей может быть
в виде отдельных частиц и в виде групп частиц. Аэрозоли из твердых частиц называются пылью. Конденсационные аэрозоли с твердыми и смешанными фазами называются дымами. Диспергационные аэрозоли с жидкой фазой называются туманами.
В число других важнейших характеристических свойств частиц твердых загрязнений входят: их химический состав, электрический заряд и электросопротивление, слипаемость, абразивное действие, смачиваемость, взрываемость (или воспламеняемость), схватываемость, удельная поверхность, угол естественного откоса, угол скольжения, насыпная и истинная плотность.
В атмосферной пыли можно обнаружить практически все химические элементы, хотя большинство из них присутствуют в следовых количествах.
В таблице 1 приведены сведения об основных токсических веществах, существенная часть которых поступает в атмосферный воздух с продуктами сгорания топлив.
Основными источниками выбросов в атмосферу твердых частиц являются электростанции, промышленные и отопительные котельные, металлургические и цементные заводы, угле- и рудо обогатительные фабрики. Около 60% общего количества аэрозолей, попадающих в атмосферный воздух из промышленных источников во всем мире, составляют твердые частицы, поступающие при сжигании угля. Это главным образом зола и пыль, в значительно меньших концентрациях сажа, в отдельных случаях аэрозоли, содержащие микроконцентрации канцерогенных веществ. Выброс золы при сжигании твердых топлив зависит от состава их минеральной части, типа топочного устройства (слоевые, камерные топки с сухим или жидким шлакоудалением) и от эффективности работы пылеулавливающих установок.
В связи с использованием низкосортных углей, содержание минеральной части имеет тенденцию к повышению, от обычных 15-30 до 40-50 %. Однако, вследствие непрерывного повышения степени золоулавливания (на лучших энергоблоках ηз≥98%) и увеличения доли газа и мазута в топливном балансе, общий уровень содержания пыли в воздухе снижается. Содержание минеральной части и серы в некоторых видах топлив приведено в таблице 2; для малосернистого мазута оно составляет соответственно 0,2 и 0,5%, для высокосернистого 0,2.
Таблица 1 – Основные загрязнители атмосферного воздуха.
| Загрязнители | Основные источники | Среднегодовая концентрация в воздухе, мг/м3 | Химические процессы взаимодействия с окружающей средой | Воздействие на здоровье человека | Воздействие на окружающую среду | |||
| Природные | Искусственные | |||||||
| Твердые частицы (пыль, зола) | Вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары, испарения морской соли и др. (около 3760 т/год – 94% от общего количества) | Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках (около 240*106 т/год) | В городских районах 0,04 - 0,4 | В зависимости от химического состава и размера частиц | Зависит от химического состава | Снижение солнечного освещения и видимости, увеличение туманности | ||
| Сернистый ангидрид SO2 | Вулканические извержения, окисление серы и сульфатов, рассеянных в море (около 150*106 т/год – 70-50% от общего количества). | Сжигание топлива, нефтепереработка, черная и цветная металлургия ((175-150)*106 т/год – до 50%). | В городских районах до 0,5-1 районах с развитой промышленностью и автотранспортом – до 0,2, в других до 0,05. | Атмосферное окисление до SO3 приводит к образованию тумана, содержащего пары H2SO4 | Заболевания дыхательных путей | Хроническое поражение растений, уничтожение лесов, снижение урожайности Погло | ||
| Оксиды азота NOx | Лесные пожары (770*106 т/год – около 93% от общего количества). | Окисление атмосферного азота и азота топлива при высокой температуре – энергетика, промышленность, автомобили (55*106 т/год – 7%) | В процессах горения образуется 95-100% NO, окисляется в воздухе до NO2 озоном. В выбросе отопительных установок, газовых турбин, дизелей 70-90% NO, 10-30% NO2 | Уменьшение содержания гемоглобина в крови | щение солнечного света, образование коричневой дымки, смога. Уничтожение лесов. | |||
| Оксид углерода CO Летучие углеводороды и их продукты Полициклические ароматические углеводороды | Лесные пожары (11*106 т/год), выделения океанов (10*106 т/год). Лесные пожары, поступления природного метана и природных терпенов (2600*106 т/год – 97%). - | Неполное сгорание топлива (автомобили, промышленность до (250-350)*106 т/год – 90-95%). Неполное сгорание органического топлива (автомобили), дожигание отходов, испарение растворителей и продуктов нефтепереработки (80*106 т/год – 3%) Неполное сгорание органического топлива, выбросы химических, металлургических, нефтеперерабатывающих, асфальтобетонных заводов (100%) | 1-50 (в зависимости от интенсивности автотранспорта, близости металлургических производств) В районах с развитым автотранспортом и промышленностью – до 3 В районах асфальтобетонных заводов и при сжигании твердого топлива в слое – до 0,01 | Медленное окисление до СО2 в нижнем слое атмосферы. В целом химическая инертность по отношению к другим компонентам атмосферы Реакции СО и О3 с образованием альдегидов, кислот и других соединений Нет данных | Уменьшение содержания гемоглобина в крови Раздражающее действие некоторых продуктов окисления углеводородов (альдегидов) на глаза и дыхательные пути Понижение видимости, некоторые углеводороды могут вызывать заболевания раком | Никакого воздействия на высшие растения при концентрации менее 1 мг/м3. Поражение растений некоторыми соединениями при концентрации выше 0,02 мг/м3. понижение видимости; частое появление запаха Нет данных | ||
Таблица 2 – Содержание минеральной части и серы в углях, %.
| Бассейн | Марка (сорт) | Минеральная часть | Сера |
| Донецкий | Д Г А | 19,6 15,8 13,3 | 4,0 3,3 4,0 |
| Карагандинский | ПЖ Б ПП | 25,0 17,0 33,9 | 0,8 0,6 1,1 |
| Кузнецкий | Д Г | 5,0 10,0 | 0,4 0,6 |
| Подмосковный | Б | 23,5 | 2,9 |
| Челябинский | 24,9 | 1,2 | |
| Кизеловский | Г Д ПП | 29,3 26,5 35,6 | 5,1 4,6 9,5 |
| Экибастузский | С | 36,8 | 0,8 |
| Канский | Б | 10,2 | 0,5 |
При сжигании угля с содержанием минеральной части Ар = 16-20 % в камерных топках вынос твердых частиц в рабочей массе топлива за пределы топочной камеры составляет до 20 % от его массы. Вследствие этого эксплуатация камерных топок без систем пылеулавливания невозможна. Меньший вынос твердых частиц за пределы топочного устройства имеет место при применении циклонных топок.
Содержание золы в уносе (остальная зола удаляется со шлаком) составляет для пылеугольных топок с сухим шлакоудалением 85-93%, с жидким шлакоудалением 60- 70%, для циклонных топок 10-15%, цепных решеток 20-30%.
Унос частиц золы и несгоревшего топлива в газоходы с потоком продуктов сгорания зависит от кинетической энергии движения основного потока, размеров и формы частиц топлива.
Вредное действие пыли на организм человека зависит от ряда факторов (концентрация в воздухе, химический состав, размеры частиц, дисперсность, твердость, электрозаряженность пылинок).
Дисперсность твердых частиц имеет большое значение также в связи с худшим улавливанием более мелких частиц. В таблице 3 приводятся усредненные данные для разных топочных устройств.
Таблица 3 – Фракционный состав летучей золы в дымовых газах котельных установок, %.
| Размер частиц золы, мкм | Цепные решетки | Пылеугольные топки с сухим шлакоудалением | Циклонные топки |
| 0-20 10-20 20-30 30-40 40-74 74-149 >149 | - - - | - - | |
| Итого: |
Наряду с дисперсностью пыли весьма существенное значение имеет и ее химический состав. Например, содержание оксидов кремния в пыли более 10 % делает ее опасной для здоровья человека.
При отсутствии средств пылеулавливания в котельных установках малой производительности со слоевыми топками, выброс твердых частиц в атмосферу соизмерим с выбросом их на ТЭЦ.
Выбросы твердых частиц в атмосферу все еще являются одним из наиболее серьезных видов загрязнений, вносимых процессами горения в атмосферу городов.
Если для крупных котельных установок совершенствование системы пылеулавливания и строительство высоких труб позволяют в значительной мере уменьшить остроту проблемы, то для малых отопительных и промышленных котельных установок со слоевыми топками практически единственным радикальным решением является перевод их на мазут или природный газ. При отсутствии систем пылеулавливания твердое топливо (уголь) поставляет в атмосферу в 100-200 раз больше твердых частиц, чем жидкое топливо.
При сжигании жидкого топлива выделяется значительное количество мелкодисперсной сажи, обладающей большей токсичностью, чем обычная пыль, и оказывающей неблагоприятное влияние на прозрачность атмосферы.
Высокие концентрации твердых частиц в продуктах сгорания жидкого топлива (до 2,6 кг/т) в малых котлах объясняются, по-видимому, наличием значительного количества не догоревших в зонах горения, обедненных кислородом, коксосажевых частиц.
При сжигании мазута в малых установках концентрация твердых частиц может быть той же, что и при сжигании угля с применением системы пылеулавливания, а при сжигании газа - в среднем на два порядка ниже.
Рисунок 1 - Зависимость обеспечивающей одинаковую концентрацию в воздухе степени очистки от мощности ТЭС и приведенной зольности топлива. Приведенная зольность, кг* %/МДж.
1-0.48
В качестве системы золоулавливания применяются электрофильтры, а также мокрые золоуловители (центробежные и мокропрутковые скрубберы), позволяющие довести эффективность системы пылеулавливания до 98-99 %.
Выпускаются 2-, 3- и 4-польные электрофильтры типа УГ с высотой коронирующих электродов 4,2; 7,5 и 12 м, площадью активного сечения от 10 до 74 м2. Электрофильтры УГ при скорости газов 1,5 м/с обеспечивают ηз =95-98 %. Разработаны электрофильтры, обеспечивающие ηз до 99,5 %.
Средние эксплуатационные значения ηз пылеочистных устройств с учетом размеров частиц приведены в табл. 4.
Таблица 4 – Эффективность очистки газообразных выбросов от взвешенных частиц.
| Устройство | Размер частицы, мкм | Эффективность очистки η3, % |
| Осадительная камера Циклон Мультициклон Тканевый фильтр Скруббер Электрофильтр | 10-15 0,5 0,5 0,1 | 40-50 50-60 90-95 до 99 75-85 96-99 |
На ряде ТЭЦ, широко применяются золоуловители типа МП-ВТИ (мокро
прутковые), а также ПВ УОРГРЭС (с трубой Вентури) и др. Они применимы для улавливания золы с содержанием СаО+МgO<20% (при большем содержании золы прутковая решетка быстро забивается и выходит из строя). КПД золоуловителя МП-ВТИ 90 – 97%. При девятирядных двухступенчатых решетках степень очистки в скруббере диаметром 3100 мм достигает 97%.
Одной из основных характеристик, определяющих возможность применения мокрых золоуловителей, является расход воды, который в различных аппаратах изменяется от 0,1 до 1 л на 1 м3 очищаемых газов. Мокрые золоуловители имеют несколько меньший КПД, чем лучшие электрофильтры, но широко применяются на электростанциях ввиду меньшей стоимости и значительно меньших размеров.
Если расчетные значения ηз составляют для новых станций 98-99,5%, то реальные эксплуатационные показатели их часто не выше 95-97 %.
В связи с широким использованием газомазутных котлов на ГРЭС, а особенно на ТЭЦ, размещенных вблизи жилых кварталов, достаточно остро стоит вопрос о резком снижении (в конечном итоге о полной ликвидации) выбросов твердых частиц (сажи) при сжигании жидких топлив.
Разрабатываются горелочные устройства и режимы сжигания жидкого топлива, при работе которых не образуются сажистые частицы (без увеличения выброса оксидов азота и других токсичных веществ), а также - системы пылеулавливания.
На ряде мазутных котлов паропроизводительностью более 480 т/ч применялись механические золоуловители и электрофильтры. Так, фирма «ЗАМ» (США) разработала недорогой механический золоуловитель для мазутных котлов с ηз==85-88%. Конструкция аппарата позволяет быстро очищать его во время остановки котельного агрегата. Поскольку уловленные частицы состоят на 91% из углерода, их можно дожигать в топке. Для котлов малой производительности применяют рукавные фильтры из стеклоткани или тефлона. Как отечественные, так и зарубежные аппараты для очистки дымовых газов мазутных котлов от сажи нуждаются в дальнейшем совершенствовании.
Поиск по сайту: