Лекции по экологии

Подождите немного. Документ загружается.

горелок и подмешиваться в дутьевой воздух перед горелками.

Наиболее эффективным является последний способ. При этом

способе снижение температуры в ядре факела проявляется в

наибольшей степени.

Организация рециркуляции связана с транспортировкой

запыленных газов повышенной температуры. Это требует

установки специальных дымососов рециркуляции, что связано с

увеличением энергии на собственные нужды. Рециркуляция дымовых

газов повышает сопротивление газового тракта и может вызвать

некоторое ухудшение условий горения.

Рециркуляция дымовых газов влияет на температуру перегрева пара.

Она получила в свое время применение для регулирования перегрева.

Рециркуляцию, установленную на котлах для регулирования

температуры перегретого пара, после некоторой переделки можно

использовать для снижения образования окислов азота в топочной

камере.

Двухстадийное (двухступенчатое) сжигание. Оно

заключается в подаче через работающие горелки только части воздуха,

необходимого для горения ( a = 0,81). Остальной воздух подается

через специальные сопла или «холостые» горелки, расположенные

выше работающих горелок, для дожигания продуктов неполного

сжигания. Теплоотвод в первичной зоне горения снижает температуру

газов так, что заключительная стадия горения идет при более низкой

температуре. При сжигании газа такая организация топочного

процесса приводит примерно к двухкратному снижению выбросов

NOx. При сжигании мазута также происходит снижение выбросов NOx

на 30 - 40%.

Применительно к твердому топливу двухстадийное сжигание может

быть использовано в первую очередь для малосернистых и

малошлакующихся углей в топках с твердым шлакоудалением. При

сжигании малореакционных углей этот способ может привести к

резкому увеличению горючих в уносе.

Снижение подогрева воздуха является эффективным средством

снижения выбросов NOx при сжигании газа. На мазутных и

угольных котлоагрегатах этот метод применим в меньшей степени из-за

опасности ухудшения процесса горения топлива.

Организация факельного процесса горения. Торможением

подмешивания вторичного воздуха к аэросмеси путем, например,

выбора необходимых скоростей крутки потоков или создания

экрана из инертной среды между аэросмесью и вторичным

воздухом можно добиться эффекта двухступенчатого горения

внутри факела. Это можно сделать без отрицательных последствий,

связанных со шлакованием топочных экранов и

высокотемпературной коррозией.

Подача воды и пара в зону горения. Приводит к некоторому

снижению образования окислов азота. Для газотурбинных

установок получен положительный эффект.

Ввод воды или водяного пара в количестве 5 - 10% от всего

количества воздуха снижает температурный уровень в топке, но

может несколько ухудшить процесс горения.

Таблица 2.1

Возможные пределы снижения образования NO в котлах тепловых

электростанций, %

2.11 Очистка дымовых газов от окислов азота

Окислы азота принципиально можно удалять из дымовых газов

электростанций. Но это направление не получило промышленного

развития из-за большой сложности по сравнению с очисткой от

окислов серы. Это связано с более низкой концентрацией окислов

азота в дымовых газах и их более высокой химической

устойчивостью (особенно окиси азота). Очистку дымовых газов от

окислов азота можно осуществить:

1) улавливанием окислов азота с последующей их переработкой

в товарные продукты (азотная кислота, концентраты окислов азота

и азотные соли);

2) разрушением окислов азота до нетоксичных составляющих.

Первый вариант можно реализовать методами абсорбции и

адсорбции. Одним из наиболее распространенных абсорбционных

методов является щелочное поглощение окислов азота. В качестве

щелочных поглотителей могут быть использованы Na

СО

;

Са(OH)

. Можно также в качестве поглотителя использовать окись

магния.

Из адсорбционных методов очистки наиболее перспективны

адсорбция селикагелем (SiО

-nH

O) и торфощелочными

сорбентами. В настоящее время все перечисленные методы

находятся в стадии опытно - промыпшенных исследований.

Наиболее перспективен метод адсорбции селикагелем. Он

позволяет получить в качестве побочных продуктов азотную

кислоту (НNОз) и концентраты окислов азота.

Для энергетики перспективным может оказаться метод

каталитического разложения окислов азота. Установки такого типа

уже находят применение для очистки газов от окислов азота в

производстве азотной кислоты. Опыта промышленного применения

этих установок на тепловых электростанциях пока нет. По

предварительным оценкам в условиях ТЭС эти установки будут

громоздкими и дорогими, т.к. в качестве катализаторов

используются металлы платиновой группы. Катализаторы

встраиваются после водяного экономайзера. На катализаторы

отрицательно влияют сера, зола и другие вредные вещества.

В настоящее время решается вопрос о борьбе с закисью азота

0, которая оказывает влияние на увеличение озонных дыр. В

ближайшие годы процессы сжигания топлива будут

модифицироваться с целью снижения выбросов азота.

Разрабатывается и применяется также некаталитическое

восстановление NOx до N

. При этом используются следующие

вещества:

аммиак, пароаммиачная или воздушно- аммиачная смеси,

аммиачная вода;

мочевина (карбамид) или ее производные в виде водных

растворов с соответствующими углеводородными

добавками;газообразная изоциановая кислота;

гранулированные соединения такие, как хлорид аммония,

фосфат аммония.

Восстановление оксидов азота перечисленными

восстановителями протекает в потоке дымовых газов при

температуре 850 - 1200 °С. Степень восстановления NOx - 60 -

90%.

Одним из основных факторов, влияющих на возможность и

целесообразность применения этих методов на практике, служит

показатель эксплуатационных и капитальных затрат.

Относительно невысокие затраты на очистку дымовых газов

карбамидным способом отмечают многие ученые. Так, японские

исследователи считают, что впрыск мочевины (карбамида) весьма

дешевого и доступного вещества, уменьшает выбросы оксидов

азота на 80 - 90%, а затраты на очистку с помощью карбамида в 4 -

7раз ниже, чем при использовании других систем очистки. Другим

важным фактором является безопасность системы. Карбамид как

восстанавливающий реагент имеет ряд преимуществ: не токсичен, не

взрывоопасен, не имеет запаха, не вызывает значительной

коррозии конструкций. Однако до сих пор использование

карбамида в промышленных условиях испытано лишь на

отдельных установках за рубежом.

Карбамид может также быть использован в виде водного

раствора в действующих мокрых золоуловителях с трубами

Вентури для связывания 60 + 80% сернистого ангидрида.

Продуктом очистки уходящих газов от сернистого ангидрида

являются сульфат и сульфит аммония.

3. РАСЧЕТ РАССЕИВАНИЯ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ В

АТМОСФЕРЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЫСОТЫ ДЫМОВОЙ

ТРУБЫ

3.1 Рассеивание газообразных горячих выбросов

из дымовых труб

Рассеивание выбросов при помощи дымовых труб является

основным способом защиты атмосферы от чрезмерного ее

загрязнения. При истечении в атмосферу дымовые газы состоят из

продуктов реакции горения топлива. Происходит изменение их

состава. Образуются новые соединения.

Отходящие газы от любых промышленных источников подлежат

рассеиванию в атмосфере, даже если они не содержат токсичных

веществ.

Рассеивание (диффузия) токсогенов, выделяемых различными

источниками, происходит под влиянием турбулентности,

свойственной приземному слою атмосферы. Различные слои

воздуха интенсивно перемешиваются во, всех направлениях. Это

приводит к разбавлению загрязненных слоев и к падению

концентрации токсогенов в них. Турбулентность атмосферы может

иметь механическое и термическое происхождение. В первом

случае она возникает главным образом в результате трения

ветрового потока о поверхность почвы. С увеличением

шероховатости поверхности интенсивность турбулентности

возрастает, так как возрастает размер вихрей, распространяющихся

до больших высот. Другим источником турбулентности в

атмосфере является неравномерное распределение температуры

(тепловое расслоение приземного слоя воздуха).

Турбулентность ветра играет большую роль в процессе

атмосферного тепломассообмена, благодаря которому происходит

рассеивание газовых и пылевых облаков в атмосфере.

3.2 Особенности загрязнения атмосферного воздуха

технологическими и вентиляционными выбросами

Для современных промышленных площадок характерно наличие

разнообразных выбросов: технологических и вентиляционных,

высоких и низких, точечных и линейных, нагретых и холодных,

непрерывного и периодического действия.К технологическим

относятся выбросы (хвостовые и продувочные) агрегатов и

установок.

К вентиляционным относятся выбросы общеобменной и местной

вытяжной вентиляции.

Вентиляционные выбросы общеобменной вентиляции

характеризуются большими объемами газовоздушной смеси, но

низкими концентрациями вредных веществ. Объемы

вентиляционных выбросов бывают столь большими, что

количество вредных веществ, содержащихся в них, иногда

превышает количество, содержащееся в технологических выбросах.

Технологические выбросы и выбросы вытяжной вентиляции

должны проходить предварительную очистку в пылегазоочистных

аппаратах.

По перепаду между температурой выброса и температурой

окружающего пространства источники делятся на нагретые и

холодные. По геометрическим параметрам (высота сбросной трубы,

форма выбросного устройства) выбросы можно разделить на

высокие и низкие, точечные и линейные. К точечным выбросам

относятся трубы, шахты, крышные. вентиляторы и т.п., а к

линейным аэрационные фонари, а также линии близко

расположенных друг к другу источников загрязнения.

Для различных отраслей производства характерны выбросы

определенного состава и свои особенности их распространения в

воздушном бассейне. Так, предприятия химической

промышленности отличаются чрезвычайно большим

разнообразием выбрасываемых в атмосферу вредных веществ.

Выбросы в основном осуществляются над кровлей здания из

сбросных труб сравнительно небольшой высоты. Только некоторые

сбросные трубы имеют высоту 25 - 40м и редко более 50м. Даже

такие токсичные вещества как хлор, выбрасываются в ряде случаев

через аэрационные фонари, пыль - через дефлекторы, а газы с

содержанием таких токсичных веществ как, например,

винилхлорид - через шахты над кровлей на высоте 15м.

Характерны изотермические выбросы. Над зданием образуется зона

аэродинамической тени. Она плохо проветривается.

При проектировании предприятий требуется проводить расчеты

возможного загрязнения воздуха вентиляционными и

технологическими выбросами. Расчеты сводятся к определению

суммарной концентрации вредных веществ в населенных местах с

обоснованием принятой ширины санитарно- защитной зоны, а

также в местах, где на территории предприятия сооружаются

воздухоприемные устройства систем вентиляции и

кондиционирования воздуха.

Концентрация вредных веществ в атмосферном воздухе

населенных мест не должна превышать разовых предельно-

допустимых концентраций, а в воздухе, поступающем внутрь

зданий и сооружений через воздухоприемные отверстия - 30%

ПДК этих веществ в рабочей зоне производственных помещений.

При превышении этих пределов разрабатываются дополнительные

мероприятия, например, повышение эффективности очистных

устройств, сооружение дополнительных пылегазоочистных

установок, совершенствование технологического процесса,

увеличение высоты труб и т.п..

Максимальная концентрация веществ С

макс

, пропорциональна

количеству вредных веществ, выбрасываемых из трубы в единицу

времени, и обратно пропорционально скорости ветра и квадрату

возвышения точки выброса над земной поверхностью. При

расчетах загрязнения воздуха, а также при выборе местоположения

приемных устройств систем приточной вентиляции следует иметь

ввиду, что при обтекании ветром зданий возникают

циркуляционные, плохо проветриваемые зоны. Наличие этих зон

меняет характер распределения концентрации вредных веществ при

выбросах из низких источников. Особенно это касается

вентиляционных выбросов, осуществляемых, как правило над

крышами зданий. Методы расчета низких источников имеют

специфику, связанную с загрязнением циркуляционных зон,

образующихся над зданиями и за ними.

3.3 Методика расчета рассеивания вредных веществ

примесей и выбор высоты дымовых труб

Расчет рассеивания в атмосфере вредных выбросов

производится по методике, разработанной главной геофизической

обсерваторией им. А.И.Воейкова.

Согласно этой методике расчет ведется при неблагоприятных

метеорологических условиях, когда скорость ветра достигает

опасного значения и имеет место интенсивный вертикальный

обмен в атмосфере.

Опасная скорость ветра - это скорость, при которой для

заданного состояния атмосферы концентрации вредных примесей на

уровне дыхания людей достигают своей максимальной

величины.

Опасная скорость ветра на уровне флюгера (обычно 10м от

уровня земли) определяется:

(3.1)

- объемный расход выбрасываемых уходящих газов, м

/с.

∆T - разность между температурой выбрасываемых газов и средней

температурой воздуха Т

, °С. Под средней температурой

понимается средняя температура самого жаркого месяца в полдень;

h - геометрическая высота трубы, м;

- скорость выхода газов из устья трубы, м/с;

- диаметр устья дымовой трубы, м.

Максимальная приземная концентрация вредных веществ для

выброса из одиночного точечного источника с круглым устьем

определяется по формуле

(3.2)

где А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации

атмосферы (характер изменения температуры с высотой) для

неблагоприятных метеорологических условий. Определяет условия

вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в

атмосферном воздухе, с

2/3

мг/К

Коэффициент А имеет следующие значения:

для субтропической зоны Средней Азии - 240;

для Казахстана, нижнего Поволжья, Кавказа, Молдавии, Сибири,

Дальнего Востока и для остальных районов Средней Азии - 200;

для Севера и Северо-Запада европейской территории России,

Среднего Поволжья, Урала и Украины - 160;

для европейской части Центра России — 120.

М — суммарное количество вредного вещества, выбрасываемого в

атмосферу, г/с;

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания

вредных веществ в атмосферном воздухе.

Для газообразных примесей F=l, для пыли при степени

улавливания более 90% -F=2, менее 90% -F=2,5

т и п - безразмерные коэффициенты, учитывающие условия

выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса.

Коэффициент т определяется в зависимости от параметра

(3.3)

Безразмерный коэффициент п определяется в зависимости от

параметра V

(3.4)

Максимальная концентрация вредных веществ у земной

поверхности при опасных метеорологических условиях с

достигает на оси факела выброса (по направлению среднего за

рассматриваемый период времени ветра) на расстоянии

(3.5)