Файл: М инистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное.docx

М

инистерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Комсомольский-на-Амуре Государственный университет»


Факультет экологии и химической технологии

Кафедра «Экология и безопасность жизнедеятельности»
РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

по дисциплине «Экология»

Сжигание топлива в котлоагрегатах

Студент группы 7БЖб4а-1 Недригайлова А.Ю.

Преподаватель Никифорова Г.Е.

2019

Содержание

Введение

Одной из самых важных проблем, стоящих перед мировым сообществом, является проблема защиты окружающей природной среды и устойчивого развития человеческой цивилизации.

В результате бурной техногенной деятельности, необдуманного отношения к окружающей среде, бесконтрольного научно-технического прогресса, усиленного давления на природу, хищнического использования природных ресурсов Земли отчетливо видны возникающие глобальные экологические проблемы. Они являются составляющими общего экологического кризиса.

Целями данного расчетного задания является:

1. 
   ознакомление с проблемами взаимодействия предприятия с окружающей природной средой.
   
2. 
   знакомство с технологическим процессом сжигания топлива в котлоагрегатах.
   
3. 
   определить источники химического загрязнения атмосферы. Ознакомиться с химическими веществами, загрязняющими окружающую среду. Определить: воздействие их на человека; предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ в окружающей среде; класс опасности;
   
4. 
   рассчитать валовый (годовой) выброс вредных веществ при изготовлении единицы продукции на типовом оборудовании;
   
5. 
   ознакомиться и предложить методы снижения выбросов вредных веществ для сокращения загрязнения окружающей среды.
   

1 Сжигание топлива в котлоагрегатах

Бытовые и производственные энергопотребности удовлетворяются следующими видами энергии:

• 
  тепловой (технологические процессы, отопление, кондиционирование воздуха);
  
• 
  электрической (привод машин, электроаппаратуры, освещение);
  
• 
  электромагнитной (радиосвязь, телефонная связь, телевидение, приборы).
  

---

Наиболее универсальная - электрическая энергия, обеспечивающая потребность в электромагнитной и в значительном количестве в тепловой энергии. До настоящего времени большая часть энергопотребления покрывается за счет непосредственного сжигания органического топлива в печах.

Предприятия, вырабатывающие электроэнергию на базе органического топлива, называются тепловыми электростанциями (ТЭС). При сжигании топлива химическая энергия превращается в тепловую энергию пара, которая затем в паровой турбине переходит в механическую энергию, а турбогенератор делает ее уже электрической. Тепловой КПД обычной ТЭС весьма низкий - 37-39%. Почти 2/3 тепловой энергии и остатков бывшего топлива в буквальном смысле вылетают в трубу, нанося вред окружающей среде.

Предприятия, вырабатывающие как электрическую, так и тепловую энергию, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Электрическая энергия ТЭЦ подается в электросеть, а тепловая - в теплопроводы.

При сжигании органического топлива в топках промышленных и коммунальных котлоагрегатах и теплогенераторах производится тепловая энергия (водяной пар или горячая вода на отопление или горячее водоснабжение). Котельные установки, предназначенные для снабжения паром предприятий, принято называть производственными котельными; в случае, когда котельная вырабатывает пар и нагревает воду для предприятия и нужд отопления, ее называют производственно-отопительной; и когда котельная установка сооружается лишь для потребностей отопления и горячего водоснабжения, ее называют отопительной.

Тепловые электростанции и теплоэлектроцентрали, вырабатывающие электрическую и тепловую энергию на базе сжигания органических видов топлива, оказывают значительное отрицательное воздействие на окружающую среду. С дымовыми газами электростанций в воздушный бассейн выбрасывается большое число твердых и газообразных загрязнителей, среди которых такие вредные вещества как зола, оксиды углерода, серы и азота. Помимо этого в воздушный бассейн попадает огромное количество диоксида углерода и водяных паров.

Существенное влияние на состав образующихся вредных веществ при сжигании топлива оказывают его вид и режим горения.

На тепловых электростанциях используется твердое, жидкое и газообразное топливо.

В качестве твердого топлива в теплоэнергетике используют угли (бурые, каменные, антрацитовый штыб), горючие сланцы и торф.

---

Горючая часть топлива включает органическую, состоящую из углерода, водорода, кислорода, органической серы, и неорганическую части (в состав горючей части топлива ряда месторождений входит пиритная сера FeS2).

Негорючая (минеральная) часть топлива состоит из влаги и золы. Основная часть минеральной составляющей топлива переходит в процессе сжигания в летучую золу, уносимую дымовыми газами. Другая часть в зависимости от конструкции топки и физических особенностей минеральной составляющей топлива может превращаться в шлак.

Зольность отечественных углей колеблется в широких пределах (10— 55 %). Соответственно изменяется и запыленность дымовых газов, достигая для высокозольных углей 60—70 г/м 3.

Обычно зола состоит из оксидов кремния, алюминия, титана, калия, натрия, железа, кальция, магния. Кальций в золе может присутствовать в виде свободного оксида, а также в составе силикатов, сульфатов и других соединений.

В составе золы твердых видов топлива могут присутствовать радиоактивные изотопы калия, урана и бария. Эти выбросы практически не влияют на радиационную обстановку в районе ТЭС, хотя их общее количество может превышать выбросы радиоактивных аэрозолей на АЭС той же мощности.

Твердое топливо может содержать серу в следующих формах: колчедана Fe2S и пирита FeS2, в составе молекул органической части топлива и в виде сульфатов в минеральной части. Соединения серы в результате 5 горения превращаются в оксиды серы, причем около 99 % составляет сернистый ангидрид S02.

Сернистость углей в зависимости от месторождения составляет 0,3— 6,0 %. Сернистость горючих сланцев достигает 1,4—1,7 %, торфа—0,1 %. Жидкое топливо

В качестве жидкого топлива в теплоэнергетике применяются мазут, сланцевое масло, дизельное топливо.

В состав золы мазута входят пентаоксид ванадия (V2О5), а также Ni2O3, А1203, Fe2O3, SiO2, МgО и другие оксиды. Зольность мазута не превышает 0,3 %. При полном его сгорании содержание твердых частиц в дымовых газах составляет около 0,1 г/м 3 , однако это значение резко возрастает в период очистки поверхностей нагрева котлов от наружных отложений.

В жидком топливе отсутствует пиритная сера (FeS2). Сера в мазуте находится преимущественно в виде органических соединений, элементарной серы и сероводорода. Ее содержание зависит от сернистости нефти, из которой он получен.

В мазуте, сжигаемом в котельных и на ТЭЦ, содержится много сернистых соединений. После его сгорания образуется диоксид серы, являющийся причиной выпадения так называемых кислотных дождей. Предотвратить вредное воздействие кислоты на здоровье людей, жизнь животных и растительный мир, особенно при сверхнормативной ее концентрации, можно при внедрении эффективных технологических схем по обессериванию мазутов. При переработке высокосернистой нефти только 5— 15 % серы переходит в дистилляционные продукты; остальная часть серы остается в мазуте, сжигание которого в больших количествах на установках НПЗ и крупных ТЭЦ, расположенных вблизи них, связано с большой концентрацией сернистых соединений в отходящих дымовых газах.

---

Топочные мазуты в зависимости от содержания в них серы подразделяются на малосернистые - содержание серы Sp < 0,5 %, сернистые Sp = 0,5-2,0 % и высокосернистые Sp > 2,0 %.

Дизельное топливо по содержанию серы делится на две группы: первая—до 0,2 % и вторая—до 0,5 %. В сланцевом масле содержание серы не более 1 %.

Газообразное топливо представляет собой наиболее “чистое” органическое топливо, так как при его полном сгорании из токсичных веществ образуются только оксиды азота. При неполном сгорании в выбросах присутствует оксид углерода (СО).

ТЭС на природном газе значительно экологически чище угольных, мазутных и сланцевых, но нельзя забывать о вреде, который наносит природе добыча газа и прокладка тысячекилометровых трубопроводов, особенно в северных районах страны, где сосредоточены месторождения газа (ущерб тайге, тундре, оленеводству).

В составе загрязняющих веществ, характерных для объектов газовой промышленности, обычно выделяют сероводород H2S. Природные газы могут быть бессернистыми или содержать значительные количества сероводорода. Добыча и переработка сероводородсодержащих газов, токсичность и летучесть компонентов которых выше, чем у нефти, сопровождается выделением больших количеств H2S в атмосферу и является более опасной по загрязнению воздуха и других экологических объектов по сравнению с природным газом, свободным от сероводорода. В процессе переработки газов, содержащих Н2S, происходит разрушение и износ оборудования, в результате чего выделяются в окружающую среду в опасных объемах сероводород и сопутствующие ему токсичные сернистые, азотные и другие соединения.

Природные газы различаются содержанием сероводорода. Например, природные газы Оренбургского месторождения содержат 4-6 % сероводорода, астраханского - 25 %. В Канаде эксплуатируются газовые месторождения с содержанием сероводорода до 50 %. Газы нефтепереработки могут содержать от 0,5 до 15 % сероводорода.

При сжигании органического топлива различают 4 режима горения:

• 
  нейтральное (стехиометрическое или полное сгорание топлива при коэффициенте избытка воздуха α=1),
  
• 
  окислительное (полное сгорание при небольшом избытке воздуха α>1),
  
• 
  восстановительное (неполное сгорание при недостатке воздуха α1).
  

Перечисленные факторы влияют на выброс всех вредных веществ, содержащихся в дымовых газах - золы, оксидов азота, углерода, серы, оксидов ванадия (в основном выделяется пентаоксид ванадия V2О5).

---

Диоксид углерода и пары воды - основные по массе отходы производства - поступают в атмосферу, включаются в природные циклы и поглощаются растительностью в процессе синтеза органических соединений 7 и регенерации кислорода. В этом качестве эти отходы нельзя признать вредными.

Однако масштабы использования органического топлива и соответственно выброса диоксида углерода по некоторым оценкам превышают регенерационные возможности растительного мира. В результате в атмосфере наблюдается возрастание удельного веса диоксида углерода (углекислого газа) СО2. Влияние СО2 выражается не только в токсическом действии на живые организмы, но и в способности поглощать инфракрасные лучи.

Зола, оксиды серы, азота и многие другие компоненты дымовых газов являются вредными веществами, превышение концентрации которых над санитарными нормами в воздушном бассейне недопустимо.

Количество твердых веществ (ПДКм.р.=0,5 мг/м³), выбрасываемых в атмосферу, определяется зольностью топлива, полнотой сгорания горючей массы, глубиной золоочистки.

При горении сера, присутствующая в органическом топливе, превращается в диоксид серы (ПДКм.р.=0,5 мг/м³), количество которого определяется сернистостью используемого топлива. Наибольшую сернистость имеют топлива европейской части (подмосковные и украинские бурые угли, донецкий, кизеловский, инский каменные угли, эстонские горючие сланцы, мазуты и нефти Татарии и Башкирии). Сибирские угли имеют небольшое содержание серы. Бессернистым топливом является природный газ большинства месторождений, за исключением Оренбургского, месторождений Средней Азии и нижней Волги.

Оксиды азота (ПДКм.р.=0,085 мг/м³) образуются при горении за счет окисления азота воздуха только при высоких температурах и за счет азота в топливе, находящегося в сложных органических соединениях, входящих в состав угля и в молекулярном состоянии. В оксид азота (II) NO переходит 10- 30 % топливного азота. На выходе из дымовой трубы диоксид азота (NO2) составляет 10-15 %, остальные 85-90 % составляет в основном NO. Далее при движении дымового факела в атмосфере количество диоксида азота увеличивается до 60-70 %. Диоксид азота токсичнее, чем оксид. Если выбросы от автотранспорта производятся на уровне земли, то выбросы энергетических предприятий осуществляются на высоте более 100-300 м. Это способствует не только дальнему переносу примесей, но и попаданию их в верхние слои атмосферы, в частности в озонный слой

---