Файл: М инистерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное.docx
Добавлен: 24.10.2023
Просмотров: 83
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, расположенный на высоте 18-26 км.
В результате сложных реакций в диапазоне температур 700-800 0С при недостаточном количестве кислорода, подаваемого в зону горения, в дымовых газах образуется полициклический углеводород бенз(а)пирен С20Н16 (ПДКм.р.=0,1 мг/100м 3 ), обладающий канцерогенными свойствами. Агрегатное состояние бенз(а)пирена в дымовых газах—аэрозольное.
При неполном сгорании жидкого топлива в дымовых газах образуются крупнодисперсные, липучие частицы сажи, состоящие преимущественно из углерода. Сажа способна адсорбировать бенз(а)пирен, в результате чего ее частицы приобретают канцерогенные свойства.
К вредным воздействиям ТЭС следует отнести и выбросы теплоты, приводящие к тепловому загрязнению окружающей среды. Энергетический баланс угольной ТЭС складывается таким образом, что потребителю отдается только 30-35 % энергии, полученной при сжигании топлива. Примерно 10 % теплоты уходит в атмосферу с дымовыми газами, а более 50 % отводится в процессе охлаждения конденсаторов турбин либо водой, забираемой из рек или водоемов, либо в градирнях. Происходящее при этом тепловое загрязнение водоемов при недостаточности защитных мер способно нарушить условия обитания водной флоры и фауны, привести к развитию в водоемах нежелательных биологических процессов (разрастанию синезеленых водорослей и т.п.). Тепловые выбросы ТЭС воздействуют на окружающую среду, меняя микроклимат в районе ее размещения, а при больших концентрациях мощности могут привести к изменению циркуляции воздушных масс, их температуры и влажности.
Таким образом, участие энергетических предприятий (ТЭС, котельных) в загрязнении окружающей среды продуктами сгорания, твердыми отходами и низкопотенциальным теплом значительно.
2 Характеристика загрязняющих веществ
Оксид углерода или угарный газ (СО) - продукт неполного сгорания топлива. Оксид углерода обладает наркотическим действием, раздражающе действует на кожу и слизистые оболочки. Оксид углерода при вдыхании связывается с гемоглобином крови, вытесняя из нее кислород, в результате чего наступает кислородное голодание, которое, прежде всего сказывается на центральную нервную систему. Высокая концентрация оксида углерода даже при кратковременном воздействии может вызвать смерть; небольшие дозы вызывают головокружение, головную боль, чувство усталости и замедленную реакцию. Оксид углерода – один из факторов, вызывающих болезнь сердца – стенокардию, т.е. уменьшение переноса кислорода к тканям, особенно пагубно для миокарда (сердечной мышцы).
Оксиды азота - NO и NO2 вызывают сильное раздражение слизистых оболочек глаз, при высоких концентрациях оксидов азота (свыше 0,004%) возникают астматические проявления и отек легких.
Различные углеводороды (соединения типа CxHy) наряду с токсичными свойствами, обладают также канцерогенным действием. Особой канцерогенной активностью отличается бенз(а)пирен (C29H12), содержащийся в отработавших газах бензиновых двигателей и дизелей.
Что касается других органических соединений, в отработавших газах содержатся в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Эти соединения, раздражают органы зрения, дыхательные пути, поражают центральную нервную систему, почки, печень. При фотохимическом смоге воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, отмечаются симптомы удушья, обострение легочных и нервных заболеваний, бронхиальной астмы.
Сажа и другие дисперсные частицы, адсорбируя на своей поверхности бенз(а)пирен, оказывает более сильное негативное воздействие, чем в чистом виде. Сажа как любая мелкая пыль действует на органы дыхания, но главная опасность заключается в том, что на ней адсорбируются канцерогенные вещества, следовательно, возрастает риск заболеваний раком.
Сернистые соединения - серный ангидрид, сероводород, которые имеют место в отработавших газах, когда используется топливо с повышенным содержанием серы. Сернистые соединения оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека. Сернистый газ вызывает онкологические заболевания. Вдыхание влажного воздуха, содержащего оксид серы, особенно опасен для людей, страдающих сердечнососудистыми заболеваниями. Длительное вдыхание сернистого газа повышенной концентрации действует на организм общетоксично, вызывая нарушение деятельности нервной системы.
Соединения свинца поражают органы и ткани организма, нервную систему, желудочно-кишечный тракт, нарушают обменные процессы, и приводят к росту онкологических заболеваний. Опасность отравления соединениями свинца усугубляется тем, что они, как канцерогенные вещества не удаляются из организма, а накапливаются в нем, также как в почве и растениях. В организме человека свинец удерживается белками эритроцитов, затем поступает в плазму крови и достигает почек, печени и др. органов. В костях свинец накапливается постепенно и надолго остается в них.
Поражение десен, расстройство кишечника, заболевание почек, сосудов и центральной нервной системы, угнетение синтеза белка, отрицательное воздействие на генетический аппарат клетки – результат отравления свинцом. Если с водой человек получает больше 0,1 мг ионов свинца в сутки, то это может привести к повышенной утомляемости, депрессии, нарушению функций нервной системы, анемии, почечной недостаточности, судорогам. Ионы свинца можно удалить из воды, осадив их в виде сульфидов.
Свинцовое отравление даже на ранних стадиях влияет на головной мозг, в результате чего у детей снижается интеллект, нарушается координация движений, ухудшается слух и память.
Таблица 1 – Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлоагрегатах
При сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива в котлоагрегатах атмосферный воздух выбрасываются такие вредные вещества, как двуокись азота, окись углерода, сернистый ангидрид, пыль (зола).
Валовые выбросы (Вi) определяются по формуле:
Вi = Кi × М × N × 10-6
Вi – валовый выброс i-того загрязняющего вещества, т/год;
Кi – удельный показатель выделения i-того загрязняющего вещества от твердого и жидкого топлива, г/кг (таблица 3.3);
М – расход твердого и жидкого топлива, кг/ч;
10-6 – переводной коэффициент;
N – количество часов сжигания топлива, ч;
Количество часов сжигания топлива определяется следующим образом:
N = D × 24,
где D – количество дней в году при сжигании данного топлива, дней;
24 – количество часов в сутки при сжигании топлива в котлоагрегатах.
Рассчитать суммарный выброс вредных веществ при сжигании различных видов топлива в котельной установке за год.
Таблица 2.3 – Исходные данные для расчета валовых выбросов загрязняющих веществ при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива
Таблица 3.3 - Удельные показатели выделенных вредных веществ в процессах сжигания топлива
Рассчитаем валовый выброс выделяемых вредных веществ при сжигании якутского угля.
Найдём количество часов сжигания топлива N, подставив данные из таблицы 2.3:
N = 300 × 24 = 7200 ч
Подставим полученное значение N и данные из таблиц 2.3 и 3.3:
Впыли = 37 × 625 × 7200 × 10-6 = 166,5 т/год
Вso2 = 10.8 × 625 × 7200 × 10-6 = 48,6 т/год
Вco = 33.4 × 625 × 7200 × 10-6 = 150,3 т/год
Вco2 = 2.46 × 625 × 7200 × 10-6 = 11,07 т/год
Рассчитаем валовый выброс выделяемых вредных веществ при сжигании топочного мазута.
Найдём количество часов сжигания топлива N, подставив данные из таблицы 2.3:
N = 65 × 24 = 1560 ч
Подставим полученное значение N и данные из таблиц 2.3 и 3.3:
Впыли = 6,0 × 410 × 1560 × 10-6 = 3,8386 т/год
Вso2 = 54,9 × 410 × 1560 × 10-6 = 35,11404 т/год
Вco = 37,7 × 410 × 1560 × 10-6 = 24,11292 т/год
Вco2 = 2.46 × 410 × 1560 × 10-6 = 1,573416 т/год
Негативное влияние вредных компонентов на здоровье населения, флору и фауну, объекты и сооружения не ограничивается территорией, прилегающей к источникам выбросов, а распространяется на сотни и тысячи километров. Поэтому в настоящее время загрязнение окружающей среды приобретает глобальный характер, а расходы на ее охрану стали соизмеримы с величиной экологического ущерба.
Основными мероприятиями по снижению загрязнения атмосферного воздуха являются: технологические, архитектурно-планировочные, организация санитарно-защитной зоны.
Радикальной мерой борьбы с загрязнениями атмосферы является создание замкнутых технологических процессов, при которых отсутствует выброс вредных выбросов в атмосферу. Перспективным является и принцип комплексного использования природного сырья с созданием малоотходных технологий.
Для снижения выбросов вредных веществ в продуктах сжигания топлива необходимо совершенствование технологии его сжигания.
Во всех без исключения топочных устройствах должно обеспечиваться полное сгорание горючих компонентов. Тем самым будет устранено присутствие в выбросах сажи и оксида углерода. С этой целью проектируют специальные форсунки для полного смешения топлива с воздухом.
Если в процессах основной технологии неизбежно выделяются летучие горючие компоненты (смолы, оксид углерода и пр.) необходимо предусмотреть дожигающие устройства непосредственно в конструкции основного технологического оборудования.
Переход на сжигание дробленного топлива снижает выброс золы в 2-2,5 раза, а выбросы субмикронных частиц, ответственных за выброс в атмосферу тяжелых металлов, сокращается на порядок.
В топочных устройствах следует избегать превышение температуры сверх регламентного и объемов дутьевого воздуха сверх расчетного с целью снижения эмиссии оксидов азота. С этой целью используют двухступенчатое сжигание топлива, рециркуляцию дымовых газов, переоборудование топки, сжигание в псевдоожижженом слое, специальные конструкции горелок.
С целью снижения выбросов диоксидов серы необходимо проводить предварительную обработку топлива (обессеривание), повышать качество используемого топлива (обогащение). Кроме того, для этих же целей проводится связывание серы в процессе сжигания топлива вводом щелочных присадок. Полностью ликвидируется выброс диоксида серы при переводе котлов с твердого и жидкого топлива на газообразное, при замене пламенного нагрева электрическим (замена вагранок литейных цехов на индукционные печи, плавка лома в индукционных печах вместо шахтных, применение электропечей в стекольной промышленности).
В результате сложных реакций в диапазоне температур 700-800 0С при недостаточном количестве кислорода, подаваемого в зону горения, в дымовых газах образуется полициклический углеводород бенз(а)пирен С20Н16 (ПДКм.р.=0,1 мг/100м 3 ), обладающий канцерогенными свойствами. Агрегатное состояние бенз(а)пирена в дымовых газах—аэрозольное.
При неполном сгорании жидкого топлива в дымовых газах образуются крупнодисперсные, липучие частицы сажи, состоящие преимущественно из углерода. Сажа способна адсорбировать бенз(а)пирен, в результате чего ее частицы приобретают канцерогенные свойства.
К вредным воздействиям ТЭС следует отнести и выбросы теплоты, приводящие к тепловому загрязнению окружающей среды. Энергетический баланс угольной ТЭС складывается таким образом, что потребителю отдается только 30-35 % энергии, полученной при сжигании топлива. Примерно 10 % теплоты уходит в атмосферу с дымовыми газами, а более 50 % отводится в процессе охлаждения конденсаторов турбин либо водой, забираемой из рек или водоемов, либо в градирнях. Происходящее при этом тепловое загрязнение водоемов при недостаточности защитных мер способно нарушить условия обитания водной флоры и фауны, привести к развитию в водоемах нежелательных биологических процессов (разрастанию синезеленых водорослей и т.п.). Тепловые выбросы ТЭС воздействуют на окружающую среду, меняя микроклимат в районе ее размещения, а при больших концентрациях мощности могут привести к изменению циркуляции воздушных масс, их температуры и влажности.
Таким образом, участие энергетических предприятий (ТЭС, котельных) в загрязнении окружающей среды продуктами сгорания, твердыми отходами и низкопотенциальным теплом значительно.
2 Характеристика загрязняющих веществ
Оксид углерода или угарный газ (СО) - продукт неполного сгорания топлива. Оксид углерода обладает наркотическим действием, раздражающе действует на кожу и слизистые оболочки. Оксид углерода при вдыхании связывается с гемоглобином крови, вытесняя из нее кислород, в результате чего наступает кислородное голодание, которое, прежде всего сказывается на центральную нервную систему. Высокая концентрация оксида углерода даже при кратковременном воздействии может вызвать смерть; небольшие дозы вызывают головокружение, головную боль, чувство усталости и замедленную реакцию. Оксид углерода – один из факторов, вызывающих болезнь сердца – стенокардию, т.е. уменьшение переноса кислорода к тканям, особенно пагубно для миокарда (сердечной мышцы).
Оксиды азота - NO и NO2 вызывают сильное раздражение слизистых оболочек глаз, при высоких концентрациях оксидов азота (свыше 0,004%) возникают астматические проявления и отек легких.
Различные углеводороды (соединения типа CxHy) наряду с токсичными свойствами, обладают также канцерогенным действием. Особой канцерогенной активностью отличается бенз(а)пирен (C29H12), содержащийся в отработавших газах бензиновых двигателей и дизелей.
Что касается других органических соединений, в отработавших газах содержатся в основном формальдегид, акролеин и уксусный альдегид. Эти соединения, раздражают органы зрения, дыхательные пути, поражают центральную нервную систему, почки, печень. При фотохимическом смоге воспаляются глаза, слизистые оболочки носа и горла, отмечаются симптомы удушья, обострение легочных и нервных заболеваний, бронхиальной астмы.
Сажа и другие дисперсные частицы, адсорбируя на своей поверхности бенз(а)пирен, оказывает более сильное негативное воздействие, чем в чистом виде. Сажа как любая мелкая пыль действует на органы дыхания, но главная опасность заключается в том, что на ней адсорбируются канцерогенные вещества, следовательно, возрастает риск заболеваний раком.
Сернистые соединения - серный ангидрид, сероводород, которые имеют место в отработавших газах, когда используется топливо с повышенным содержанием серы. Сернистые соединения оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки горла, носа, глаз человека. Сернистый газ вызывает онкологические заболевания. Вдыхание влажного воздуха, содержащего оксид серы, особенно опасен для людей, страдающих сердечнососудистыми заболеваниями. Длительное вдыхание сернистого газа повышенной концентрации действует на организм общетоксично, вызывая нарушение деятельности нервной системы.
Соединения свинца поражают органы и ткани организма, нервную систему, желудочно-кишечный тракт, нарушают обменные процессы, и приводят к росту онкологических заболеваний. Опасность отравления соединениями свинца усугубляется тем, что они, как канцерогенные вещества не удаляются из организма, а накапливаются в нем, также как в почве и растениях. В организме человека свинец удерживается белками эритроцитов, затем поступает в плазму крови и достигает почек, печени и др. органов. В костях свинец накапливается постепенно и надолго остается в них.
Поражение десен, расстройство кишечника, заболевание почек, сосудов и центральной нервной системы, угнетение синтеза белка, отрицательное воздействие на генетический аппарат клетки – результат отравления свинцом. Если с водой человек получает больше 0,1 мг ионов свинца в сутки, то это может привести к повышенной утомляемости, депрессии, нарушению функций нервной системы, анемии, почечной недостаточности, судорогам. Ионы свинца можно удалить из воды, осадив их в виде сульфидов.
Свинцовое отравление даже на ранних стадиях влияет на головной мозг, в результате чего у детей снижается интеллект, нарушается координация движений, ухудшается слух и память.
Таблица 1 – Предельно-допустимые концентрации загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлоагрегатах
| Выделяющееся загрязняющее вещество | Класс опасности | ПДК максимальная разовая ПДК м.р., мг/м3 | ПДК среднесуточная ПДК с.с., мг/м3 | ОБУВ, мг/м3 |
| Азота диоксид | 2 | 0,085 | 0,040 | - |
| Азота оксид | 3 | 0,400 | 0,060 | - |
| Бенз(а)пирен (3,4-Бензпирен) | 1 | - | 1,0 нг/м3 | - |
| Сажа | 3 | 0,150 | 0,050 | - |
| Свинца окись (в пересчете на свинец) | 1 | 0,001 | 0,0003 | - |
| Углерода оксид | 4 | 5,000 | 3,000 | - |
3 Определение валового (годового) выброса вредных веществ
При сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива в котлоагрегатах атмосферный воздух выбрасываются такие вредные вещества, как двуокись азота, окись углерода, сернистый ангидрид, пыль (зола).
Валовые выбросы (Вi) определяются по формуле:
Вi = Кi × М × N × 10-6
Вi – валовый выброс i-того загрязняющего вещества, т/год;
Кi – удельный показатель выделения i-того загрязняющего вещества от твердого и жидкого топлива, г/кг (таблица 3.3);
М – расход твердого и жидкого топлива, кг/ч;
10-6 – переводной коэффициент;
N – количество часов сжигания топлива, ч;
Количество часов сжигания топлива определяется следующим образом:
N = D × 24,
где D – количество дней в году при сжигании данного топлива, дней;
24 – количество часов в сутки при сжигании топлива в котлоагрегатах.
Рассчитать суммарный выброс вредных веществ при сжигании различных видов топлива в котельной установке за год.
Таблица 2.3 – Исходные данные для расчета валовых выбросов загрязняющих веществ при сжигании твердого, жидкого и газообразного топлива
| Вид сжигаемого топлива | Расход материала, кг/ч | Количество дней сжигания топлива в году, D |
| Уголь якутский Мазут топочный | 625 410 | 300 65 |
Таблица 3.3 - Удельные показатели выделенных вредных веществ в процессах сжигания топлива
| Вид сжигаемого топлива | Удельное количество выделяемых вредных веществ при сжигании твердого и жидкого топлива Ki, г/кг | |||
| Пыль | Сернистый ангидрид | Окись углерода | Двуокись углерода | |
| Уголь якутский | 37,0 | 10,8 | 33,4 | 2,46 |
| Мазут топочный | 6,0 | 54,9 | 37,7 | 2,46 |
Рассчитаем валовый выброс выделяемых вредных веществ при сжигании якутского угля.
Найдём количество часов сжигания топлива N, подставив данные из таблицы 2.3:
N = 300 × 24 = 7200 ч
Подставим полученное значение N и данные из таблиц 2.3 и 3.3:
Впыли = 37 × 625 × 7200 × 10-6 = 166,5 т/год
Вso2 = 10.8 × 625 × 7200 × 10-6 = 48,6 т/год
Вco = 33.4 × 625 × 7200 × 10-6 = 150,3 т/год
Вco2 = 2.46 × 625 × 7200 × 10-6 = 11,07 т/год
Рассчитаем валовый выброс выделяемых вредных веществ при сжигании топочного мазута.
Найдём количество часов сжигания топлива N, подставив данные из таблицы 2.3:
N = 65 × 24 = 1560 ч
Подставим полученное значение N и данные из таблиц 2.3 и 3.3:
Впыли = 6,0 × 410 × 1560 × 10-6 = 3,8386 т/год
Вso2 = 54,9 × 410 × 1560 × 10-6 = 35,11404 т/год
Вco = 37,7 × 410 × 1560 × 10-6 = 24,11292 т/год
Вco2 = 2.46 × 410 × 1560 × 10-6 = 1,573416 т/год
4 Мероприятия по сокращению загрязнения окружающей среды
Негативное влияние вредных компонентов на здоровье населения, флору и фауну, объекты и сооружения не ограничивается территорией, прилегающей к источникам выбросов, а распространяется на сотни и тысячи километров. Поэтому в настоящее время загрязнение окружающей среды приобретает глобальный характер, а расходы на ее охрану стали соизмеримы с величиной экологического ущерба.
Основными мероприятиями по снижению загрязнения атмосферного воздуха являются: технологические, архитектурно-планировочные, организация санитарно-защитной зоны.
Радикальной мерой борьбы с загрязнениями атмосферы является создание замкнутых технологических процессов, при которых отсутствует выброс вредных выбросов в атмосферу. Перспективным является и принцип комплексного использования природного сырья с созданием малоотходных технологий.
Для снижения выбросов вредных веществ в продуктах сжигания топлива необходимо совершенствование технологии его сжигания.
Во всех без исключения топочных устройствах должно обеспечиваться полное сгорание горючих компонентов. Тем самым будет устранено присутствие в выбросах сажи и оксида углерода. С этой целью проектируют специальные форсунки для полного смешения топлива с воздухом.
Если в процессах основной технологии неизбежно выделяются летучие горючие компоненты (смолы, оксид углерода и пр.) необходимо предусмотреть дожигающие устройства непосредственно в конструкции основного технологического оборудования.
Переход на сжигание дробленного топлива снижает выброс золы в 2-2,5 раза, а выбросы субмикронных частиц, ответственных за выброс в атмосферу тяжелых металлов, сокращается на порядок.
В топочных устройствах следует избегать превышение температуры сверх регламентного и объемов дутьевого воздуха сверх расчетного с целью снижения эмиссии оксидов азота. С этой целью используют двухступенчатое сжигание топлива, рециркуляцию дымовых газов, переоборудование топки, сжигание в псевдоожижженом слое, специальные конструкции горелок.
С целью снижения выбросов диоксидов серы необходимо проводить предварительную обработку топлива (обессеривание), повышать качество используемого топлива (обогащение). Кроме того, для этих же целей проводится связывание серы в процессе сжигания топлива вводом щелочных присадок. Полностью ликвидируется выброс диоксида серы при переводе котлов с твердого и жидкого топлива на газообразное, при замене пламенного нагрева электрическим (замена вагранок литейных цехов на индукционные печи, плавка лома в индукционных печах вместо шахтных, применение электропечей в стекольной промышленности).