Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Закономірності утворення екологічно шкідливих речовин під час горіння палива




Читайте также:
  1. А – САР тиску пари на виході з барабану котла; б – САР витрати повітря; в – САР тиску палива; г – САР температури палива; д – САР тиску пари перед форсунками
  2. Агрегатний стан речовини - газ
  3. Безпека праці під час виконання задач з очистки місцевості від вибухових речовин, матеріалів, боєприпасів
  4. Бойові отруйні речовини
  5. Вибухове перетворення речовини
  6. Визначення надлишкового тиску вибуху для речовин і матеріалів, які здатні вибухати і горіти при взаємодії з водою, киснем повітря або одне з одним.
  7. Визначення та різновиди шкідливих звичок
  8. Вогнегасником називається переносне чи пересувне обладнання для гасіння осередків пожежі за рахунок випуску запасеної вогнегасної речовини.
  9. Вогнегасні речовини.
  10. Г) утворення на демократичних принципах федерації слов’янських народів з центром у Києві

Склад продуктів згорання і кількісні співвідношення в них окремих компонентів залежать від властивостей і складу палива, а також від ступеня завершеності реакції горіння. У цьому можна переконатися на прикладі спалювання природного газу, що, як відомо, переважно складається із суми вуглеводнів СnHm. Крім вуглеводнів СnHm, у природному газі, що надходить зі скважини, міститься деяка кількість вологи Н2О і сірководню H2S. Природний газ перед подачею споживачеві очищують, видаляючи з нього вологу і сірководень.

Узагальнене рівняння згорання вуглеводню з утворенням теоретичного складу продуктів згорання має вигляд:

(10.1)

де a – коефіцієнт надлишку повітря; n, m – кількість атомів у молекулі певного вуглеводню; yО2– об’ємна частка кисню в окиснювачі, %.

У результаті згорання вуглеводнів СnНm на одну молекулу паливної компоненти утворюється n молекул вуглекислоти СО2 і m/2 молекул водяної пари Н2О. Названі компоненти належать до так званих парникових газів, збільшення концентрації яких визначає зміну умови теплової рівноваги на поверхні Землі. Крім того, у місцях великої концентрації валових викидів водяної пари можуть бути негативні наслідки, пов’язані з локаль­ною зміною мікроклімату.

Крім продуктів повного згорання СО2 і Н2О, азоту N2 і надлишкової кіль­кості кисню О2 у димових газах можуть міститися продукти неповного згорання у вигляді оксиду вуглецю СО, що в побуті називають чадним газом, водню Н2 і незгорілих вуглеводнів СхHyOz. Одним із токсичних продуктів неповного згорання є формальдегід СНОН. Останній характеризується токсичністю, що у сотні разів більша за токсичність СО.

Серед безлічі реакцій, що відбуваються в зоні горіння, є так звані проміжні реакції, у результаті яких можуть утворюватися сажа С і ароматичні дуже токсичні вуглеводні, основним представником яких є бенз(а)пірен С20Н12.

Сажисті частинки потрапляють у простір у вигляді аерозолів і зі збіль­шенням їх концентрації негативно діють на дихальні органи людини.

Ще більшою екологічною небезпекою для навколишнього середовища є одночасний викид сажі та бенз(а)пірену. Це зумовлено тим, що, маючи високі адсорбційні властивості, частинки сажі концентрують на своїй поверхні бенз(а)пірен, сильнодіючий канцерогенний ефект якого спричиняє ракові захворювання в населення.



Серед проміжних реакцій у зоні горіння відбуваються також реакції дисоціації. Наприклад, реакція дисоціації кисню

О2 ® 2О, (10.2)

у результаті якої з однієї молекули утвориться два атоми кисню.

Атоми кисню О характеризуються підвищеною хімічною активністю і, зіткнувшись зі зазвичай нейтральною молекулою азоту N2 при високих температурах, сприяють реакції утворення так званого термічного оксиду азоту NО

N2 + О® NО + N . (10.3 )

У результаті реакції (10.3) утвориться активний атом азоту N, що реагує з киснем з утворенням додаткового оксиду азоту і хімічно активного атомарного кисню:

О2 + N ® NО + О. (10.4)

У продуктах згорання утвориться відповідна кількість оксидів азоту, концентрація яких залежить від багатьох чинників і насамперед від рівня температур у зоні горіння. Тому такі оксиди азоту називають термічні. Теорію їх утворення вперше розробив Я. Б. Зельдович.

У процесі спалювання рідкого і твердого палива, як і з природного газу, утворюються компоненти продуктів повного згорання СО2 і Н2О, що є парниковими газами, а також оксиди сірки SО2 і частково SО3. Оксиди сірки також належать до парникових газів, але найбільша їх екологічна небезпека полягає у високій токсичності і здатності утворювати кислотні дощі.



Природа утворення оксидів сірки під час спалювання рідкого і твердого палива різна.

Під час спалювання рідкого палива одним із джерел утворення SО2
є сполуки, що містять органічну сірку, наприклад метилмеркаптан – СН3S.

Крім того, до складу макромолекули рідкого і твердого палива входить тіофен С4Н4S, що також є джерелом утворення SО2.

Якщо відомо елементарний склад палива, то з хімічного рівняння

S + О2 = SО2 (10.5)

видно, що у процесі спалювання 1 кг палива утвориться 2Sр на 100 кг діок­сиду сірки (де Sр – уміст сірки в робочій масі палива, %).

До складу рідкого і твердого палива входять також азот палива Nр
у вигляді сполук типу піролу С4Н5N і піридину С5Н5N. Ці сполуки можуть бути додатковим джерелом утворення так званих паливних оксидів азоту NО і NО2.

Під час спалювання рідкого і твердого палива, порівняно з природним газом, додатково утворюються не лише оксиди сірки і паливні оксиди азоту, але й виникає проблема з утворенням золи. Це особливо актуаль­но щодо спалювання високозольного твердого палива, зольність якого Ар може перевищувати 30 %. Спалювання твердого палива спричиняє дві екологічні проблеми:

– викиди частинок золи у вигляді аерозолю в атмосферу;

– нагромадження великої кількості твердих відходів у вигляді золо-шлакових відвалів поблизу джерела спалювання твердого палива.

Наявність золошлакових відвалів призводить до теплового забруднення літосфери й атмосфери, до спотворення ландшафту і забруднення ґрунтових вод. Потрапляння відповідної до рівня q4 кількості незгорілого палива подовжує окисні та інші реакції всередині відвального об’єму
з утворенням «букета» токсичних газів, що забруднюють атмосферу.



Оксиди азоту NОх і сірчистий ангідрид SО2 – найпоширеніші токсичні сполуки, що викидаються в атмосферу під час спалювання органічного палива в котлах. Рівень викидів NОх і SО2 істотно залежить від виду
і складу палива. Так, утворення сірчистого ангідриду SО2 в димових газах залежить від сірчистості палива, а його валовий викид визначається співвідношенням

МSО2= 0,02ВSр(1 – )(1 – ), (10.6)

де В – витрата палива, кг/с; Sруміст сірки в робочій масі палива, %; h¢SО2– частка оксидів сірки, що зв’язується леткою золою в котлі (змінюється в діапазоні 0,02…0,8); h¢¢SО2– частка оксидів сірки, що вловлюється у вологому золовловлювачі разом з твердими частинками (залежить від лужності сірки в робочій масі палива і може змінюватися в діапазоні 0…0,8, досягаючи найвищого рівня в умовах великої лужності води та малої сірчистості палива).

Валовий викид оксидів азоту визначається співвідношенням

MNOx= kNOx, (10.7)

де – теплота згорання палива, МДж/кг; kNOx– питомий викид оксидів азоту NO і NO2 у перерахунку на NO2, г/МДж.

Останній показник змінюється в діапазоні 0,12…0,25, г/МДж.

У зв’язку з високою токсичністю NОx в енергетиці різних країн існують обмеження щодо максимальних їх концентрацій у продуктах згорання органічних палив (табл. 10.3).

Таблиця10.3 - Норми гранично допустимих концентрацій оксидів азоту
в димових газах для котлів на природному газі

 

Країна Джерело викидів Граничнодопустимі викиди
Рівень NOx Умови визначення ГДК NOx, якщо O2 = 3 % (a = 1,17)
O2, % об. a
Голландія Німеччина Японія США СНД     Котли ТЕС Котельні установки Те саме ” Котли ТЕС (Dо> 420 т/год): 1-ї категорії вищої категорії Котли ТЕС (Dо< 420 т/год): 1-ї категорії вищої категорії 120–200       – –   1,17 1,17 1,31 1,4   – –   1,4 1,4 130–200    

 

Виходячи з рівня питомого викиду kNО2можна перейти до визначення концентрації оксидів азоту (г/м3) за допомогою співвідношення

2 = kNО2 /V г, (10.8)

де V г – об’єм димових газів для коефіцієнта надлишку повітря a, м3/кг.

Високий ступінь екологічного ризику під час спалювання органічного палива зумовлює потребу реалізувати заходи щодо охорони навколишнього середовища від шкідливих викидів. Ці заходи мають різноплановий характер і різний ступінь ефективності.

Знизити NОx можна:

– зменшенням коефіцієнта надлишку повітря в топці котла;

– збільшенням рециркуляції димових газів;

– зменшенням одиничної потужності пальників;

– застосування стадійного (або ступеневого) горіння факела в топці котла;

– подача води або водяної пари в зону горіння.

За наявності відповідних можливостей ефективним засобом є викорис­тання екологічно чистого палива (наприклад, краще природний газ, ніж мазут і тверде паливо). Такий метод належить до групи активних методів охорони навколишнього середовища.

До пасивних методів можна віднести встановлення обмежень на граничнодопустимі концентрації, визначення мінімально допустимої висоти димової труби, що забезпечує дотримання норм приземних граничнодопустимих концентрацій відповідних викидів у населеній місцевості (табл. 10.4).

Таблиця 10.4 - Гранично допустимі концентрації і показники відносної небезпечності речовин

 

Речовина Максимальна разова концентрація, мг/м3 Середньодобова концентрація, мг/м3 Відносна небезпечність
Оксид вуглецю
Вуглеводні (неканцерогенні) 1,5
Нетоксичний пил 0,5 0,15
Оксид азоту 0,4 0,06
Діоксид сірки 0,5 0,05
Сажа (кіпоть) 0,15 0,05
Діоксид азоту 0,085 0,04
Формальдегід 0,035 0,003
Свинець 0,0003
Бенз(а)пірен 0,000001

 

Ступінь екологічної небезпеки тієї чи тієї токсичної речовини для людини визначається відношенням дійсної концентрації цієї речовини до [ГДК]i у повітрі на рівні дихання людини. Це відношення ki = Сi/[ГДК]i називають токсичною кратністю цієї i-ї речовини. Воно має бути менше одиниці. За наявності у повітрі одночасно декількох токсичних речовин
у концентраціях, близьких до біологічного впливу на живий організм, отруйний вплив посилюється, тому наявність таких речовин навіть у концентраціях, близьких до [ГДК]i, недопустима. У зв’язку з цим треба підсумовувати токсичні кратності таких речовин. Умову екологічної безпеки повітряного середовища визначають зі співвідношення:

(10.9)

де n – кількість токсичних інгредієнтів.

Ефект сумації (спільної посилювальної дії) виявляють: сажа і канцерогенні вуглеводні; оксиди азоту і канцерогенні вуглеводні; діоксид азоту і формальдегід; оксиди азоту і сірки.


Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 10; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.012 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты