IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Теплоэнергетика является одной из наиболее развивающихся отраслей. Её задачи сводятся не только к поиску новых способов добычи энергии, экономии сырья и удешевлению производства. Стратегическое значение для энергетической политики в настоящее время составляет снижение вредных выбросов в атмосферу и как следствие сокращение пагубного влияния на экологию в целом.

Развитие мировой и российской энергетики требует решения проблемы экологической оценки возможных последствий на окружающую среду, жизнь и здоровье населения. Объекты энергетики по степени влияния на окружающую среду принадлежат к числу наиболее интенсивно воздействующих на биосферу. Поэтому при решении выбора источника энергии необходимо учитывать не только экономические, но и экологические последствия возможного влияния объектов энергетики при строительстве и эксплуатации.

Выбросы вредных веществ в атмосферу предприятиями теплоэнергетики (ГРЭС, ТЭЦ, ТЭС, котельные) и другими стационарными источниками являются одной из главных причин загрязнения не только значительных объемов воздушного бассейна, но и воды, почвы, т.е. всей биосферы. Эти выбросы включают токсичные и канцерогенные газы, пары и твердый аэрозоль (оксиды серы, азота и углерода, альдегиды, сажу, оксиды кремния, ванадия, никеля, хрома, магния, алюминия, цинка и др.). Особенность типа источников загрязнения атмосферы заключается в том, что они находятся внутри или рядом с промышленными агломерациями или городом, причем в значительном количестве (10-12 и более). Их доля в общем балансе загрязнения атмосферы городов составляет 20-27% и стоит на втором месте после промышленных предприятий (до 50-60%).

Кроме отрицательного влияния на биосферу промышленные выбросы, в частности, диоксида серы, оксидов азота, гидрохлоридов оказывают весьма активное воздействие на различные материалы, строения и оборудование, проявляющееся в химической и электрохимической коррозии. В результате резко сокращаются сроки службы зданий и сооружений, а также многократно увеличиваются расход на их эксплуатацию и содержание. Так, согласно данным, увеличение концентрации диоксида серы в приземном слое атмосферы в 3 раза вызывает рост скорости атмосферной коррозии стальных конструкций примерно в 2,7 раза.

В продуктах сгорания природного газа нет копоти, золы и концерагенов. Количество загрязняющих элементов относительно жидкого и твёрдого топлива в этом случае значительно меньше. Наиболее опасными элементами при использовании природного газа являются оксиды азота (NO), которые могут окисляться до двуокиси азота (NO₂), и оксиды углерода (СО).

Оксид углерода (СО) изменяет состав крови (вытесняет молекулы О2 в гемоглобине), приводит к нарушению нервной деятельности. При сжигании топлива могут образовываться оксиды азота. При окислении молекулярного азота кислородом воздуха образуется окись азота (NО). Двуокись азота (NO₂) оказывает раздражающее действие на дыхательные пути и слизистую оболочку глаза. В присутствии влаги NO₂ легко вступает во взаимодействие с кислородом воздуха, образуя азотную кислоту (НNO3). Оксиды азота, поглощая естественную солнечную радиацию, снижают прозрачность атмосферы и способствуют образованию фотохимического смога.

В качестве окислителя при сжигании природного газа используется воздух. Для упрощения расчётов принимается, что воздух состоит из 79% азота и 21% кислорода. Уравнение реакции горения имеет вид:

Углеводород окисляется при горении и выделяется тепло:

Если кислорода недостаточно, то образуется оксид углерода (CO) – угарный газ.

Опытным путём установлено, что выбросы оксидов углерода можно достигнуть путём перевода котлов с подовых диффузионных горелок на инжеционные горелки низкого давления. Уровень загрязнения в таком случае уменьшается в 3-5 раз, а выброс оксида азота сокращается на 25%.

С применением инжекционных горелок осуществляется ступенчатый подвод воздуха с избытком первичного воздуха равным 0,4. В первую очередь это многофакельные горелки, групповые горелки, дутьевые горелки с каналом предварительного смешения смеси. На концентрацию оксидов азота влияет тепловое напряжение топочного объёма, которое влияет на температурный уровень в топке. Производительность котла на это воздействия не имеет. При работе горелочных устройств со стабилизирующими туннелями (амбразурами) превалирующее влияние на выброс оксидов будет оказывать тепловое напряжение в объеме туннеля. В этом причина более высоких концентраций оксидов азота у подовых горизонтально щелевых горелок по сравнению с многофакельными инжекционными. У горелок с керамическим туннелем выход оксидов азота выше на 15%, чем у таких же горелок, работающих с кольцевым металлическим стабилизатором. С одной стороны, керамический туннель резко интенсифицирует выгорание горючих газов, что приводит к снижению выброса оксида углерода(CO), с другой стороны, повышает выбросы оксида азота(NO). Избежать подобного можно запустив котлы на мощность 50-60%. В таком случае почти полностью отсутствует химическая неполнота, и выход оксида азота уменьшается до 45%.

Известные пути борьбы с вредными выбросами предприятий энергетики сводятся к снижению образования токсичных веществ при сжигании топлива и последующему частичному улавливанию нежелательных компонентов в исходящих газах.

Список литературы:

1. Гриценко А.И. Экологические аспекты в газовой промышленности // Науч. и техн. аспекты охраны окружающей среды: Обзор. информ. / ВИНИТИ. — 1996. — № 9. — С. 11—14.

2. Сайт: http://www.neftyanik-school.ru

3. Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Филатов Д.А. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ МИНИ-ТЭЦ С ГАЗОПОРШНЕВЫМИ И ДИЗЕЛЬНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6-1. – С. 76-80

Код для цитирования: Скопировать