15. Виды загрязнений атмосферного воздуха от котельных агрегатов. Пдк вредных веществ в атмосфере.
Во всем мире при сжигании различных видов органического топлива трубы промышленных предприятий выбрасывают огромное количество продуктов сгорания (дымовых газов). За каждые 12—14 лет происходит удвоение объема выбрасываемых токсичных веществ. В продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу, содержатся вредные компоненты, основными из которых являются: 1) твердые частицы при сжигании твердого и жидкого топлива; 2) газообразные окислы серы S02 и S03; 3) окислы азота NOx; 4) оксид углерода СО; 5) диоксид углерода С02; 6) углеводороды; 7) бенз(а)- пирен. Обычно зола топлива не содержит токсичных веществ. Однако в золе донецких антрацитов содержится незначительное количество мышьяка, в золе экибастузских углей — диоксид кремния, в зоне канско-ачинского угля и прибалтийских сланцев — свободный оксид кальция.
Одним из основных видов топлива, сжигаемого в котельных установках, является уголь. В нем содержатся различные минеральные негорючие примеси, которые, балластируя уголь, уменьшают его теплоту сгорания, снижают интенсивность и полноту сгорания й обусловливают высокую концентрацию летучей золы в продуктах сгорания. Так, например, при работе котельной с тремя котлами ДКВР-20-13 на низкосортном подмосковном угле марки Б с зольностью 37 % сжигается 1,65 кг/с угля и при этом образуется свыше 2 т/ч золы. Если только 15 % золы будет выбрасываться в атмосферу, а остальные 85% — оседать в газоходах котла и улавливаться золоуловителями, то количества выбрасываемой золы будет достаточно, чтобы в течение 300 сут работы покрыть слоем золы в 1,5 мм толщиной площадь вокруг котельной в радиусе 3 км. Всего будет выброшено в атмосферу за это время около 2400 т золы.
В последние годы в связи с быстрым ростом энергетики меняется топливный баланс и все большее внимание уделяется низкосортным углям, имеющим повышенное содержание серы и сернистые мазуты, что приводит к резкому увеличению выбрасываемых в атмосферу окислов серы. Простейший расчет показывает, что при среднем содержании серы в топливе всего 0,5 % и сжигании 10 млрд. т условного топлива в мире в реакцию горения вступит 50 млн. т серы и в атмосферу Земли будет выброшено около 100 млн. т S02 или 125 млн. т S03.
Обычно при правильно организованном сжигании топлива в топке котла количество образовавшегося оксида углерода должно быть близким к нулю и в результате происходящей реакции полного горения образуется С02- При некачественной организации топочного процесса, особенно при пониженных или переменных нагрузках котла, могут происходить неполное сжигание углеводородов и, следовательно, их выброс через дымовую трубу в окружающую атмосферу (СН4, С2Н0 и т. д.). Бенз(а)- пирен обычно при сжигании топлива в топках котлов не образуется. Основным его поставщиком в атмосферу являются двигатели автомобилей, особенно с плохо отлаженной системой воспламенения и сжигания топлива.
Наиболее опасными по степени воздействия на организм человека и выбрасываемыми в значительных количествах с продуктами сгорания являются: 1) оксид углерода СО; 2) оксиды серы S02 и S03 и 3) оксиды азота N0. При вдыхании воздуха с содержанием в нем 0,04 % оксида углерода в крови человека в соединение с ним вступает до 30 °/о гемоглобина крови, а при содержании 0,1 % СО в соединение с ним вступает до 50 % гемоглобина, что очень вредно сказывается на здоровье человека. При содержании в воздухе СО до 0,4—0,5 % вдыхание воздуха опасно для жизни уже в течение нескольких минут. Опасность усугубляется тем, что оксид углерода не обладает ни запахом, ни цветом. Очень вредно воздействует оксид углерода уже при небольших содержаниях на физиологические центры человека, что сказывается, в частности, на способности человека управлять автомашиной.
В результате медико-биологических исследований установлено, что при кратковременном воздействии на человека диоксида серы с концентрацией 130—650 мг/м3 наступают сильное раздражение голосовых связок и последующее удушье. При концентрациях, превышающих 26 мг/м3, наблюдается раздражение глаз и дыхательных путей. Меньшая концентрация S02 для людей, по-видимому, безвредна. Это подтверждается состоянием здоровья людей, работающих на производстве, где концентрация S02 составляет 6,5 мг/нм3. Характерно, что диоксид серы наиболее опасен в тех случаях, когда он действует совместно с другими соединениями. Роль последних сводится к тому, что они способствуют более глубокому прониканию S02 Е дыхательные органы человека. Особенно чувствительны к диоксиду серы растения. Даже при концентрации S02, равной 1,3—2,6 мг/нм3, в них нарушаются процессы фотосинтеза. При длительном воздействии S02 растения гибнут. В сочетании с большой запыленностью и влажностью воздуха вредное воздействие диоксида серы резко возрастает. В этих случаях опасность для здоровья людей появляется даже при обычно безвредных концентрациях диоксида серы. Только концентрация 0,584 мг/нм3 безопасна для человека, животного и растительного мира, и поэтому в СССР принята норма 0,5 мг/нм3.
В продуктах горения любых топлив, содержащих углеродистые соединения, в случае недостатка воздуха для полного сгорания и нарушениях условий правильного сжигания появляется оксид углерода. Оксид углерода — чрезвычайно сильный отравляющий газ. Поэтому продукты сгорания газового топлива как твердого, так и жидкого могут быть токсически весьма опасными. При сжигании углеводородных топлив при температуре свыше 1500°С образуются весьма вредные для человека окислы азота. Их содержание в воздухе из-за большой ядовитости должно быть предельно ограничено. Степень действия некоторых газов характеризуется данными табл. 12.1. Эти нормы, разработанные на основании большого числа медико-биологических исследований, должны обеспечивать нормальную жизнедеятельность человека в течение всей его жизни, а среда при соблюдении этих норм должна быть безвредной для окружающего нас животного и растительного мира.
У нас в стране приняты три вида норм, которые носят название предельно допустимые концентрации (ПДК). ПДКрз — в рабочей зоне; ПДКмр — максимальные разовые; ПДКсс — среднесуточные; ПДКрз — касаются рабочей зоны помещений — цехов предприятий, производящих, перерабатывающих или имеющих по технологии необходимость использовать вредные химические соединения; ПДКмр—касается возможного повышенного кратковременного выброса вредных веществ (в котельной установке это обычно период пуска или резкого изменения нагрузки); ПДКсс — являются основными; их назначение— не допустить неблагоприятного влияния в результате длительного воздействия. В табл. 12.2 приведены значения ПДК типичных для котельных и тепловых электростанций вредных веществ.
Это связано с тем, что иногда присутствие во вдыхаемом воздухе различных химических соединений в концентрациях каждого в отдельности в допустимых пределах
Расчеты ведут по каждому вредному веществу в отдельности, при этом необходимо, чтобы концентрация каждого из них не превышала приводимых в табл. 12.2 значений. Минздравом СССР введено дополнительное требование о необходимости суммирования воздействия окислов азота и серы, а также и других элементов;
Аналогичные нормы в настоящее время введены во многих странах мира. Для сравнения действующие у нас и в некоторых странах допустимые нормы загрязнения приведены в табл. 12.3.
На количество выбрасываемых окислов серы решающее влияние оказывают содержание серы в топливе и режим его сжигания. Образование окислов азота происходит двумя путями: окислением азотсодержащих компонентов топлива и связыванием атмосферного азота с кислородом. Первый путь зависит главным образом от содержания азота в топливе, второй связан с температурным режимом в топке и концентрацией кислорода. Количество оксида углерода зависит от качества организации процесса сжигания топлива. Количество выбросов золы связано со степенью совершенства золоулавливающих установок.