ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВРЕДНОСТИ ТОПЛИВ, СЖИГАЕМЫХ В ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

Иркутской области, с целью получения тепловой и электрической энергии, в котельных агрегатах сжигаются следующие топлива: азейский бурый уголь; мугунский бурый уголь; черемховский каменный уголь; ирша-бородинский бурый уголь; березовский бурый уголь; ирбейский бурый уголь; головинский каменный уголь; жеронский каменный уголь. Расчетные характеристики сжигаемых топлив приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Расчетные характеристики сжигаемых топлив в Иркутской области [1]

Наименование топлива	Состав топлива в процентах по массе, %							Qнр, МДж/кг
	Wр	Aр	Sр	Hр	Cр	Nз	Oр
Азейский	25,0	16,5	0,5	3,1	42,7	0,9	11,3	15,99
Березовский	33,0	4,7	0,2	3,1	44,2	0,4	14,4	15,66
Головинский	11,8	19,4	0,6	3,1	42,5	0,6	8,1	21,4
Ирбейский	32,0	6,0	0,22	3,0	45,7	0,58	12,5	16,34
Ирша-Бородинский	33,0	7,4	0,2	3,0	42,6	0,6	13,2	15,28
Жеронский	17,7	23,0	0,4	2,9	45,1	0,83	10,1	16,3
Мугунский	22,0	15.6	0,9	3,6	46,0	0,9	11,0	17,29
Черемховский	15,0	29,8	0,9	3,1	42,5	0,6	8,1	16,41

 

Энергетические топлива по их воздействию на окружающую среду можно классифицировать по количеству и токсичности вредных компонентов, образующихся при сжигании топлива. Показатель суммарной вредности продуктов сгорания энергетических топлив П выражается суммой частных показателей вредности [2]

где П_i – значения частных показателей вредности, характеризующих удельное количество вредного вещества и его относительную токсичность.

В зависимости от происхождения, выделяемые тепловыми электрическими станциями и котельными в атмосферу вредные вещества, разделяются на три основные группы. К первой относятся вещества, содержащиеся в продуктах сгорания топлива, которые определяются его составом, мало зависят от технологии сжигания и может быть легко рассчитано. К ним относятся двуокись серы, летучая зола, соединения ванадия.

Ко второй группе относятся вещества, содержание которых в продуктах сгорания определяется абсолютным количеством сжигаемого топлива, а также

технологией и режимом его сжигания, т.е. такими факторами, как мощность котлоагрегата, способ подготовки топлива, конструкция топочного устройства, избыток воздуха и другие. К ним относятся окислы азота, продукты неполного сгорания, в том числе окись углерода, бенз(а)пирен.

К третьей группе относятся вещества, содержащиеся не в продуктах сгорания, а поставляемые другими источниками, например выбросами тонких фракций угольной пыли в разомкнутых системах подготовки топлива, пылением угольных складов и золоотвалов, выделением парообразных углеводородов в мазутном хозяйстве и т.п. Доля вредных веществ этой группы по сравнению с веществами первой и второй групп относительно невелика, трудно поддается учету и носит случайные значения.

Частные показатели вредности первой группы определяются по формуле

где Г_i – масса примеси в рабочем топливе, %;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных выбросов в атмосферном воздухе, для летучей золы F=2, для газообразных выбросов F=1;

η – степень улавливания данной примеси из дымовых газов перед их выбросом в атмосферу, %;

M_г, M_т – молекулярные массы примеси в продуктах сгорания и в топливе;

Q_н^р – низшая теплота сгорания топлива, ккал/кг;

ПДК_i – предельно допустимая концентрация примеси в приземном слое атмосферного воздуха, мг/м³.

Частные показатели вредности второй группы определяются по формуле

где C_i – концентрация данной примеси в 1 м³ дымовых газов при нормальных условиях, г/м³;

V^г – объем дымовых газов, получающихся при сжигании 1 кг (1 м³) топлива при нормальных условиях, м³/кг (м³/м³).

Концентрация вредных примесей в дымовых газах (г/м³) определяется по формуле

где M_i – массовый выброс окислов азота, окиси углерода, бенз(а)пирена, г/с;

B_р – расчетный расход топлива, г/с.

Массовый выброс окислов азота, окиси углерода, бенз(а)пирена определяется согласно [3,4]. Показатели вредности рассчитаны для котла БКЗ-420-140 и приводятся в таблице 2.

Таблица 2.

Рассчитанные показатели вредности

Пi Топливо	Пзл	ПSO2	ПCO	П2NO	ПБП	ПΣ
Азейский	0,0120	0,0183	-	0,0430	0,00039	0,07367
Березовский	0,0350	0,0075	-	0,0228	0,00039	0,03420
Головинский	0,0106	0,0164	-	0,0280	0,0004	0,0554
Ирбейский	0.0043	0,0079	-	0,0290	0,00039	0,0420
Ирша- бородинский	0,0057	0,0077	-	0,0300	0,00039	0,0438
Жеронский	0,0166	0,0144	-	0,0398	0,0004	0,0712
Мугунский	0,0106	0,0304	-	0,0403	0,0004	0,0817
Черемховский	0,0213	0,0321	-	0,0330	0,00039	0,0870

 

Основные характеристики котла: паровой котел БКЗ-420-140-7 однобарабанный, вертикально-водотрубный, с естественной циркуляцией, газоплотный, с мембранными экранами предназначен для получения пара высокого давления с твердым шлакоудалением.

Котел спроектирован для работы со следующими параметрами:

Температура уходящих газов принимается в зависимости от типа топлива.

Допускается кратковременная работа котла с температурой питательной воды 160°C при соответствующем снижении паропроизводительности.

Компоновка котла выполнена по П – образной схеме. Топочная камера является первым восходящим газоходом. В верхней части топки расположен ширмовый. В горизонтальном газоходе расположены конвективные поверхности нагрева пароперегревателя. Во втором (нисходящем) газоходе расположены экономайзер и воздухоподогреватель, установлены в «рассечку».

Примечание: П_зл – показатель вредности по золовым частицам, рассчитан для продуктов сгорания, покидающих котельный агрегат, характеризует вредность газов при КПД золоуловителя 98% (F=2).

Наиболее неблагоприятным топливом с экологической точки зрения являются угли Черемховского и Мугунского месторождений.

Соотношения частных показателей вредности в продуктах сгорания твердых топлив показывает, какому направлению работ в борьбе с выбросами вредных веществ в атмосферу следует отдать предпочтение.

Анализ показателей вредности для углей, показывает, что наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят окислы серы и азота. Показатели вредности подсказывают направление и очередность работ в борьбе с выбросами вредных веществ в атмосферу.

Показатель _ПΣ можно использовать при сравнительной оценке удельной стоимости мероприятий по защите окружающей среды при сжигании на тепловых электрических станциях (ТЭС) различных энергетических топлив. Чем больше _ПΣ, тем выше удельные затраты по защите окружающей среды и тем меньше выигрыш от увеличения мощности ТЭС.

Из общей суммы капиталовложений в мероприятия по защите окружающей среды при эксплуатации ТЭС, сжигающих уголь, в настоящее время наибольшая доля падает на сооружения по улавливанию, транспортированию и захоронению золошлаковых отходов. Капиталовложения в обеспечение допустимого содержания в атмосферном воздухе газообразных примесей, а также в другие мероприятия по защите окружающей среды составляют меньшую долю [5].