Статья поступила в редакцию 15.04.15. Ред. рег. № 2227
The article has entered in publishing office 15.04.15. Ed. reg. No. 2227
УДК 621.311.22 doi: 10.15518/isjaee.2015.17-18.023
СУММАРНАЯ ТОКСИЧНОСТЬ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИ РАБОТЕ ПЫЛЕУГОЛЬНЫХ КОТЛОВ ТЭЦ
А.Д. Грига, М. С. Иваницкий
Филиал НИУ «МЭИ» в г. Волжском 404110 г. Волжский, Волгоградская обл., пр. Ленина, д. 69 Тел.: (8443) 210160, e-mail: vfmei@vfmei.ru
Заключение совета рецензентов: 19.04.15 Заключение совета экспертов: 23.04.15 Принято к публикации: 27.04.15
Статья посвящена определению суммарной токсичности выбросов пылеугольных котлов. Показано, что при расчете суммарной токсичности выброса необходимо учитывать частные показатели токсичности компонентов уходящих газов, в частности, бенз(а)пирен и монооксид углерода. Общая токсичность выброса является показателем экологичности работы энергоблока. Для различного угольного топлива в зависимости от его рабочих характеристик приведен алгоритм определения уровня недожога по монооксиду углерода. Показана возможность расчета концентрации монооксида углерода по известной концентрации бенз(а)пирена и в обратном порядке.
Показатель суммарной вредности выбросов позволяет оценивать общий фоновый уровень загрязненности атмосферы канцерогенными и токсичными веществами, особенно в районах расположения крупных угольных энергообъектов. Знание концентрации фона в свою очередь позволит проводить мероприятия по оптимизации границ санитарно-защитной зоны и способствовать минимизации воздействия угольных кластеров в районе застройки.
Ключевые слова: оксид углерода, бенз(а)пирен, токсичность, оксиды азота, горение топлива.
THE TOTAL TOXICITY OF PRODUCTS OF COMBUSTION DURING OPERATION OF COAL-FIRED BOILERS CHP
A.D. Griga, M.S. Ivanitskii
Volzhsky Branch of the National Research University «Moscow Power Engineering Institute» 69 Lenin str., Volzhsky, Volgograd reg., 404110, Russia Tel.: (8443) 210160, e-mail: vfmei@vfmei.ru
Referred: 19.04.15 Expertise: 23.04.15 Accepted: 27.04.15
The article is devoted to determination of total toxic emissions from coal-fired boilers. It is shown that when calculating total emissions must be considered private indicators of toxic components of exhaust gases, in particular, benz(a)pyrene and carbon monoxide. The general toxicity of emissions is an indicator of the ecological operation of the unit. For various coal fuel, depending on its operating characteristics of the algorithm determining the level of underburning on carbon monoxide. The possibility of calculating the concentration of carbon monoxide by known concentrations of benz(a)pyrene and in reverse order.
The total harmful emissions allows us to estimate the total background level of atmospheric pollution is carcinogenic and toxic substances, especially in areas of large coal-fired power. Knowledge of the concentration of background, in turn, will allow optimization of the boundaries of the sanitary protection zone and to help minimise the impact of carbon clusters in the area.
Keywords: carbon monoxide, benz(a)pyrene toxicity, nitrogen oxides, combustion of fuel.
Анатолий Данилович Грига A.D. Griga
Сведения об авторе: д-р техн. наук, профессор кафедры «Теплоэнергетика и теплотехника» ВФ МЭИ.
Образование: Харьковский авиационный институт (1961). Область научных интересов: компрессоры, экология энергетики. Публикации: более 200.
Author information: Ph.D., professor of "Heat and Heat Engineering" Education: Kharkov Aviation Institute (1961). Research area: compressors, ecology of energy. Publications: more than 200.
А.Д. Грига, М.С. Иваницкий. Суммарная токсичность продуктов сгорания при работе пылеугольных котлов ТЭЦ
Максим Сергеевич
Иваницкий Maxim S. Ivanitskii
Сведения об авторе: канд. техн. наук, ст. преподаватель кафедры «Теплоэнергетика и теплотехника» ВФ МЭИ.
Образование: Филиал МЭИ (технический университет) в г. Волжском (2011). Область научных интересов: процессы горения топлива, экология энергетики. Публикации: 40.
Author information: Ph.D., art. lecturer in "Heat and Heat Engineering". Education: Volzhsky Branch of Moscow Power Engineering Institute (2011). Research interests: fuel combustion processes, ecology of energy. Publications: 40.
Введение
При сжигании ископаемого топлива на объектах энергетики в атмосферу выбрасываются вредные компоненты сгорания. Наиболее активными источниками выбросов являются котельные установки, сжигающие угольное топливо. При этом в атмосферу вносятся оксиды азота, углерода, серы, полиароматические углеводороды (ПАУ), парниковые газы и другие токсичные компоненты. Ярким канцерогенным представителем ПАУ является бенз(а)пирен (БП). Показатель токсичности БП превышает токсичность оксидов азота на семь порядков. Несмотря на низкий уровень массового выброса БП, необходимо учитывать его вклад в общую токсичность продуктов сгорания. При горении угольного топлива влияние степени метаморфизма топлива на общий выход продуктов недожога оказывается более весомым по сравнению со сжиганием природного газа или мазута. Необходимо отметить, что в последние годы внимание специалистов-экологов к загрязнению воздушного бассейна канцерогенными веществами повышается. Воздействие полиароматических соединений на окружающую среду и человека носит глобальный характер. Поэтому разработка прогностических моделей для определения уровня загрязненности токсичными веществами прилежащих к объектам тепловых электростанций и районных котельных территорий носит актуальный характер [1-6].
Численное исследование
Концентрация БП в сухих дымовых газах котлов за золоуловителями при факельном сжигании углей СБп, приведенная к избытку воздуха в газах а = 14, рассчитывается по формуле
С1 =
БП
AQP
П K
(1)
где А - коэффициент, характеризующий конструкцию нижней части топки в зависимости от вида шла-коудаления (для топок с жидким шлакоудалением
А = 0,378, для котлов с твердым шлакоудалением А = 0,521); QН - теплотворная способность топлива, МДж/кг; а - коэффициент избытка воздуха в дымо-
N
вых газах на выходе из топки; П К = Кд КЗУ - про-
I=1
изведение коэффициентов для учета влияния нагрузки котла и степени улавливания БП золоуловителями. Погрешность методики составляет не более 20% [7].
Степень выгорания топлива рСГ зависит от величины химического и механического недожога и определяется по уравнению
Рог = 1 - Чз - ?4. (2)
Коэффициент избытка воздуха характеризует степень выгорания топлива и связан с ним соотношением
а = С&
где С - эмпирический коэффициент, определяемый по экспериментальным данным; т - показатель степени.
Химический недожог дз можно выразить через удельное содержание монооксида углерода СО в продуктах сгорания следующей зависимостью:
q3 =-
1,Р13СО
RQP
(4)
где Я - коэффициент, зависящий от вида сжигаемого топлива и типа горелочного устройства; при сжигании твердого топлива Я = 0,5.
Удельный выход СО с дымовыми газами определим по выражению
/ + 273
СО = Ссо [>Г° +1,0161 (а- 1)в0Р^, (5)
где Ссо - содержание монооксида углерода в продуктах сгорания, мг/м3; V, V - теоретический объем дымовых газов и воздуха при сжигании 1 кг топлива, м3/кг; 1ух - температура уходящих газов, °С.
1,5а
e
При этом концентрацию монооксида углерода (%) в продуктах сгорания можно вычислить по величине кислорода, содержанию трехатомных газов и характеристике твердого топлива в, она выражается следующей известной зависимостью:
С =
21 - О2 - (1 + ß)RO2 Q,6Q5 + ß
(6)
где Я02 = С02 + 802 + Н20 - содержание трехатомных газов в продуктах сгорания топлива, %; 02 -концентрация кислорода в дымовых газах, %.
Характеристика угля в зависит от его химического состава при рабочих параметрах и определяется выражением
ß = 2,35
HP - Q,126GP + Q,Q38NP
CP + Q,375SG
(7)
где HP,OP,NP,CP,SO
содержание водорода,
кислорода, азота, углерода и серы (органической и колчеданной) в топливе при рабочих условиях.
Таблица 1
Характеристики пылеугольных котельных установок
ТаЪк 1
Characteristics of coal-fired boiler plants
Параметр Тип котла
ТП-85 П-57 П-59 ПК-39-2 П-49
Паропроизводи-тельность, т/ч 42Q 165Q 86Q 95Q 13QQ
Тип системы шлакоудаления ТШУ ТШУ ЖШУ ТШУ ЖШУ
Теплота сгорания топлива, МДж/кг 16,95 25,12 27,42 14,44 22,94
Концентрация монооксида углерода, мг/м3 53 69 71 42 55
Потери теплоты с химическим недожогом, % Q,Q6 Q,Q5 Q,Q4 Q,Q6 Q,Q5
Коэффициент избытка воздуха в топке 1,2 1,15 1,23 1,27 1,21
Концентрация бенз(а)пирена в уходящих газах, мкг/м3 Q,141 Q,224 Q,157 Q,1Q7 Q,136
Суммарная токсичность выброса, П 7711Q 311497 11Q389 164818 187661
Суммарный показатель токсичности дымовых газов определяется по формуле
п=2 П
(8)
где П,- - частный показатель токсичности i-го компонента выброса, например, частный показатель токсичности монооксида углерода - 1; бенз(а)пирена -12,6-108.
В табл. 1-3 приведены расчетные данные, обуславливающие экологичность процесса сжигания угольного топлива на различных нагрузках котлов. Данные приведены с учетом 80%-го уровня задержки БП в электрофильтре.
В табл. 1 представлены данные расчета концентраций продуктов неполного сгорания и суммарной токсичности выбросов при работе пылеугольных котлов на нагрузке 25% от номинальной.
В табл. 2 представлены данные расчета концентраций продуктов неполного сгорания и суммарной токсичности выбросов при работе пылеугольных котлов на нагрузке 50% от номинальной при постоянных значениях коэффициента избытка воздуха.
В табл. 3 представлены данные расчета концентраций продуктов неполного сгорания и суммарной токсичности выбросов при работе пылеугольных котлов на полной нагрузке.
Таблица 2
Соотношение выбросов бенз( а) пирена и монооксида углерода
ТаЬк 2
The ratio of emissions of benz(a)pyrene and carbon monoxide
Параметр Тип котла
ТП-85 П-57 П-59 ПК-39-2 П-49
Удельный выброс монооксида углерода, г/кг Q,86 1,Q9 1,1Q Q,56 Q,93
Концентрация бенз(а)пирена в уходящих газах, мкг/м3 Q,3Q2 Q,479 Q,336 Q,229 Q,297
Суммарная токсичность выброса, П 143591 589346 2QQ129 294465 35QQ36
Таблица 3
Выбросы продуктов
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.