Анализ влияния качества твердого топлива на экологические

Анализ влияния качества твердого топлива на экологические показатели
котельных агрегатов в Забайкальском крае
Дружинина А.А., магистрант
Стрельников А.С., к.т.н., доцент
Забайкальский государственный университет
г. Чита, Россия
Analysis of the impact on the quality of solid fuel boilers environmental
performance in the Trans-Baikal Territory
Druzhinin A.A, undergraduate
Strelnikov A.S., associate professor
Transbaikal State University
Chita, Russia
В работе рассмотрена возможность снижения негативного воздействия
котельных агрегатов на окружающую среду путем применения экологически
более чистого топлива, установленного на основе рассчитанных и
предложенных показателей вредности.
Забайкальский край является большим производителем и потребителем
топлива. В структуре потребления первичных топливно-энергетических
ресурсов на первом месте стоит уголь, основными потребителями которого
являются крупные тепловые электрические станции (ТЭС) и котельные.
Основные характеристики сжигаемых топлив на ТЭС и котельных приведены в
таблице 1.
Таблица 1. Характеристики сжигаемых твердых топлив [1]
Состав топлива, в % по массе
Qнр ,
Наименование топлива
WP
AP
SP
HP
CP
NP
OP
Уртуйский уголь 3Б
29,5
8,8
0,3
3,0
46,9
0,5
11,0
МДж/кг
16,83
Татауровский уголь 2Б
33,0
10,7
0,2
2,8
41,1
0,7
11,5
14,69
Харанорский уголь 1Б
40,0
13,2
0,3
2,2
33,5
0,5
10,3
11,39
Черновский уголь 2Б
33,5
9,6
0,5
2,8
42,7
0,9
10,0
14,50
Для
снижения
экологического
влияния
котельных
в
Чите
и
Забайкальском крае предлагается при выборе топлива для котельных агрегатов
использовать показатели вредности [2].
Для оценки качества топлива по экологическому воздействию на
окружающую среду были проанализированы значения частных показателей
вредности энергетических топлив П i , характеризующих удельное количество
вредного вещества и его относительную токсичность, определенные для
котельных агрегатов ТЭС (пылеугольное сжигание) и для котельных (слоевое
сжигание).
Суммой частных показателей вредности можно выразить показатель
суммарной вредности продуктов сгорания:
П ∑ = ∑ Пi .
(1)
Для простоты использования П i частные показатели приводятся к
безразмерному виду, а токсичность выражается как отношение ПДК данного
ингредиента к ПДК золы.
С учетом технологии использования топлива все вредные вещества
можно классифицировать на две группы.
К первой группе относятся вредные вещества, мало зависящие от
технологии сжигания. Это диоксид серы и соединения ванадия. Ко второй
группе принадлежат вредные вещества, образование которых зависит от
технологии и режима сжигания топлива (летучая зола, оксиды азота, оксид
углерода, бенз(а)пирен и др.). Выбросы этих веществ изменяются в
зависимости от мощности и типа топочного устройства, избытка воздуха и т.п.
Частные показатели вредных веществ первой группы определяются по
формуле:
Пi =
0,35 Г i F (100 − η ) M Г
,
Qнр ПДК i М Т
(2)
где Г i – масса примеси в рабочем топливе, %; η – степень удаления данной
примеси из дымовых газов перед их выбросом в атмосферу, %; F –
безразмерный коэффициент, учитывающий скорость осаждения твердых частиц
золы в атмосфере (для газовых примесей F=1); МТ, МГ – относительные
молекулярные массы примеси в топливе и продуктов его сгорания; ПДКi –
предельно допустимая концентрация примеси в приземном слое атмосферного
воздуха, мг/м3.
Частные показатели вредных веществ второй группы определяются по
формуле:
Пi =
3,5СiV Г (100 − η )
,
Qнр ПДК i
(3)
где Сi – концентрация данной примеси в 1 м3 дымовых газов при нормальных
условиях, г/м3; VГ – объем дымовых газов, получающихся при сжигании 1 кг
топлива при нормальных условиях, м3/кг: Qнр – низшая теплота сгорания
топлива, ккал/кг.
В таблицах 2 и 3 представлены частные и суммарные показатели
вредности
продуктов
сгорания
основных
энергетических
топлив
Забайкальского края, рассчитанные по формулам (1) – (3), для котельных
агрегатов ТЭС (пылеугольное сжигание) и для отопительных котельных
(слоевое сжигание) соответственно.
Для
факельного
сжигания
при
расчете
показателей
вредности
принимались: коэффициент избытка воздуха αух=1,4; КПД золоуловителей
η=98%.
Таблица 2. Показатели вредности при камерном сжигании
Пi
Пзл
ПSO2
ПNO2
ПБП
ПΣ
Уртуйский уголь 3Б
0,01022
0,0105
0,0431
0,002469
0,066246
Татауровский уголь 2Б
0,01424
0,0080
0,0549
0,002513
0,079592
Харанорский уголь 1Б
0,02266
0,0155
0,0548
0,002691
0,095651
Черновский уголь 2Б
0,01295
0,0202
0,0784
0,002497
0,114033
Топливо
Для слоевого сжигания при расчете показателей вредности принимались:
коэффициент избытка воздуха αух=1,6; КПД золоуловителей η=80%.
Таблица 3. Показатели вредности при слоевом сжигании
Пi
Пзл
ПSO2
ПNO2
ПБП
ПСО
ПΣ
Уртуйский уголь 3Б
0,10224
0,0105
0,01440
0,00268
0,0027671
0,132542
Татауровский уголь 2Б
0,14242
0,0080
0,02033
0,00247
0,0028369
0,176049
Харанорский уголь 1Б
0,22660
0,0155
0,01560
0,00222
0,003135
0,263011
Черновский уголь 2Б
0,12948
0,0202
0,02599
0,00245
0,0028248
0,180974
Топливо
Показатели вредности для котлов ТЭС и котельных показывают, что
наиболее неблагополучными, с экологической точки зрения, являются
Харанорский и Черновский бурые угли (рис. 1). По результатам расчета
наиболее экологически чистым оказался Уртуйский бурый уголь, который
является основным топливом на Краснокаменской ТЭЦ, а также сжигается в
смеси с другими углями на Читинских ТЭЦ и Харанорской ГРЭС. Из сравнения
данных П ∑ таблиц 2 и 3 видно, что суммарный показатель вредности для
котлов со слоевым сжиганием топлива примерно в 2…3 раза выше, чем при
камерном сжигании.
Суммарный показатель
вредности
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
Уртуйское
Татауровское
Харанорское
Месторождение угля
а)
Черновское
Суммарный показатель
вредности
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
Уртуйское
Татауровское
Харанорское
Черновское
Месторождение угля
б)
Рисунок 1. Показатели вредности при камерном (а) и слоевом (б) сжигании
Анализ показателей вредности углей показывает, что наибольший вклад в
загрязнение атмосферы вносят золовые частицы, окислы серы и азота.
Анализируя
частные
показатели
вредности,
можно
разработать
план
природоохранных мероприятий на перспективу для каждого конкретного вида
сжигаемого топлива. Например, при строительстве новых электростанций
применять технологию использования парогазовых установок с газификацией
угля, которая является перспективной и требует углубленного изучения,
проработки и возможного внедрения.
Библиография
1. Энергетическое топливо СССР (ископаемые угли, горючие сланцы,
торф, мазут и горючий природный газ): Справочник / Вдовченко В.С.,
Мартынова М.И., Новицкий Н.В., Юшина Г.Д. и др. – М.: Энергоатомиздат,
1991. – 84 с.
2. Жабо В.В. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС. – М.:
Энергоатомиздат, 1986.