ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ОКИСЛОВ АЗОТА

Вестник КрасГАУ. 20 10. №10
5.
6.
7.
8.
Химическое загрязнение почв и их охрана: сл.-справ. / Д.С. Орлов, М.С. Малинина, Г.В. Мотузова
[и др.]. – М.: Агропромиздат, 1991. – 303 с.
Раскатов А.В., Соколова С.А., Яшин И.М. Влияние применения навоза и известкования на миграцию
и поглощение цинка и кадмия в супесчаной дерново-подзолистой почве // Изв. ТСХА. – 1999. – № 3. –
С. 84–98.
Соколов М.С. Возможности получения экологически безопасной продукции растениеводства в условиях загрязнения агросферы // Агрохимия. – 1995. – № 7. – С. 112–127.
Leh H.O. Schwermetallgehalte verschiedener Gemusepflanzen und Moglichkeit zu deren Verminderung durch
ackerbauliche Massnahmen // Nachrichtenblatt des Deutschen Pflanzenschutzdienst. – 1988. – Vol. 40. –
№ 6–7. – Р. 106–112.
УДК 502.55:628.5
И.Б. Оленев, А.И. Авласевич
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ОКИСЛОВ АЗОТА, ПОСТУПАЮЩИХ В АТМОСФЕРУ ПРИ СЖИГАНИИ
НЕФТЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТЕПЕНИ ИХ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ
В работе представлены результаты комплексного исследованиея выбросов окислов азота в атмосферу при сжигании отходов, загрязненных нефтепродуктами, в установке «Форсаж-2М». На основании проведенных исследований предложены расчетные формулы, позволяющие определять количество окислов
азота, поступающих в атмосферу, в зависимости от степени загрязнения отходов нефтепродуктами.
Ключевые слова: окислы азота, сжигание, отходы, выбросы, степень загрязнения отходов.
I.B. Olenev, A.I. Avlasevich
DETERMINATION OF THE NITROGEN OXIDE VOLUME, COMING INTO THE ATMOSPHERE AFTER BURNING
THE PETROCONTAINING WASTES DEPENDING ON THE DEGREE OF THEIR POLLUTION
The results of the complex research of nitrogen oxide emissions into atmosphere after burning the waste polluted by petroleum products in the "Forsazh-2M" installation are given in the article. On the basis of the conducted
research the design formulas that allow to determine volume of nitrogen oxides coming into atmosphere depending
on waste pollution degree by petroleum products are offered.
Key words: nitrogen oxides, burning, waste, emissions, waste pollution degree.
В результате производственной деятельности предприятий образуются отходы, не подлежащие захоронению. Утилизация таких видов отходов требует использования специальных установок. В ООО «ЭКОсервис-НЕФТЕГАЗ» разработана установка по сжиганию органических отходов «Форсаж-2М», которая используется для утилизации отходов третьего и четвертого класса опасности.
Установка по утилизации отходов (УУО) «Форсаж-2М» предназначена для термической утилизации (сжигания) твердых бытовых и промышленных, в т.ч. нефтесодержащих отходов. Согласно паспорту установки
«Форсаж-2М» 1 , утилизации могут быть подвержены следующие виды отходов: отработанные фильтры, промасленная ветошь и опилки, отработанные сорбенты, бумажные изделия, нефтесодержащие отходы, другие
горючие материалы.
Конструктивные особенности установки позволяют сжигать отходы калорийностью до 5500 ккал/кг.
Предельное содержание нефтепродуктов в сжигаемых отходах не должно превышать 30% (по массе).
При использовании установки «Форсаж-2М» для утилизации отходов она является источником загрязнения атмосферы [2].
В результате действия установки в атмосферу поступают продукты сгорания дизельного топлива и
отходов, подвергающихся утилизации. Существующие методики расчетов позволяют определить выбросы
загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании дизельного топлива, а при сжигании отходов, имеющих
различный состав, определить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу расчетным методом сложно.
133
Экология
Целью работы является расчетное определение выбросов окислов азота при сжигании нефтесодержащих отходов в установке «Форсаж-2М». Окислы азота вредно влияют на здоровье человека – понижают давление, вызывают головокружение, рвоту и пр.
Расчет выбросов окислов азота с газообразными продуктами сгорания при сжигании дизельного топлива в перерасчете на NO2 производится по известным формулам 2 :
М NO X
GNO X
где
0,001 B QPН K NO (1
0,001 B
Ф
QРН
К NO (1
3600
(1)
j ),
3
j ) 10
(2)
,
В – годовой расход топлива, т/год;
QPН – низшая теплота сгорания натурального топлива, мДж/кг;
K NO – параметр, характеризующий количество окислов азота, образующихся на один ГДж производимого тепла, кг/ГДж;
j – коэффициент, учитывающий степень снижения выбросов окислов азота в результате применения
технических решений;
ВФ – производительность форсунки в течение часа, кг.
Отходы минеральных масел представляют собой смесь углеводородов, вес. %: парафины 13,7; изопарафины 8,3; нафтены моноциклические 18,4 и полициклические 26,4; ароматические моноциклические
10,5 и полициклические 22,7. Их температура вспышки от 142 до 200 0С, температура самовоспламенения
280–380 0С 3 . Химические и физические характеристики видов отработанных масел приняты согласно 3 и
приведены в таблице.
Химические и физические характеристики видов нефтепродуктов
Масло
гидравлическое
Масло моторное
Масло
индустриальное
Кинематическая вязкость, мм2/с
Зольность, %
Плотность, кг/м3
Механические примеси, %
Низшая теплота сгорания, МДж/кг
Масло
трансмиссионное
Показатель
Масло
трансформаторное
Наименование нефтепродукта
9
860
41,8
10-15
0,3
915
0,03
41,0
10-15
0,3
885
0,005
41,0
10-11
1,0
905
0,015
41,0
61-75
0,005
900
39,8
Проведены исследования по сжиганию отходов с различной степенью загрязненности отработанными маслами. В результате инструментальных замеров получены концентрации окислов азота в дымовых
газах, поступающих в атмосферу, приведенные к нормальным условиям. Также необходимо отметить, что
определение концентраций проводилось в режимах работы установки «Режим» и «Форсаж» с различной
степенью загрузки. После анализа результатов инструментальных замеров были построены зависимости,
представленные на рис. 1.
134
Вестник КрасГАУ. 20 10. №10
250
3
NOС,
мг/м33
x
200
2
150
1
100
50
0
01
56
1011
16
15
2021
2526
30
% содержания нефтепродукта
Рис. 1. Зависимость концентрации окислов азота от степени загрязненности отходов
нефтепродуктами: 1 – при работе установки в режиме «Режим» и сжигании 60 кг отходов;
2 – при работе установки в режиме «Режим» и сжигании 120 кг отходов; 3 – при работе установки
в режиме «Форсаж» и сжигании 180 кг отходов
Из графика (рис. 1) получены уравнения, характеризующие концентрации окислов азота в зависимости от загрязненности отходов нефтепродуктами в различных режимах работы установки и степени загрузки
установки отходами, подвергающихся утилизации:
- при загрузке установки на 1/3 от максимального объема и объеме воздуха подаваемого на горение в режиме «Режим» C NO x = 6,3 ln C % + 75, мг/м3, где С % – степень загрязненности отходов нефтепродуктами;
- при загрузке установки на 2/3 от максимального объема и объеме воздуха подаваемого на горение в
режиме «Режим» C NO x = 12,9 ln C % + 150, мг/м3;
- при максимальной загрузке установки и объеме воздуха подаваемого на горение в режиме «Форсаж»
C NO x = 15,5 ln C % + 160, мг/м3.
Учитывая режим работы установки, степень загрузки установки загрязненными отходами, количество
воздуха подаваемого на горение, получена среднеэксплуатационная зависимость выхода окислов азота,
представленная на рис. 2.
2,1
2
выход
выход NOX,
NOxХ г/кг
1
1,9
2
3
4
1,8
1,7
1,6
1,5
01
56
1011
15
16
2021
25
26
30
% содержания нефтепродукта
Рис. 2. Зависимость выхода окислов азота от степени загрязненности отходов нефтепродуктами:
1 – при работе установки в режиме «Режим» и сжигании 60 кг отходов; 2 – при работе установки
в режиме «Режим» и сжигании 120 кг отходов; 3 – при работе установки в режиме «Форсаж»
и сжигании 180 кг отходов; 4 – среднеэксплуатационная зависимость выхода окислов азота
135
Экология
Из графика (рис. 2) получена зависимость, характеризующая выход окислов азота при сжигании отходов в
установке «Форсаж-2М», загрязненных нефтепродуктами, которая имеет вид qNO X 0,14 ln C% 1,5 , г/кг, где
С% – степень загрязненности отходов нефтепродуктами. Вышеприведенное выражение можно использовать
только для расчета выбросов при сжигании отходов, загрязненных нефтепродуктами. Эта зависимость справедлива для расчета валовых выбросов, и выражение (1) принимает вид:
М NO X
0,001 B QPН K NO (1 j )
q NO X М iОТХ 10 6 ,
(3)
i
где М iОТХ – масса отходов i-й степени загрязнения нефтепродуктами, сжигаемых в установке в течение
года, кг.
Проведен сравнительный анализ выхода окислов азота при ее работе в режиме «Форсаж» и значений, полученных по среднеэксплуатационной зависимости выхода окислов азота. Погрешность сравниваемых величин
при загрязненности нефтепродуктами более 5% колеблется от 2,5 до 1,5 %, при этом, чем выше загрязненность,
тем значение погрешности уменьшается. Исходя из этого, выражение q NO
0,14 ln C% 1,5 можно исX
пользовать при расчете максимально разовых выбросов окислов азота в атмосферу. И выражение (2) принимает вид:
GNO X
где
0,001 BФ QРН К NO (1
3600
j ) 103
max
(0,14 ln C%max 1,5) ВОТХ
,
(4)
С%max – максимальная степень загрязненности отходов нефтепродуктами, сжигаемых в установке, %;
max
– максимальная масса отходов с максимальной степенью загрязненности нефтепродуктами,
М ОТХ
сжигаемых в установке в течение часа, кг.
Окислы азота делятся на оксид азота (ПДК – 0,04 мг/м3) и двуокись азота (ПДК – 0,2 мг/м3). Суммарные
выбросы оксидов азота при работе установки «Форсаж-2М» разделяются на составляющие (с учетом различия в
молекулярной массе этих веществ), и их количество определяется по формулам, приведенных в методике 4 :
GNO2
M NO2
0,8GNO X , г/с, GNO
0,8M NO X
, т/год,
M NO
0,13GNOX
,
0,13M NO X
.
Выводы
1. Известные методики расчета выбросов окислов азота не позволяют учитывать влияние сжигания
нефтесодержащих отходов.
2. Предложена зависимость расчѐта выбросов окислов азота при сжигании нефтесодержащих отходов.
Литература
1.
2.
3.
4.
Установка для утилизации отходов «Форсаж-2М» // Паспорт по ТУ 3113-020-40443658-2004. – М.,
2006.
Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для авторемонтных заводов / Минтранс РФ. – М., 1992.
Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение / К.М. Бадыштова
[и др.]; под ред. В.М. Школьникова. – М.: Химия, 1989. – 432 с.
Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах
производительностью менее 30 тонн пара в час, или менее 20Гкал в час. – М., 1999.
136