Качественная оценка состояния атмосферного воздуха определяется предельно-допустимыми концентрациями различных вредных веществ в приземном слое на уровне дыхания человека(1,5 м). Существуют два значения ПДК: максимальная разовая (допустимая на протяжении 20 мин) и среднесуточная (допустимая на протяжении 24 ч). Среднесуточные ПДК являются главными, их назначение – не допустить неблагоприятного влияния на человека продолжительного воздействия вредных веществ.

Степень опасности влияния того или другого вещества на живые организмы обуславливается отношением фактической концентрации вещества (мг/м³) к ПДК в воздухе на уровне дыхания человека. Это отношение называется токсичной кратностью вещества и должно быть меньше единицы. При одновременном содержании в воздухе нескольких вредных веществ сумма их токсичных кратностей также должна быть меньше единицы. В таблице приведены значения ПДК некоторых загрязняющих веществ в атмосфере.

На Харьковской ТЭЦ-5 установлены 2 котла ТГМЕ-464 производительностью по 500 т/ч, один энергетический котел ТГМП-344А производительностью 1000 т/ч, 4 водогрейных котла типа ПТВМ-180 общей тепловой мощностью 3016 ГДж/ч. Топливом является природный газ с удельной теплотой сгорания 34157 кДж/м³ и мазут с теплотой сгорания 39692 кДж/т с содержанием серы 1,8 %.

В оптимальном топочном режиме и номинальной нагрузке (из расчета часовых расходов топлива) теоретически для котлов ТЭЦ-5 выбросы вредных веществ составляют:

– при сжигании мазута

– при сжигании природного газа

Фактические выбросы вредных веществ в атмосферу отличаются от теоретических, так как зависят от качества топлива, нагрузки, и концентрации оксидов азота в дымовых газах, которая зависит от типа котла, топки, конструкции и расположения горелок, уровня эксплуатации и др. Концентрация NO_х в дымовых газах широко колеблется от 150 до 2000 мг/м³. При соблюдении всех требований режимного характера концентрация NO_х для газа составляет 400-500 мг/м³, для мазута – 520-650 мг/м³.

SO_х

Предварительная очистка топлива от вредных примесей, то есть облагораживание топлива, осуществляется на нефтеперерабатывающих заводах, где по действующими нормами сернистость мазута снижают с 2,5 до 0,5 %. На станцию мазут поступает с содержанием серы 1,8 % и выше.

При сжигании мазута около 99 % серы в нем переходит в дымовые газы в форме SO₂ и менее 1 % в форме SO₃. В зависимости от содержания серы в топливе и теплоты его сгорания концентрация оксидов серы в 1 м³ дымовых газов, приведенного к нормальным условиям (давление 760 мм рт.ст. и t=0°С), составляет 1-5 г/м³.

Максимальная разовая предельная допустимая концентрация SO₂ в воздухе на уровне дыхания человека, установленная Министерством здравоохранения, равняется 0,5 мг/м³. Класс опасности («Санитарные нормы проектирования...» СН245-71) составляет 3 для веществ в воздухе рабочей среды. Итак, если не применять специальных методов очистки дымовых газов от оксидов серы, то их надо через высокую трубу разводить воздухом в 2000-10000 раз, чтобы достичь уровня жизнедеятельности человека. Если даже степень очистки газов от серы будет составлять 90 %, то все равно их нужно разводить воздухом хотя бы в 200-1000 раз. Для рассеивания дымовых газов на ТЭЦ-5 установлена димовая труба высотой 330 м. Сумма токсичных кратностей вредных веществ уменьшается также сосредоточением выбросов от всех котлов в одной точке.

NO_х

Кроме оксидов серы, вредной газообразной примесью, выбрасываемой с дымовыми газами, являются оксиды азота, для которых установлена максимальная разовая ПДК в 0,085 мг/м³, то есть почти в 6 раз меньше, чем для сернистого ангидрида. Окислы азота образуются при окислении азота из топлива и азота из воздуха в зоне высоких температур, на что влияют такие факторы, как тип горелок и топочной камеры, тепловое напряжение топочного объема, излишек воздуха в топке и способ его подачи, наличие рециркуляции и т.п. Концентрация оксидов азота быстро возрастает с повышением температуры и достигает больших отметок при температуре свыше 1750°С. В топочной камере образуется преимущественно окись азота NO, которая и выбрасывается с дымовыми газами в атмосферу, где доокисляется до двуокиси азота NO₂, представляющей собой бурый ядовитый газ с характерным запахом.

Исследование механизмов образования NO_х показали, что для топливных NO_х (мазут) главным фактором является концентрация окислителя O₂ в зоне сгорания, температура же играет второстепенную роль. Для термических NO_х, наоборот, температура является основным показателем их образования.

Снижение концентрации оксидов азота на Харьковской ТЭЦ-5 осуществляется соответствующей организацией топочного процесса путем:

• уменьшения излишка воздуха, подающегося в топку
• снижения температуры подогрева воздуха;
• снижения теплового напряжения в топочной камере за счет увеличения объема и применения двухсветных экранов;
• применения усовершенствованного горелочного оборудования и оптимального его расположения;
• применения двухступенчатого сжигания, когда к нижним горелкам подается обедненная, а к верхним – обогащенная воздухом топливно-воздушная смесь, позволяющая снизить температуру в основной (нижней) зоне горения и дожигать горючие вещества в верхней зоне (выбросы уменьшаются на 20 %);
• применения рециркуляции дымовых газов в топочную камеру (возвращение в топку части дымовых газов, отбирающихся после водного экономайзера при температуре 300-400°С), уменьшающей температуру горения, снижающей концентрацию кислорода и скорость горения (наличие оксидов азота сокращается на 25-30 %).

Внедрение указанных выше мероприятий позволяет уменьшить образование оксидов азота на 50-60 %. Остаточная их концентрация, как и оксидов серы, рассеивается в атмосфере через дымовую трубу высотой 330 м.

Состояние атмосферы

С учетом всех перечисленных выше мероприятий приземные концентрации вредных веществ вокруг Харьковской ТЭЦ-5 не превышают ПДК.

* - Для Харьковской ТЭЦ-5 Харьковской облсанинспекцией установлена санитарно-защитная зона шириной 300 м..