Защита атмосферы
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.
Название вещества | Предельно допустимая концентрация, мг/м3 | |
Максимальная разовая | Среднесуточная | |
Диоксид азота | 0,085 | 0,04 |
Оксид азота | 0,6 | 0,04 |
Оксид серы | 0,5 | 0,05 |
Сажа (копоть) | 0,15 | 0,05 |
Пыль нетоксичная | 0,5 | 0,15 |
Окись углерода | 5 | 1 |
Пятиокись ванадия | – | 0,002 |
Бензапирен | – | 0,000001 |
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
Котел | SO2, т/ч | NOх, т/ч |
ПТВМ-180 | 0,84 | 0,127 |
ТГМЕ-464 | 1,4 | 0,38 |
ТГМП-344А | 2,76 | 0,78 |
– при сжигании природного газа
Котел | SO2, т/ч | NOх, т/ч |
ПТВМ-180 | – | 0,11 |
ТГМЕ-464 | – | 0,25 |
ТГМП-344А | – | 0,42 |
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 NOх в дымовых газах широко колеблется от 150 до 2000 мг/м3. При соблюдении всех требований режимного характера концентрация NOх для газа составляет 400-500 мг/м3, для мазута – 520-650 мг/м3.
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.
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 NOх показали, что для топливных NOх (мазут) главным фактором является концентрация окислителя O2 в зоне сгорания, температура же играет второстепенную роль. Для термических NOх, наоборот, температура является основным показателем их образования.
Снижение концентрации оксидов азота на Харьковской ТЭЦ-5 осуществляется соответствующей организацией топочного процесса путем:
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.
С учетом всех перечисленных выше мероприятий приземные концентрации вредных веществ вокруг Харьковской ТЭЦ-5 не превышают ПДК.
Название вещества | Максимальная концентрация, мг/м3 | |
в жилой зоне | в санитарно-защитной зоне* | |
Окислы азота | 0,02 | 0,02 |
Сернистый ангидрид | 0,05 | 0,025 |
* - Для Харьковской ТЭЦ-5 Харьковской облсанинспекцией установлена санитарно-защитная зона шириной 300 м..