Якісна оцінка стану атмосферного повітря визначається гранично допустимими концентраціями різних шкідливих речовин у приземному шарі на рівні дихання людини (1,5 м). Існують два значення ГДК: максимальна разова (допустима протягом 20 хв.) та середньодобова (допустима протягом 24 год.). Середньодобові ГДК є головними, їх призначення – не допустити несприятливого впливу на людину тривалої дії шкідливих речовин.

Ступінь небезпеки впливу тієї чи іншої речовини на живі організми обумовлюється відношенням дійсної концентрації речовини (мг/м³) до ГДК у повітрі на рівні дихання людини. Це відношення називається токсичною кратністю речовини і має бути менше одиниці. При одночасному вмісті в повітрі декількох шкідливих речовин сума їх токсичних кратностей повинна бути також менше одиниці. У таблиці наведені значення ГДК деяких забруднюючих речовин в атмосфері.

На Харківські ТЕЦ-5 встановлено 2 котла ТГМЕ-464 продуктивністю по 500 т/год, один енергетичний котел ТГМП-344А продуктивністю 1000 т/год, 4 водогрійних котли типу ПТВМ-180 загальною тепловою потужністю 3016 ГДж/год. Паливом є природний газ з питомою теплотою згоряння 34157 кДж/м³ і мазут з теплотою згоряння 39692 кДж/т із вмістом сірки 1,8 %. В оптимальному топковому режимі та номінальному навантаженні (з розрахунку погодинних витрат палива) теоретично викиди шкідливих речовин для цих котлів становлять:

– при спалюванні мазуту

– при спалюванні природного газу

Фактичні викиди шкідливих речовин в атмосферу відрізняються від теоретичних, бо залежать від якості палива, навантаження та концентрації окислів азоту в димових газах, що залежить від типу котла, топки, конструкції та розташування пальників, рівня експлуатації та ін. Концентрація NO_х у димових газах широко коливається від 150 до 2000 мг/м³. При додержанні всіх вимог режимного характеру концентрація NO_х для газу складає 400-500 мг/м³, для мазуту – 520-650 мг/м³.

SO_х

Попереднє очищення палива від шкідливих домішок, тобто облагороджування палива, здійснюється на нафтопереробних заводах, де за діючими нормами сірчистість мазуту знижують з 2,5 до 0,5 %. На станцію мазут надходить з вмістом сірки 1,8 % і вище.

При спалюванні мазуту близько 99 % сірки в ньому переходить у димові гази у формі SO₂ і менше 1 % у формі SO₃. Залежно від вмісту сірки в паливі та теплоти його згоряння концентрація оксидів сірки в 1 м³ димових газів, приведеного до нормальних умов (тиск 760 мм рт.ст. і t=0°С), становить 1-5 г/м³.

Максимальна разова гранично допустима концентрація SO₂ у повітрі на рівні дихання людини, встановлена Міністерством охорони здоров'я, дорівнює 0,5 мг/м³. Клас небезпеки («Санітарні норми проектування...» СН245-71) становить 3 для речовин у повітрі робочого середовища. Отже, коли не застосовувати спеціальних методів очищення димових газів від оксидів сірки, то їх треба через високу трубу розводити повітрям у 2000-10000 разів, щоб досягти рівня життєдіяльності людини. Якщо навіть ступінь очищення газів від сірки становитиме 90 %, все одно їх треба розводити повітрям хоча б у 200-1000 разів. Для розсіювання димових газів на Харківській ТЕЦ-5 встановлена димова труба заввишки 330 м. Сума токсичних кратностей шкідливих речовин зменшується також зосередженням викидів від усіх котлів в одній точці.

NO_х

Окрім оксидів сірки, шкідливою газоподібною домішкою, що викидається з димовими газами, є оксиди азоту, для яких встановлена максимально-разова ГДК в 0,085 мг/м³, тобто майже в 6 разів менше, ніж для сірчистого ангідриду. Оксиди азоту утворюються при окисленні азоту з палива та азоту з повітря в зоні високих температур, на що впливають такі фактори, як тип пальників та топкової камери, теплове напруження топкового об'єму, надлишок повітря у топці та спосіб його подачі, наявність рециркуляції тощо. Концентрація оксидів азоту швидко зростає з підвищенням температури і досягає великих позначок при температурі понад 1750°С. У топковій камері утворюється переважно окис азоту NO, який і викидається з димовими газами в атмосферу, де доокислюється до двоокису азоту NO₂, що являє собою бурий отруйний газ із характерним запахом.

Дослідження механізмів утворення NO_х показали, що для паливних NO_х (мазут) головним фактором є концентрація окислювача O₂ в зоні горіння, температура ж відіграє другорядну роль. Для термічних NO_х (газ), навпаки, температура є основним показником їх утворення.

Зниження концентрації оксидів азоту на Харківській ТЕЦ-5 здійснюється відповідною організацією топкового процесу шляхом:

• зменшення надлишку повітря, що подається до топки;
• зниження температури підігрівання повітря;
• зниження теплового напруження у топковій камері за рахунок збільшення об'єму та застосування двосвітних екранів;
• застосування удосконаленого пальникового обладнання та оптимального його розташування;
• застосування двоступінчастого спалювання, коли до нижніх пальників подається збіднена, а до верхніх - збагачена повітрям паливно-повітряна суміш, що дозволяє знизити температуру в основній (нижній) зоні горіння і допалювати горючі речовини у верхній зоні (викиди зменшуються на 20 %);
• застосування рециркуляції димових газів до топкової камери (повернення в топку частини димових газів, що відбираються після водяного економайзера при температурі 300-400°С), яка зменшує температуру горіння, знижує концентрацію кисню та швидкість горіння (наявність оксидів азоту скорочується на 25-30 %).

Реалізація вказаних вище заходів дозволяє зменшити утворення оксидів азоту на 50-60 %. Залишкова їх концентрація, як і оксидів сірки, розсіюється в атмосфері через димову трубу висотою 330 м.

Стан атмосфери

З урахуванням усіх перелічених вище заходів приземні концентрації шкідливих речовин навколо Харківської ТЕЦ-5 не перевищують ГДК.

* - Для Харківської ТЕЦ-5 Харківською облсанінспекцією встановлено санітарно-захисну зону завдовжки 300 м.