И.А. Курбатов, Е.В. Шаповалова

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия «СибАДИ», г.Омск

Рассмотрено воздействие котельной на прилегающие территории. Произведены расчеты рассеивания выбросов. Предложено очистное оборудование.

Ключевые слова: котельная, выброс, золы углей, очистное оборудование.

I.A. Kurbatoff, E.V. Shapovalova

Reducing the level of pollution of coal ash surface air layer

from boiler plant № 2 (v.Ust-Tarka)

Influence of boiler plant on surrounding areas is considered. Dispersion of pollutants is calculated. Cleaning equipment is invited.

Keywords: boiler plant, emissions of pollutants, ash coals, cleaning equipment.

Предприятия топливно-энергетического комплекса в настоящее время являются основным источником загрязнения атмосферного воздуха. Наибольшее количество выбросов производят предприятия, работающие на угле и мазуте. Они загрязняют прилегающие территории продуктами неполного сгорания топлива (оксидом углерода, пылью, сажей и др.). При сжигании угля возникает сильный поток горячего воздуха, который разносит золу и летучие соединения на большое расстояние, загрязняя прилегающие территории [1].

Небольшие предприятия, такие как котельные, сильнее загрязняют окружающую среду, так как на малом предприятии труднее внедрить современные установки для улавливания загрязняющих веществ. Котельная установка представляет собой комплекс устройств, размещенных в специальных помещениях и служащих для преобразования химической энергии топлива в тепловую энергию пара или горячей воды. С ростом мощности котельных их роль в загрязнении приземного слоя атмосферы становится все значительнее. Поэтому задача снижения выбросов котельных является актуальной [2].

Современные котельные могут работать на угле, мазуте и газе. При сжигании угля в атмосферу поступают летучая зола с частицами несгоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. При этом образуется значительное количество твердых отходов: зола и шлак. Большую часть золы можно уловить, но не всю. О содержании минеральных примесей в твердом топливе можно судить по его зольности, негорючему остатку, образующихся при окислении горючих компонентов топлива. Зольность варьируется в широких пределах, от 2 … 3 % до 60 …70 %. При сжигании мазута образуются те же загрязняющие вещества, что и при сгорании угля, кроме летучей золы, однако в атмосферу поступает большое количество соединений серы. Использование природного газа способствует повышению КПД энергоустановок, снижению затрат на их обслуживание, резкому улучшению экологической ситуации. При сжигании природного газа единственным существенным загрязнителем атмосферы являются оксиды азота. Таким образом, природный газ является самым экологически чистым видом топлива [3].

Рассмотрим ситуацию, которая сложилась в селе Усть-Тарка Новосибирской области. Теплоснабжение социальных и жилых объектов в зимний период времени, расположенных на территории этого населенного пункта, осуществляется от четырех котельных. Котельные работают на твердом топливе – каменном угле. Котельные используют уголь различных марок: Подмосковный, Печорский, Кузнецкий, Экибастузский, марки Б1 Бабаевского и Тюльганского месторождений. Наибольшую зольность (до 55 %) имеет уголь Экибастузского угольного бассейна. Все котельные находятся в черте населенного пункта, ближе всего к домам расположены котельные № 1 и № 2. Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха производит котельная № 2, так как высота трубы для выброса газообразных продуктов горения у нее всего 22 метра.

Для отопления жилого и производственного фонда в котельной № 2 установлено три рабочих котла типа ФД. Эти котлы устаревшей конструкции имеют топки с неподвижной решеткой и ручным забросом топлива. Котельная работает на угле, расход топлива – 2829 т/год. В атмосферу при работе котельной выбрасываются оксиды азота, сернистый ангидрид, оксид углерода, сажа, бенз(а)пирен, зола углей. Продолжительность выбросов составляет 24 час/сут., 5448 час/год.

Уголь в котельную №2 доставляется с открытой площадки и хранится непосредственно в помещении котельной (закрытые склады угля). В процессе разгрузки угля происходит сдувание частиц угольной пыли, которая также загрязняет приземный слой воздуха.

Шлак, образующийся при сжигании угля, складируется на открытых площадках. В результате в атмосферу попадает тонкодисперсная пыль, содержащая от 20 до 70 % двуокиси кремния.

Для определения уровня загрязнения были произведены расчеты рассеивания выбросов золы углей от котельной № 2 с высотой трубы 22 метра. Для этого был определен объем газо-воздушной смеси по уравнению (1) [4]:

(1)

где D - диаметр устья источника выброса, для данной котельной равен 0,6 м.;

ω₀ – средняя скорость выхода газо-воздушной смеси из устья источника выброса, для данной котельной составляет 4 м/с.

Объем газо-воздушной смеси составил

Параметры выхода газо-воздушной смеси f и V_m определяли по уравнениям (2) и (3):

(2)

(3)

где Н - высота источника выброса над уровнем земли, равна 22 м.;

∆Т - разница между температурой выброса и температурой воздуха, в среднем принимает равной 169 ^о.

;

м/с.

Безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газо-воздушной смеси из источника выброса, вычислили по уравнениям (4) и (5):

; (4)

. (5)

.

Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества, мг/м³ определяли по уравнению (6)

, (6)

где А – климатический коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы, и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе, для территории Сибири равен 200 [2];

М – масса выбрасываемого в единицу времени в атмосферу вещества, для данной котельной реальный выброс загрязняющих веществ составляет 3,96 г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе, при отсутствии очистки выбрасываемых газов принимается равным 3 [2];

η – коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности на рассеивание примесей, для равнинного ландшафта равен 1.

мг/м³.

Расстояние от источника выброса, на котором наблюдается максимальная концентрация загрязняющих веществ, рассчитывали по формуле (7):

, (7)

где d- безразмерный коэффициент, при скорости выхода газо-воздушной смеси V_m от 0,5 до 2,0 м/с определяли по формуле (8):

(8)

;

м.

Предельно допустимый выброс рассчитывали по формуле (9)

; (9)

где С_ф – фоновая концентрация загрязняющего вещества (в данном случае принимаем её равной нулю). ПДК_сс для золы углей ТЭС принят 0,02 мг/м³.

г/с.

Реальный выброс на котельной составляет 3,96 г/с, что превышает ПДВ в 60 раз.

На территории котельной № 2 насчитывается 5 источников выбросов вредных веществ, один из которых – организованный. В выбросах этих источников содержатся 11 загрязняющих веществ: оксид азота (IV), оксид азота (II), углерод (сажа), диоксид серы (ангидрид сернистый), оксид углерода, бенз(а)пирен, бензин (нефтяной, малосернистый), керосин, пыль неорганическая, содержащая 20…70 % диоксид кремния, пыль неорганическая, содержащая менее 20 % двуокиси кремния, зола углей. Суммарный выброс нормируемых веществ составляет 240,43 т/год. По этим показателям котельная относится к предприятиям второй категории опасности.

Минимальное расстояние от промплощадки предприятия до жилых домов составляет 10 м в восточном направлении и около 90 м в направлении господствующих ветров. В соответствии с СанПиН 2.2.1-2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов» радиус санитарно-защитной зоны для котельной № 2 должен составлять 100 м [5].

Максимальное значение приземной концентрации золы углей на расстоянии 82 м составляет 1,22 мг/м³, что в 50 раз превышает ПДК. Так как ряд жилых домов расположен крайне близко к промышленному объекту, необходимо уменьшить концентрацию золы в выбросах котельной. Для этого предлагается установить очистное оборудование.

В качестве очистного оборудования был выбран батарейный циклон и рукавный фильтр. Принцип действия циклона основан на закручивании тангенциальным коробом входящего запыленного потока дымовых газов с последующим изменением направления движения (резким поворотом). За счет центробежных сил более тяжелые частицы золы отжимаются к стенкам циклона и по ним скользят вниз в емкость; очищенные газы по центрально расположенному патрубку выходят в отводящий короб [6].

Батарейным циклоном можно отделить из дымовых газов при слоевом сжигании топлива 85 … 92 % твердых частиц и при камерном - 83 … 90 %. Целесообразность применения батарейных циклонов БЦ объясняется тем, что эффективность циклонных аппаратов малого диаметра выше, чем большого. Кроме того, батарейные циклоны (БЦ) имеют габариты, в частности, по высоте, меньше, чем группы циклонов при той же производительности. Применение батарейного циклона с эффективностью очистки 85% позволит снизить выброс золы углей до 0,59 г/с, что по-прежнему превышает ПДВ.

Для достижения величины выброса на уровне ПДВ необходимо дополнительно использовать рукавный фильтр. Конструкция рукавных фильтров представлена корпусом, в котором размещены тканевые рукава (мешки). Верхние концы мешков оснащены крышками и подвешены к общей раме. Нижние концы мешков открыты и крепятся на патрубках общей трубной решетки. Загрязненный газ проходит сквозь ткань рукавов изнутри наружу. Частицы пыли осаждаются в порах ткани, а чистый газ выводится посредством выхлопной трубы. По мере того, как растет слой пыли, возрастает сопротивление ткани. Для профилактики, рукава систематически встряхивают при помощи специального кулачкового механизма. Степень очистки газа рукавного фильтра составляет 98 % [7]. Доочистка газа с помощью рукавного фильтра позволит снизить выброс золы углей до 0,0118 г/с, что соответствует нормативным требованиям.

Библиографический список

1. Промышленная экология: учебное пособие / под ред. В.В. Денисова. – М.: ИКЦ «МарТ»; Ростов н/Д: Издательский центр «МарТ», 2007. – 720 с.

2. Сборник методик по расчету выбросов загрязняющих веществ различными производствами. – Л.: Гидрометеоиздат,1986. – 142 с.

3. Режим доступа: http://studbooks.net/51718/ekologiya/energetika_vliyanie_okruzhayuschey_sredy

4. Промышленная экология: сборник задач.-Ч.1/ сост. О.В.Плешакова. – Омск: СибАДИ, 2012.-64 с.

5. СанПиН 2.2.1-2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. Новая редакция»

6. Основные процессы и аппараты химической технологии: пособие по проектированию/ Г. С. Борисов, В. П. Брыков, Ю. И. Дытнерский и др. Под ред. Ю. И. Дытнерского, 2-е изд., перераб., и дополн. М.: Химия, 1991. – 496 с.

7. Режим доступа: http://www.oil-filters.ru/bag_filters.php

Сведения об авторах

Курбатов Илья Андреевич, студент 4 курса ФГБОУ ВО «СибАДИ», факультета «Автомобильные дороги и мосты», группы ЗОСб-12Д1

Шаповалова Елена Владимировна, канд. техн. наук, доцент кафедры «Инженерная экология и химия» ФГБОУ ВО «СибАДИ»

Kurbatoff I.A., the 4-th year student of Federal State Educational Institution of Higher Education «SibAD», faculty «Automobile Roads and Bridges», group ZOSb-12D1

Shapovalova E.V., Ph.D., associate professor of chair «Engineering ecology and chemistry», Federal State Educational Institution of Higher Education “SibADI”

УДК 631.4:631.5:631.8:633 (571.13)

ВЛИЯНИЕ СИСТЕМ ОСНОВНОЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И СРЕДСТВ ХИМИЗАЦИИ НА ПЛОДОРОДИЕЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ ПОСЛЕ РАПСОВОГО ПРЕДШЕСТВЕННИКА В ЮЖНОЙ ЛЕСОСТЕПИ ОМСКОЙ ОБЛАСТИ

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: