Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Склад продуктів згорання і кількісні співвідношення в них окремих компонентів залежать від властивостей і складу палива, а також від сту — пеня завершеності реакції горіння. У цьому можна переконатися на при­кладі спалювання природного газу, що, як відомо, переважно складається із суми вуглеводнів CnHm. Крім вуглеводнів CnHm, у природному газі, що надходить зі скважини, міститься деяка кількість вологи Н20 і сірковод­ню H2S. Природний газ перед подачею споживачеві очищують, видаляю­чи з нього вологу і сірководень.

Узагальнене рівняння згорання вуглеводню з утворенням теоретично­го складу продуктів згорання має вигляд:

m m 100

CH + a(n +—)O2 + a(n +—)(————— N2) =

n m K 4 2 v 4Л ^

m m m 100

= nCO2 + y^O + (a-1)(n + -)O2 +a(n + -)(——————— 1№,

O2

де a — коефіцієнт надлишку повітря; n, m — кількість атомів у молекулі певного вуглеводню; уо2 — об’ємна частка кисню в окиснювачі, %.

У результаті згорання вуглеводнів CnHm на одну молекулу паливної компоненти утворюється n молекул вуглекислоти С02 і m/2 молекул во­дяної пари H20. Названі компоненти належать до так званих парникових газів, збільшення концентрації яких визначає зміну умови теплової рівно­ваги на поверхні Землі. Крім того, у місцях великої концентрації валових викидів водяної пари можуть бути негативні наслідки, пов’язані з локаль­ною з міно ю мікр оклімату.

Крім продуктів повного згорання СО2 і Н20, азоту N2 і надлишкової кіль­кості кисню 02 у димових газах можуть міститися продукти неповного згорання у вигляді оксиду вуглецю СО, що в побуті називають чадним га­зом, водню Н2 і незгорілих вуглеводнів СHyOz. Одним із токсичних проду — ктів неповного згорання є формальдегід СНОН. Останній характеризуєть­ся токсичністю, що у сотні разів більша за токсичність С0.

Серед безлічі реакцій, що відбуваються в зоні горіння, є так звані проміжні реакції, у результаті яких можуть утворюватися сажа С і арома­тичні дуже токсичні вуглеводні, основним представником яких є бенз(а)пірен С20Н12.

Сажисті частинки потрапляють у простір у вигляді аерозолів і зі збіль­шенням їх концентрації негативно діють на дихальні органи людини.

Ще більшою екологічною небезпекою для навколишнього середови­ща є одночасний викид сажі та бенз(а)пірену. Це зумовлено тим, що, ма­ючи високі адсорбційні властивості, частинки сажі концентрують на сво­їй поверхні бенз(а)пірен, сильнодіючий канцерогенний ефект якого спри­чиняє ракові захворювання в населення.

Серед проміжних реакцій у зоні горіння відбуваються також реакції дисоціації. Наприклад, реакція дисоціації кисню

О2 ^ 2О, (3.2)

у результаті якої з однієї молекули утвориться два атоми кисню.

Атоми кисню О характеризуються підвищеною хімічною активністю і, зіткнувшись зі зазвичай нейтральною молекулою азоту N2 при високих
температурах, сприяють реакції утворення так званого термічного оксиду азоту N0

N2 + 0^ N0 + N. (3.3 )

У результаті реакції (3.3) утвориться активний атом азоту N, що реа­гує з киснем з утворенням додаткового оксиду азоту і хімічно активного атомарного кисню:

О2 + N ^ N0 + 0. (3.4)

У продуктах згорання утвориться відповідна кількість оксидів азоту, концентрація яких залежить від багатьох чинників і насамперед від рівня температур у зоні горіння. Тому такі оксиди азоту називають термічні. Теорію їхутворення вперше розробив Я. Б. Зельдович.

У процесі спалювання рідкого і твердого палива, як і з природного газу, утворюються компоненти продуктів повного згорання С02 і Н20, що є пар­никовими газами, а також оксиди сірки S02 і частково S03. 0ксиди сірки також належать до парникових газів, але найбільша їх екологічна небезпека полягає у високій токсичності і здатності утворювати кислотні дощі.

Природа утворення оксидів сірки під час спалювання рідкого і твер — дого палива різна.

Під час спалювання рідкого палива одним із джерел утворення S02 є сполуки, що містять органічну сірку, наприклад метил меркаптан — CH3S.

Крім того, до складу макромолекули рідкого і твердого палива вхо­дить тіофен C4H4S, що також є джерелом утворення S02.

Якщо відомо елементарний склад палива, то з хімічного рівняння

S + 02 = S02 (3.5)

видно, що у процесі спалювання 1 кг палива утвориться 2SF на 100 кг діок — сиду сірки (де SF — уміст сірки в робочій масі палива, %).

До складу рідкого і твердого палива входять також азот палива N у вигляді сполук типу піролу C4H5N і піридину С5H5N. Ці сполуки мо­жуть бути додатковим джерелом утворення так званих паливних оксидів азоту N0 і N02.

Під час спалювання рідкого і твердого палива, порівняно з природним га­зом, додатково утворюються не лише оксиди сірки і паливні оксиди азоту, але й виникає проблемаз утвореннямзоли. Це особливо актуально щодо спалювання високозольного твердого палива, зольність якого 6р може перевищувати 30 %. Спалювання твердого палива спричиняє дві екологічні проблеми:

— викиди частинок золи у вигляді аерозолю в атмосферу;

— нагромадження великої кількості твердих відходів у вигляді золо — шлаковихвідвалів поблизу джерела спалювання твердого палива.

Наявність золошлакових відвалів призводить до теплового забруд­нення літосфери й атмосфери, до спотворення ландшафту і забруднення ґрунтових вод. Потрапляння відповідної до рівня q4 кількості незгорілого палива подовжує окисні та інші реакції всередині відвального об’єму з утворенням «букета» токсичних газів, що забруднюють атмосферу.

Оксиди азоту N0* і сірчистий ангідрид S02 — найпоширеніші токсичні сполуки, що викидаються в атмосферу під час спалювання органічного палива в котлах. Рівень викидів N0* і S02 істотно залежить від виду і складу палива. Так, утворення сірчистого ангідриду S02 в димових газах залежить від сірчистості палива, а його валовий викид визначається спів­відношенням

MS02 = 0,0248р(1 — n:02 )(1 — nS02), (3.6)

де В — витрата палива, кг/с; S9 — уміст сірки в робочій масі палива, %; n’S02 — частка оксидів сірки, що зв’язується леткою золою в котлі (зміню­ється в діапазоні 0,02…0,8); n"S(02 — частка оксидів сірки, що вловлюється у вологому золовловлювачі разом з твердими частинками (залежить від лужності сірки в робочій масі палива і може змінюватися в діапазоні 0.0,8, досягаючи найвищого рівня в умовах великої лужності води та малої сірчистості палива).

Валовий викид оксидів азоту визначається співвідношенням

Mnox = BQJ kNox, (3.7)

де QH — теплота згорання палива, МДж/кг; kNOx — питомий викид оксидів азоту NO і NO2 у перерахунку на NO2, г/МДж.

0станній показник змінюється в діапазоні 0,12.0,25, г/МДж.

У зв’язку з високою токсичністю N0x в енергетиці різних країн існу — ють обмеження щодо максимальних їх концентрацій у продуктах згоран­ня органічних палив (табл. 3.3).

Таблиця 3.3. Норми граничнодопустимих концентрацій оксидів азоту в димових газах для котлів на природному газі Граничнодопустимі викиди Країна Джерело викидів Рівень Умови визначення ГДК NOx, якщо NOx O2, % об. а O2 = 3 % (а = 1,17) Г олландія Котли ТЕС 200 3 1,17 200 Німеччина Котельні установки 500 3 1,17 500 Японія Т е саме 120-200 5 1,31 130-200 США СНД Котли ТЕС (До > 420 т/год): 210 6 1,4 250 1-ї категорії 390 — — 470 вищої категорії Котли ТЕС До < 420 т/год): 350 420 1-ї категорії 320 6 1,4 380 вищої категорії 300 6 1,4 360

Виходячи з рівня питомого викиду kNO2 можна перейти до визначення концентрації оксидів азоту (г/м3) за допомогою співвідношення

NO2 = £no2 QP/Vг, (3.8)

де V г — об’єм димових газів для коефіцієнта надлишку повітря а, м3/кг.

Високий ступінь екологічного ризику під час спалювання органічного палива зумовлює потребу реалізувати заходи щодо охорони навколиш­нього середовища від шкідливих викидів. Ці заходи мають різноплановий характер і різний ступінь ефективності.

Знизити NO* можна:

— зменшенням коефіцієнта надлишку повітря в топці котла;

— збільшенням рециркуляції димових газів;

— зменшенням одиничної потужності пальників;

— застосування стадійного (або ступеневого) горіння факела в топці котла;

— подача води або водяної пари в зону горіння.

За наявності відповідних можливостей ефективним засобом є викорис­тання екологічно чистого палива (наприклад, краще природний газ, ніж мазут і тверде паливо). Такий метод належить до групи активних методів охорони навколишнього середовища.

До пасивних методів можна віднести встановлення обмежень на гра­ничнодопустимі концентрації, визначення мінімальнодопустимої висоти димової труби, що забезпечує дотримання норм приземних граничнодо­пустимих концентрацій відповідних викидів у населеній місцевості (табл. 3.4).

Таблиця 3.4. Граничнодопустимі концентрації і показники відносної небезпечності речовин Речовина Максимальна разова концентра — ція, мг/м Середньодобова концентрація, мг/м3 Відносна небезпечність Оксид вуглецю 5 3 1 Вуглеводні (неканцерогенні) 5 1,5 2 Нетоксичний пил 0,5 0,15 20 Оксид азоту 0,4 0,06 50 Діоксид сірки 0,5 0,05 60 Сажа (кіпоть) 0,15 0,05 60 Діоксид азоту 0,085 0,04 75 Формальдегід 0,035 0,003 1000 Свинець — 0,0003 10000 Бенз(а )пірен — 0,000001 3000000

Ступінь екологічної небезпеки тієї чи тієї токсичної речовини для людини визначається відношенням дійсної концентрації цієї речовини до [ГДК] і у повітрі на рівні дихання людини. Це відношення к, = СЦГДКф називають токсичною кратністю цієї і-ї речовини. Воно має бути менше одиниці. За наявності у повітрі одночасно декількох токсичних речовин у концентраціях, близьких до біологічного впливу на живий організм, отруйний вплив посилюється, тому наявність таких речовин навіть у кон­центраціях, близьких до [ГДК]і, недопустима. У зв’язку з цим треба під­сумовувати токсичні кратності таких речовин. Умову екологічної безпеки повітряного середовища визначають зі співвідношення

де n — кількість токсичних інгредієнтів.

Ефект сумації (спільної посилювальної дії) виявляють: сажа і канце­рогенні вуглеводні; оксиди азоту і канцерогенні вуглеводні; діоксид азоту і формальдегід; оксиди азоту і сірки.

Комментарии запрещены.