Закономірності утворення екологічно шкідливих речовин під час горіння палива
Закономірності утворення екологічно шкідливих речовин під час горіння палива - раздел Образование, Лекція 1 СТРУКТУРА І ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ ЕНЕРГЕТИКИ Склад Продуктів Згорання І Кількісні Співвідношення В Них Окремих Компонентів...
Склад продуктів згорання і кількісні співвідношення в них окремих компонентів залежать від властивостей і складу палива, а також від ступеня 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 Н2О 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:
,
де - коефіцієнт надлишку повітря; п, т - кількість атомів у молекулі певного вуглеводню; o2 - об'ємна частка кисню в окиснювачі, %.
У результаті згорання вуглеводнів CnHm на одну молекулу паливної компоненти утворюється п молекул вуглекислоти СО2 і т/2 молекул водяної пари Н2О. 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 зміною мікроклімату.
Крім продуктів повного згорання СО2 і Н2О, азоту N2 і надлишкової кількості кисню О2 у димових газах можуть міститися продукти неповного згорання у вигляді оксиду вуглецю CO, що в побуті називають чадним газом, водню Н2 і незгорілих вуглеводнів СxHyОz. Одним із токсичних продуктів неповного згорання є формальдегід СНОН. Останній характеризується токсичністю, що у сотні разів більша за токсичність CO.
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
О22O, (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 NO
N2 + О NO + 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 NO + О. (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 їх утворення вперше розробив Я. Б. Зельдович.
У процесі спалювання рідкого і твердого палива, як і з природного газу, утворюються компоненти продуктів повного згорання СО2 і Н2О, що є парниковими газами, а також оксиди сірки SO2 і частково SO3. Оксиди 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 твердого палива різна.
Під час спалювання рідкого палива одним із джерел утворення SO2 є сполуки, що містять органічну сірку, наприклад метилмеркаптан - CH3S. Крім того, до складу макромолекули рідкого і твердого палива входить тіофен C4H4S, що також є джерелом утворення SO2.
Якщо відомо елементарний склад палива, то з хімічного рівняння
S + О2 = SO2 (3.5)
видно, що у процесі спалювання 1 кг палива утвориться 2Spнa 100 кг діок-сиду сірки (де Sp- уміст сірки в робочій масі палива, %).
До складу рідкого і твердого палива входять також азот палива Np у вигляді сполук типу піролу C4H5N і піридину C5H5N. Ці сполуки можуть бути додатковим джерелом утворення так званих паливних оксидів азоту NO і NO2.
Під час спалювання рідкого і твердого палива, порівняно з природним газом, додатково утворюються не лише оксиди сірки і паливні оксиди азоту, але й виникає проблема з утворенням золи. Це особливо актуально щодо спалювання високозольного твердого палива, зольність якого Apможе 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- шлакових відвалів 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 q4кількості незгорілого палива подовжує окисні та інші реакції всередині відвального об'єму з утворенням «букета» токсичних газів, що забруднюють атмосферу.
Оксиди азоту NOXі сірчистий ангідрид SO2 - найпоширеніші токсичні сполуки, що викидаються в атмосферу під час спалювання органічного палива в котлах. Рівень викидів NOX і S02 істотно залежить від виду і складу палива. Так, утворення сірчистого ангідриду SO2 в димових газах залежить від сірчистості палива, а його валовий викид визначається співвідношенням
MSО2 = 0,02ВSp(l -)(1 - ), (3.6)
де В - витрата палива, кг/с; Sp- уміст сірки в робочій масі палива, %; -частка оксидів сірки, що зв'язується леткою золою в котлі (змінюється в діапазоні 0,02.. .0,8); - 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
, (3.7)
де - теплота згорання палива, МДж/кг; - питомий викид оксидів азоту NO і NO2 у перерахунку на NO2, г/МДж.
Останній показник змінюється в діапазоні 0,12.. .0,25, г/МДж.
У зв'язку з високою токсичністю NO* в енергетиці різних країн існують обмеження щодо максимальних їх концентрацій у продуктах згорання органічних палив.
Виходячи з рівня питомого викиду /cNo2 можна перейти до визначення концентрації оксидів азоту (г/м3) за допомогою співвідношення
NO2=/, (3-8)
де - 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 NOX 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. 3.3).
Роль енергетики в розвитку цивілізації
Весь тривалий процес освоєння енергії людиною можна умовно розділити на п'ять етапів.
Перший етап - етап мускульної енергії, почався багато тисячоліть тому і тривав до V-VII
Енергетика та енергопостачання: основні поняття і визначення
Політична та економічна незалежність і безпека держави багато в чому визначаються виробництвом енергетичних ресурсів у достатній кількості.
Різноманіття форм існування енергії, властивість
Паливно-енергетичний комплекс
Паливно-енергетичний комплекс - один з найважливіших і чітко організованих комплексів будь-якої національної економіки. Це єдина система енергопостачання країни, яка охоплює суку
Енергогенерувальні потужності
Основні типи електричних станцій.Залежно від виду первинної енергії розрізняють ТЕС, ГЕС, АЕС та ін. До ТЕС належать конденсаційні електростанції (КЕС) і теплофікаційні або теплое
Контрольні питання
1. Етапи освоєння енергії людством.
2. Характеристика основних систем енергетичної галузі для виробництва електроенергії.
3. Основні поняття для енергетики, енергопостачання, пал
Природні ресурси
Природні ресурси - це запаси сировини та енергії, які видобувають з біосфери, наприклад будівельні матеріали, метали, вода, викопне паливо, геотермальна енергія тощо. Природні рес
Викопне органічне паливо
Д. І. Менделєєв визначив паливо як «горючу речовину, яку навмисно спалюють для одержання теплоти». Паливому широкому розумінні називають горючу речовину, яку економічно доцільно с
Склад і характеристики органічного палива
Тверде та рідке паливо, що безпосередньо подають до енерго-технологічних установок для його наступного спалювання, називають робочим. До його складу входять: волога Wр,
Нетрадиційні і відновлювані енергоресурси
Проблему використання нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії (НВДЕ) у різних галузях народного господарства почали розв'язуватися з другої половини XX ст. До цього спонукали
Ефективність використання вторинних енергетичних ресурсів
Паливні ВЕР необхідно використовувати як паливо повністю (100 %). Об'єм використання вторинних енергетичних ресурсів, що утилізуються з перетворенням енергоносія, визначається можливим виробленням
Контрольні питання
1. Загальна характеристика природних ресурсів.
2. Викопне органічне паливо та його види.
3. Характеристика енергоресурсів світу та України.
4. Загальний склад органічного
Особливості використання органічного палива
У всьому світі понад 80 % теплової та електричної енергії одержують, спалюючи викопне органічне паливо і перетворюючи його хімічну енергію на електричну і теплову. Близько 80 % усіх видів з
Контрольні питання
1. Роль органічного палива в розвитку енергетики й енергоспоживання країни.
2. Характеристика повного і неповного згорання палива.
3. Основні стадії спалювання палива і їх характе
Шляхи пошуку екологічно-безпечної електроенергетики.
Одним з перспективних шляхів вирішення проблеми виходу з енергетичної кризи є залучення до паливно-енергетичного балансу України нетрадиційних поновлюваних джерел енергії (енергія с
Вітрові електричні станції
Новітні дослідження направлені переважно на вироблення електричної енергії за рахунок енергії вітру. Споруджуються ВЕС переважно постійного струму. Вітряне колесо приводить у рух динамо-машину — ге
Геотермальна енергія
Геотермальна енергія (природне тепло Землі), акумульована в перших десятьох кілометрах Земної кори, по оцінці МРЕК-XI досягає 137 трлн. т у.п., що в 10 разів перевищує геологічні ре
Відновлювані джерела енергії
На сучасному етапі для України актуальною проблемою є інтеграція її економіки у світову, що має дати певні вигоди від участі в міжнародному поділі праці. Подальше розширення міжнародного економічно
Біоенергетика
Біоенергетика є однією з найперспективніших складових відновлюваної енерге-тики України. Вона заснована на використанні енергії біомаси — вуглецевомістких ор-ганічних речовин рослин
Вітроенергетика
На території України є сприятливі умови для розвитку вітроенергетики. У багатьох регіонах середньорічна швидкість вітру становить 5—5,5 м/с на стандартизованій ви-соті 10 м над пове
Сонячна теплова енергетика
Часто вважають, що сонячну енергію доцільно використовувати переважно для локального забезпечення гарячого водопостачання в літній період, і потенціал вико-ристання сонячної енергії
Фотоенергетика
З технічної точки зору в Україні існують цілком сприятливі умови для викорис-тання фотоенергетики. Основні потужності (близько 80%) колишнього Радянського Союзу з виробництва кремні
Геотермальна енергетика
Україна має значний потенціал геотермальної енергії. Найбільш перспективни-ми районами щодо цього є Закарпаття, Крим, Прикарпаття, Харківська, Полтавська, Донецька, Луганська, Черні
Гідроенергетика
Серед відновлюваних джерел енергії гідроенергетика є добре відомим і техноло-гічно опанованим способом виробництва електроенергії. На р. Дніпро побудовано сім потужних ГЕС та одна Г
Загальні положення
Сукупність установок, які перетворюють хімічну енергію органічного палива на теплову та електричну, мають назву теплова електрична станція. Основне призначення електр
Типові схеми ТЕС
За способом компонування котлів і парових турбін ТЕС бувають з поперечними зв'язками і з блочним компонуванням.
Принципову теплову схему ТЕС з поперечними зв'язками по
Теплофікація і централізоване теплопостачання
Як показано вище, електричну енергію виробляють на теплових електростанціях, де потенційна енергія водяної пари перетворюється на механічну енергію в паровій турбіні, звідки відпрацьовану пару на
Графіки електричних і теплових навантажень
Особливістю роботи електричних станцій є те, що загальна кількість електричної енергії, яку виробляють у кожний момент часу, майже цілком відповідає кількості споживаної.
Електричні станц
Контрольні питання
1. Призначення й основні типи ТЕС.
2. Типові схеми ТЕС.
3. Особливості технологічної схеми ТЕС, що працює на твердому паливі.
4. Особливості реалізації циклу Ренкіна.
НА НАВКОЛИШНЄ ПРИРОДНЕ
_ СЕРЕДОВИЩЕ_______________
Через негативний вплив енерговиробництва, яке постійно зростає, у багатьох регіонах уже сьогодні створилася небезпечна
НА НАВКОЛИШНЄ ПРИРОДНЕ
_ СЕРЕДОВИЩЕ_______________
Через негативний вплив енерговиробництва, яке постійно зростає, у багатьох регіонах уже сьогодні створилася небезпечна
НА НАВКОЛИШНЄ ПРИРОДНЕ
_ СЕРЕДОВИЩЕ_______________
Через негативний вплив енерговиробництва, яке постійно зростає, у багатьох регіонах уже сьогодні створилася небезпечна
Контрольні питання
1. Загальна характеристика впливу теплової енергетики на навколишнє середовище.
2. Характеристика газових і аерозольних викидів ТЕС.
3. Ступінь ризику і дія токсичних газових вики
Контрольні питання
1. Загальна характеристика впливу теплової енергетики на навколишнє середовище.
2. Характеристика газових і аерозольних викидів ТЕС.
3. Ступінь ризику і дія токсичних газових вики
Технологічні і паливні фактори впливу на екологічну безпеку
Крім термодинамічного фактора істотно впливають на поліпшення екологічної безпеки технологічні та паливні фактори.
Особливо чутливим є ефект від комплексної реалізації технологічного і па
Технологічні і паливні фактори впливу на екологічну безпеку
Крім термодинамічного фактора істотно впливають на поліпшення екологічної безпеки технологічні та паливні фактори.
Особливо чутливим є ефект від комплексної реалізації технологічного і па
Контрольні питання
1. Характеристика універсального показника екобезпеки енерго об'єкта.
2. Перелік основних факторів впливу на екобезпеку енергооб'єкта.
3. Характеристики впливу термодинамічно
Лекція 8
ПЕРСПЕКТИВНІ НАПРЯМИ ПІДВИЩЕННЯ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ОБ'ЄКТІВ,ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬ ОРГАНІЧНЕ ПАЛИВО
Парогазова установка з внутрішньоцикловою газифікацією вугілля
Технології внутрішньоциклової газифікації вугілля для ПГУ - один з найперспективніших напрямів розвитку енергетики. На їх основі вирішують проблеми, пов'язані з підвищенням ККД існуючих ТЕС і потр
Газопарові установки
Термодинамічний аналіз традиційних циклів ГТУ і ПТУ показує, що у процесі їх реалізації мають місце великі втрати работоздатності (ексергії). У ПТУ основні втрати виникають у процесі підведення те
Теплові електричні станції на базі паливних елементів
У зв'язку з уповільненням темпу збільшення економічності ТЕС за рахунок модернізації традиційних технологій перетворення хімічної енергії палива на електричну в останні роки все більший інтерес ви
Підвищення параметрів циклів ПТУ
Існуючі у світовій енергетиці тенденції підвищення ефективності ТЕС на основі нетрадиційних енерготехнологій не виключають пошук шляхів підвищення економічності традиційних ПТУ і ГТУ на основі під
Використання каталітичних камер згорання у складі ГТУ
Дослідження застосування каталітичного горіння в камерах згорання ГТУ з метою створення екологічно чистих установок проводять фірми й організації General Electric Corporation, U. S. Department o
Контрольні питання
1. Загальна характеристика перспективних напрямів підвищення еко логічної безпеки об'єктів теплоенергетики.
2. Конверсія органічного палива як метод підвищення екологічної без пе
Консалтингові схеми в енергетиці
Паливно-енергетичні кризи, яких зазнали країни Західної Європи на початку 70-х років XX ст., змусили переглянути ставлення суспільства до взаємодії процесів виробництва та використання енергії і
Енергетичний аудит
Кінцева мета підвищення енергетичної ефективності будь-якого виробництва (підприємства) - знизити рівень споживання енергії за умови зберігання обсягів виробництва з одночасним скороченням негатив
Енергетичний менеджмент
Енергетичний менеджмент (ЕМ) дозволяє одержати докладну картину споживання енергії на підприємстві і порівняти ефективність існуючого споживання зі споживанням енергії на інших підприємствах (виро
Енергозбереження
Розглянуті вище заходи - енергетичний аудит і менеджмент, спрямовані на підвищення ефективності виробництва і споживання енергії, тісно пов'язані із загальними організаційними заходами щодо енерго
Контрольні питання
1. Основи управління підвищенням ефективності виробництва і споживання енергії.
2. Консалтингові схеми в енергетиці як державний механізм раціонального використання енергії.
3.
,
- коефіцієнт надлишку повітря; п, т - кількість атомів у молекулі певного вуглеводню; 
o2 - об'ємна частка кисню в окиснювачі, %.
2O, (3.2)
)(1 - 
), (3.6)
, (3.7)
- теплота згорання палива, МДж/кг; 
- питомий викид оксидів азоту NO і NO2 у перерахунку на NO2, г/МДж.
, (3-8)
Новости и инфо для студентов