7.4. 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 паливного факторів разом з термодинамічним впливом. Якщо макси­мальний ефект від впливу термодинамічного фактора визначається не більш ніж чотирикратною зміною питомого показника екологічної небез­пеки (див. рис. 7.1), то його спільне застосування з техно-логічними фак­торами змінює цей показник у десятки разів (у більший або менший бік).

Характер спільного впливу термодинамічного і технологічного фак­торів зображено нарис. 7.3.

Крива 1 на рис. 7.3 відображає тенденцію зниження питомого показника твердих викидів Ь_тл на ТЕС за рахунок одночасного підвищення ККД (див. рис. 7.2) і вдосконалення систем очищення димових газів від золи. Як вид­но, до початку 80-х років досягнуто приблизно двадцятикратне зниження показника Ь_тя і в наступні роки за цим показником в енергетично розвине­них країнах установлено мінімальний рівень екологічної небезпеки.

Рис. 7.3. Залежність екологічної безпеки ТЕС від термодинамічного і технологічного факторів: 1 - тверді викиди (зола і вуглець); 2 - SO2; З - початок застосування техно­логій очищення димових газів ТЕС

Крива 2 на рис. 7.3 вказує на існування двох етапів зниження викидів SO₂. Перший етап (до початку 80-х років) характеризується дією на bso₂ тіль­ки термодинамічного фактора (див. рис. 7.2), другий - спільним впливом термодинамічного і технологічного факторів (за рахунок широкого впрова­дження в енергетику сучасних технологій десульфуризації димових газів).

Тенденція зміни параметра b_NOx. аналогічна b_SO2 причому стрибок екологічної безпеки b_NOx зумовлений упровадженням технологій деніт­рифікації димових газів.

Показовим є вплив виду палива, що характеризується істотним ефек­том і неоднозначністю. Особливо це стосується показників емісії парни­кових газів СО₂ і Н₂О (рис. 7.4, а і б).

Рис. 7.4. Вплив термодинамічного і паливного факторів на показники викидів СО₂ (а),Н₂О (б) і NO_x(в) енергетичного об'єкта: 1- мазут; 2 - природний газ; 3- вугілля.

Із стехіометричної реакції окислення вуглеводнів С_nН_m, поданої у ви­гляді

C_nH_m+(n + )O₂=nCO₂+ H₂O, (7.7)

випливає, що кількість утворення СО₂ і Н₂О пропорційна вмісту вуглецю С і Н₂ в паливі. Максимальна емісія СО₂ виникає під час спалювання CO (для чистого водню b_CО2 ⁼ 0) і максимальна емісія хімічної вологи - під час спалювання Н₂ (для CO і вуглецю С показник bн₂о = 0). Можна показати, що

; (7.8)

; (7.9)

Де Рн₂о і Рсо₂ ~ питома маса водяної пари і вуглекислоти відповідно у нормальних умовах, кг/м ; Q_H - теплота згорання газоподібного палива, кДж/м³.

Якщо паливо тверде або рідке, то утворювану кількість вуглекисло­ти у процесі згорання вуглецю С^р та водяної пари у процесі згорання водню Н^р палива треба визначати з елементарних балансних хімічних рівнянь

С + О₂ = СО₂; (7.10)

2Н₂+О₂ = 2Н₂О. (7.11)

Тоді з реакції (7.10) випливає, що під час згорання 1 кг вуглецю буде утворюватися 4 кг вуглекислоти. Це дає очікуваний валовий викид вугле­кислоти

М_СО2=0,04С^рВ.

Тоді питомий викид вуглекислоти (кг/кВттод) буде визначатися зі співвідношення

(7.12)

Відповідно до реакції утворення водяної пари (7.11) випливає, що у процесі згорання 1 кг водню утворюється 9 кг Н₂О. Це дає очікуваний валовий викид водяної пари

М_Н2О = 0,09Н^рВ.

Тоді питомий викид Н₂О (кг/кВтгод) буде дорівнювати

, (7.13)

Істотно змінюються й інші показники екологічної безпеки зі зміною виду палива. Це наочно видно з рис. 7.4, в, де показано вплив термодина­мічного та паливного факторів на емісію оксидів азоту.