Характер действия вредных веществ на человека

Характер действия газов и его длительность	Содержание газов в воздухе, % об.
	СО	SO2	NO2
Без заметного действия в течение нескольких часов	0,01	0,0025	0,0008
Признаки легкого отравления или раздражения слизистых оболочек через 23 ч	0,010,05	0,005	0,001
Возможно серьезное отравление через 30 мин	0,20,3	0,0080,015	0,005
Опасно для жизни при кратковременном действии	0,50,8	0,06	0,015

Снижение содержания СО и других вредных веществ органического происхождения (углеводороды, бензопирен и др.) в уходящих дымовых газах тепловых установок может быть сведено к минимуму рациональной организацией процесса горения: хорошим смешением топлива и окислителя, сжиганием топлива с оптимальным коэффициентом избытка воздуха, устойчивой стабилизацией факела. Однако эти мероприятия создают благоприятные условия для образования других вредных веществ  оксидов азота. На образование последних положительно влияют оптимальный режим горения и отсутствие недожога топлива.

С увеличением температуры горения концентрация NO в продуктах горения непрерывно возрастает : при 300 К  0,00127, при 800 К  2,54; при 1800 К  4700 мг/м³.

При горении топлива различают образование так называемых термических, быстрых и топливных NO.

Образование термических NO происходит по цепной схеме окисления, в которой активную роль играют свободные атомы азота и кислорода:

 494 кДж/моль; (4.60)

 314 кДж/моль; (4.61)

+ 134 кДж/моль; (4.62)

+ 494 кДж/моль, (4.63)

где М  любая молекула.

Во фронте пламени углеводородов и углесодержащих топлив происходит образование быстрых оксидов азота по схеме

, (4.64)

. (4.65)

HCN и CN затем ведут к образованию оксидов азота. Задача снижения образования быстрых оксидов азота пока не решена.

Азотосодержащие соединения, входящие в состав топлив, являются источником образования топливных оксидов.

Механизм образования топливных оксидов азота связывается с наличием радикалов CN, NH, NH₂ и ОН в зоне азотосодержащих веществ.

Образование топливных оксидов азота происходит на начальном участке факела, в области образования быстрых NO и до образования термических NO. Выход топливных оксидов слабо зависит от температуры процесса и нарастает с увеличением коэффициента избытка воздуха.

Образование NO₂ происходит в результате окисления NO атомарным кислородом и пероксидным радикалом НО₂:

. (4.66)

Процесс окисления лимитируется только количеством НО₂, т.к. концентрация NO в продуктах горения значительно выше, чем радикалов НО₂.

Радикалы НО₂ образуются при 500600С в результате протекания следующих реакций:

; (4.67)

. (4.68)

Отношение NO₂ к общему содержанию NO_х в продуктах горения зависит от условий сжигания, мощности тепловой установки и может колебаться в пределах 145.

Снижение количества образующихся оксидов азота может быть достигнуто прежде всего уменьшением или ликвидацией термических NO_х, а также сокращением топливных NO_х.

Уменьшение термических оксидов азота достигается путем воздействия, главным образом, на максимальную температуру горения. Разработанные в настоящее время методы предусматривают применение новых и измененных методов сжигания топлива (ступенчатое сжигание, сжигание с рециркуляцией части продуктов горения, сжигание с добавками пара или воды), а также специальных горелочных устройств.

Все они предусматривают снижение температуры и содержания кислорода в зоне максимальных температур. Организация двухстадийного горения топлива снижает выход топливных оксидов азота.

Применяемые в настоящее время горелки должны подвергаться испытаниям по санитарно-гигиеническим показателям работы, учитывающих воздействие работающих горелок на окружающую среду и человека. При их работе концентрация СО в уходящих газах не должна превышать 0,05%, оксидов азота  не более 260 мг/м³.

Однако методы подавления образования оксидов азота, связанные со снижением температуры горения, применяемые в теплоэнергетике, не подходят для теплотехнологий силикатных материалов, т.к. будет нарушаться технологический процесс формирования состава и структуры подвергаемых тепловой обработке материалов. В этих условиях требуется применение методов очистки отходящих газов от NO_х. Однако все известные методы очистки (сорбционные, восстановительные) не дают положительных результатов и трудно осуществимы на многотоннажных производствах. Поэтому единственным направлением снижения NO_х в настоящее время является дальнейшее совершенствование процессов сжигания топлива.

Снижение содержания SO₂ в дымовых газах достигается прежде всего применением не содержащего серу топлива, в частности природного газа, или малосернистых марок мазута. В иных случаях уходящие дымовые газы требуют очистки, которые весьма сложны, трудно осуществимы для многотоннажного производства и не стабильны в поддержании режима.

К числу новейших способов очистки отходящих газов одновременно от оксидов серы и азота относится радиационно-химический, основанный на облучении молекул дымовых газов электронами с образованием ионов, свободных атомов, вторичных электронов. Оксиды серы и азота доокисляются и с водяными парами образуют пары серной и азотной кислоты, которые конденсируются в аэрозоли и улавливаются в электрофильтрах. При добавлении аммиака в облучаемый газ эффективность очистки газов от оксидов азота и SO₂ повышается. Степень улавливания NO ожидается на уровне 8090%, а SO₂  90%.

Для снижения удельных выбросов тяжелых металлов в окружающую среду необходимо повышать степень очистки газопылевых выбросов.

Для поддержания предельно допустимых концентраций вредных веществ (ПДК) в атмосфере населенных мест (табл. 4.8.) осуществляют после очистки, проведенной до возможных пределов, рассеивание остаточных загрязняющих веществ через дымовые трубы.

Таблица 4.5

ПДК вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест

Загрязняющее вещество	ПДК, мг/м3
	максимально разовая	среднесуточная
Пыль нетоксичная	0,5	0,15
SO2	0,5	0,05
СО2	3,0	1,0
CO	0,085	0,04
NOх	0,6	0,06
Сажа (копоть)	0,15	0,05
H2S	0,008	0,008
Бензапирен		0,000001
Фтористые соединения (по фтору)	0,035	0,020
Мышьяк		0,003
V2O5		0,002

Выбросы, поступающие в воздушный бассейн, распределяются в соответствии с законами атмосферной диффузии. Рассеиваясь в окружающей среде, они разбавляются воздухом и создают так называемый токсичный фон, под которым подразумевается концентрация вредных веществ в зоне обитания (анализы на содержание вредных веществ берут на высоте 1,5 м от земли).

Минимально допустимая высота трубы (Н), при которой обеспечивается необходимое рассеивание вредных веществ для получения регламентированных ПДК при нескольких трубах одинаковой высоты и наличии фоновой загазованности (С_ф) от других источников такой же вредности, рассчитывается по формуле

, м, (4.69)

где А  коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы, который принимается равным 160; М  суммарный расход вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу, г/с, определяемый по формуле

, (4.70)

5,88  коэффициент, полученный из соотношения ; F  безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газообразных примесей F = 1, для пыли при степени улавливания более 90% F = 2, менее 90% F = 2,5); m и n  безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья выброса; коэффициент m определяется в зависимости от параметра

(4.71)

по формуле

, (4.72)

коэффициент n для дымовых труб принимается равным 1; N  число дымовых труб одинаковой высоты; D₀  диаметр устья дымовой трубы, м; t  разность между температурой выбрасываемых газов t и средней температурой воздуха t_в,С, под которой понимается средняя температура самого жаркого месяца в 14 ч по летнему времени; V  объем удаляемых дымовых газов суммарно из всех труб, м³/с;   безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (в случае равнинной или слабопересеченной местности с перепадом высот, не превышающим 50 м на 1 км,  = 1).

Норма общего предельно допустимого выброса вредных веществ определяется по формуле

, (4.73)