1 Расчет выбросов при сгорании топлива

При сгорании топлива, в котором присутствует остаточная, количество органических и неорганических сульфидов, сера превращается на SО₂ и SО₃, которые попадают в атмосферу. При сжигании уголь образуется около 70 % от общего количества диоксида серы, которая поступает в атмосферу во всем мире. Содержимое серы в угле в зависимости от месторождения изменяется в широких границах. Обычно массовая судьба серы в угле составляет 1,0 – 4,0 % [8].

Соотношение количества органических и неорганических сульфидов в угле изменяется от 4:1 до 1:3 при среднем соотношении 2:1 [9]. Неорганическая сера присутствует в основном в виде дисульфида и сульфатов. После измельчения: уголь часть этих минеральных соединений может быть удалена механическими методами. Органическая сера связана с углеводородной матрицей угля и находится в виде сульфидов и производных тиофена. Органические соединения серы могут быть удалены только газификацией.

При нагревании уголь происходит испарение органических веществ и в меньшей степени неорганических соединений, при этом образуются Н2s, некоторое количество СS₂, СОS, примеси производных тиофена, тиолы и органические сульфиды. Основными стадиями, которые протекают при сгорании сероводороду, являются превращению Н₂S и SO₂ за уравнениями [9]:

Н₂S + О → SО + Н₂,

SO + O₂ → SО₂ + О

После затраты сероводороду концентрация атомов кислорода увеличится и состоится образования гидроксильных радикалов, которые принимают участие в последующем окислении соединений серы:

О + Н₂ → ОН + Н,

SО + ОН → SО₂ + Н

Исследования процесса сжигания СОS показали, что это соединение превращается в СО, SО₂ и СO₂ [10, 11]. Аналогично продуктом сжигания СS₂ является СО, который образуется через промежуточные продукты СОS и СS:

СОS + О → СО₂ + S,

S + О₂ → SO + О,

SО + О → SО₂ + О,

СS₂ + О → COS + S,

СS + О → СО + S,

O₂ + SO → SO₂ + O,

О₂ + S → SO + O,

O₂ + СS → СО + SО

Триоксид серы представляет собой важный промежуточный продукт звенового окисления серы, который приводит к образованию серной кислоты и сульфатов. Триоксид серы при сжигании угля образуется по реакции:

SО₂ + О → SО₃

При высоких температурах триоксид серы может вступить в реакции:

SО₃ + О → SО₂ + O₂,

SO₂ + Н → SО₂ + ОН.

Низкое содержимое триоксида серы в газах, которые образуются при сгорании, связанный с соотношением скоростей образования и затраты его за реакциями, которые приведены выше.

Рассмотрим пример расчета выбросов при сгорании топлива при энергетическом блоке 200 МВт, удельной затрате топлива (антрацит) - 320 г/кВт*ч, калорийности топлива - 4200 ккал/кг, зольности топлива – 25%, содержимое серы в топливе – 3,5%.

Как уже упоминалось, сера, которая присутствует в топливе, может быть в трех модификациях, — сера пиритная, сера органическая и сера сульфатная. Все эти соединения серы неодинаково принимают участие в процессе загрязнения окружающей среды. Сера сульфатная, то есть сера, связанная в виде SО₄² с неорганическими элементами (магнием, железом, кальцием) при сгорании топлива переходит в шлак, шлам и пепел. Она практически не берет участия в потенциально кислых соединениях серы. Потенциально кислые соединения серы - это соединения пиритной и органической серы, затрату которых при сгорании топлива можно определить по формуле:

, (1.1)

где G_РТ - расход реального топлива;

а - коэффициент, который учитывает влажность топлива; а = 1, если топливо сухо;

S_ОРГ и S_ПИР - содержание в топливе соответственно органической и пиритной серы.

Расход реального топлива можно определить по формуле:

, (1.2)

где - калорийность условного топлива = 7000 ккал/кг;

- калорийность реального топлива;

G_УТ - расход условного топлива.

Потребление условного топлива определяется по формуле:

G_УТ = τ * В * N * 10^-6, (1.3)

где τ - время работы энергетического оборудования, часы;

В - удельный расход топлива, г/кВт*ч;

N - электрическая нагрузка теплоэлектростанции.

G_УТ = 720 * 320 * 10³ * 200 * 10^-6 = 46080 т/мес = 64 т/год;

т/мес = 106,67 т/год

т/мес = 6,72 т/год.

Для оценки количества золы, которое будет выбрасываться при сгорании топлива, нужно знать зольность топлива. Большая часть золы, которая получается после выработки электроэнергии, имеет вид летучей золы (95 %), а 5 % попадает в шлак. Летучая зола представляет собой высокодисперсное соединение окисла кремния с окислами железа, кальция и магния. Количество золы можно определить по формуле:

, (1.4)

где G_т - количество топлива, которое сгорает;

А - зольность топлива, А = 25 %;

β - доля летучей золы, β = 0,95.

т/мес = 25,3 т/год

Объем дымовых газов, которые образуются при сгорании заданного количества топлива, определяется по формуле:

, (1.5)

где V - полный объем дымовых газов на 1 кг топлива, которое сгорает, V = 7,54 м³/кг.

V_г = 7,54 * 106,67*10³ = 804292 м³/год = 8,04*10⁵ м³/год.