Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Обеспечение экологической безопасности при эксплуатации котельных городского хозяйства. Монография

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 124 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Группа параметров

свойств ЗВ

Наименование параметра

Ед. изм.

параметра

Значение

параметра 1 2

Диоксид серы SO2

Группа геометриче-

ских параметров

форма молекулы

–

угловая

длина связи S-О

нм

0,1432 нм

угол O-S-O

119

Группа физико-

химических пара-

метров

плотность в газообразном состоянии

г/л

2,92655

плотность в жидком состоянии (-10°С)

г/л

1,4619

Давление паров при температуре –111,6°C

– 77,4°C – 47,9°C

мм.рт.ст.

0,1

100

Группа аэродинами-

ческих параметров

молярная масса

г/моль

80,06

молекулярная масса

а.е.м.

64,06

Известно [2, 25, 57, 63], что параметры свойств ЗВ (аэрозоля) можно разбить на 3 группы (рис. 1.7):

1 группа – параметры I рода – параметры свойств ЗВ ПСА, представляющие собой совокупность параметров свойства дисперсной фазы (д.ф.) ПС

2 группа – параметры II рода – энергетические параметры ЗВ W

и дисперсионной среды (д.с.) ПС

Д.Ф.

этого вещества;

Д.С.

S(A)

которые характеризуют приобретение, распределение и расход энергии аэрозолем и определяются взаимосвязанным комплексом групп параметров свойств аэрозоля ПСА;

3 группа – параметры III рода – устойчивость аэрозоля UА – результирующая характеристика, представляющая собой способность ЗВ сопротивляться внешним воздействиям (его жизнеспособность), определяющая особенности его поведения и являющаяся характеристикой интенсивности изменения ПСА и W

дисперсных систем за определен-

S(A)

ный интервал времени в условиях внешних воздействий.

Для основных ЗВ, образующихся при работе котельных, нами рассмотрены наиболее значимые с точки зрения снижения загрязнения воздушной среды параметры свойств (табл. 1.2).

Таблица 1.2

Параметры свойств основных загрязняющих веществ,

образующихся при работе котельных

Продолжение табл. 1.2

Группа гидродина-

мических параметров

растворимость в воде при температуре: 0°С

20°С 90°С

г/100 мл воды

22,8 11,5

2,1

Группа теплофизиче-

ских параметров

температура плавления

°C

– 75,46

температура кипения

°C

–10,01

стандартная энтальпия образования (298 К)

кДж/моль

296,9

стандартная энергия Гиббса образования (298 К)

кДж/моль

–300,2

стандартная энтропия образования (298 К)

Дж/моль·K

248,1

стандартная мольная теплоемкость (298 К)

Дж/моль·K

39,9

энтальпия плавления

кДж/моль

7,4

энтальпия кипения

кДж/моль

24,9

удельная теплоемкость при постоянном давлении при:

0°C 25°C 100°C 120°C

Дж/г·K

0,607 0,623 0,665 0,672

Группа электромаг-

нитных параметров

диэлектрическая проницаемость (при -21°С)

–

17,7

дипольный момент молекулы (при 20°C)

1,67

Оксид углерода СО

Группа геометриче-

ских параметров

форма молекулы

–

линейная

межъядерное расстояние (dC≡O)

нм

0,1128

Группа физико-

химических пара-

метров

плотность при 0°C

г/см³

0,00125

критическая плотность

г/см³

0,301

Группа аэродинами-

ческих параметров

молярная масса

г/моль

28,0101

молекулярная масса

а.е.м.

28,01

Группа гидродина-

мических параметров

растворимость в воде (при 25°С)

г/100 мл воды

0,0026

Группа теплофизиче-

ских параметров

температура плавления

°C

–205

температура кипения

°C

–191,5

температура разложения

°C

500

стандартная энтальпия образования (298 К)

кДж/моль

–110,52

стандартная энергия Гиббса образования (298 К)

кДж/моль

–137,14

Продолжение табл. 1.2

Группа теплофизических параметров

стандартная энтропия образования (298 К)

Дж/моль·K

197,54

стандартная мольная теплоемкость (298 К)

Дж/моль·K

29,11

энтальпия плавления

кДж/моль

0,838

энтальпия кипения

кДж/моль

6,04

Группа электромаг-

нитных параметров

электрический момент диполя

Кл·м

0,04×10

-29

энергия ионизации

эВ

14,0

силовая константа связи

–

18,6

Группа электромаг-

нитных параметров

диэлектрическая проницаемость (25°C)

–

1,00634

дипольный момент молекулы (20°C)

0,11

Диоксид углерода СО

Группа геометриче-

ских параметров

форма молекулы

–

линейная

длина двойной связи С=О

нм

0,116

Группа физико-

химических пара-

метров

плотность в газообразном состоянии

кг/м

1,9768

плотность в жидком состоянии

кг/м3

925

плотность в твердом состоянии

кг/м3

560

динамическая вязкость (10°C; 5,7 МПа)

Па·с

8,5·10-5

Группа аэродинами-

ческих параметров

молярная масса

г/моль

44,01

Группа гидродина-

мических параметров

растворимость в воде (при 25 °С)

кг/м³ воды

1,45

Группа теплофизиче-

ских параметров

температура сублимации

°C

–78,5

тройная точка (0,52 МПа)

°C

–56,6

критическая точка (7,38 МПа)

°C

31,1

удельная теплоёмкость

Дж/(кг·К)

846

удельная теплота плавления

кДж/моль

25,13

Группа электромаг-

нитных параметров

диэлектрическая постоянная (при 15°С) при давлении:

9,4 атм 10,9 атм 20,0 атм

–

1,009 1,055 1,080

Азота оксид NO

Группа геометриче-

ских параметров

форма молекулы

–

линейная

длина связи

нм

0,115

Продолжение табл. 1.2

Группа физико-

химических пара-

метров

плотность при температуре 25°С

кг/м

0,00134

Группа аэродинами-

ческих параметров

молярная масса

г/моль

30,0061

молекулярная масса

а.е.м.

30,00357

Группа гидродина-

мических параметров

растворимость в воде при температуре: 0°С

100°С

г/100 мл воды

0,00988 0,00348

Группа теплофизиче-

ских параметров

температура кипения

°C

–151,7

температура плавления

°C

–163,6

энтальпия образования

кДж/моль

стандартная мольная теплоемкость (298 К)

Дж/моль·K

29,86

стандартная энтальпия образования (298 К)

кДж/моль

91,26

стандартная энтропия образования S (298 К)

Дж/моль·K

210,64

Группа оптических

параметров

показатель преломления

1,0002697

Диоксид азота NO

Группа геометриче-

ских параметров

форма молекулы

–

угловая

длина связи N–O

нм

0,119

угол O-N-O

134,3

Группа физико-

химических пара-

метров

плотность в газообразном состоянии

г/л

2,0527

плотность в жидком состоянии

г/см

1,491

плотность в твердом состоянии

г/см3

1,536

Группа аэродинами-

ческих параметров

молярная масса

г/моль

44,0055

молекулярная масса

а.е.м.

46,01

Группа гидродина-

мических параметров

растворимость в воде

–

низкая

Группа теплофизиче-

ских параметров

температура плавления

°C

-11,2

температура кипения

°C

21,1

температура разложения

°C

140-600

стандартная мольная теплоемкость (298 К)

Дж/моль·K

37,18

стандартная энтальпия образования (298 К)

кДж/моль

34,2

стандартная энтропия образования (298 К)

Дж/моль·K

240,06

Группа электромаг-

нитных параметров

стандартный электродный потенциал (вода, 20° C)

1,07

Окончание табл. 1.2

Сажа С

Группа геометриче-

ских параметров

средний медианный диаметр частиц

нм

10–50

удельная геометрическая поверхность

м2/г

10–100

удельная адсорбционная поверхность

м2/г

10–1000

структурность (объем пустот)

см3/100г

20–400

Группа физико-

химических

параметров

плотность

г/см

1,76–1,95

масляное число

мл/г

0,25–1,10

Группа аэродинами-

ческих параметров

скорость витания (седиментации) частиц

м/с

0,5–1,8

Группа гидродинами-

ческих параметров

гигроскопичность

0,3–6

рН водной суспензии

4–8,5

Группа электромаг-

нитных параметров

диэлектрическая проницаемость

2,5–15,0

В результате такого рассмотрения параметров, определяющих свойства д.ф. и д.с., совокупность параметров, определяющих свойства аэрозоля (ПС

), в общем виде можно представить как функциональ-

аэр.

ную зависимость между группами параметров фазовых составляющих аэрозоля [25, 119]:

= f1 (f (ГП

где ПС

ПС

, ФХП

д.ф.

f (ГП

– свокупность параметров, определяющих свойства д.ф. аэро-

д.ф.

, ФХП

д.с.

д.ф.

, ОП

= f1(ПС

аэр.

, ОП

д.с.

, АДП

д.ф.

, АДП

д.ф.

, ГДП

д.с.

, ПС

, ГДП

) =

д.с.

, ТФП

д.с.

д.ф.

, ТФП

д.с.

, ЭМП

д.ф.

, ЭМП

д.с.

д.ф.

золя;

ПС

– совокупность параметров, определяющих свойства д.с.

д.с.

аэрозоля.

Такое обобщение параметров позволяет в процессе развития теоретических основ дополнять каждую группу параметров д.ф. и д.с. новыми характеристиками и производить целенаправленную и последовательную оценку всех сторон динамики образования, распространения, выделения и разрушения аэрозоля.

Энергетические параметры зависят от взаимосвязанного комплекса групп параметров свойств д.ф. и д.с. аэрозоля и количественно характеризуют приобретение, распределение и расход энергии аэрозоля.

В зависимости от того, какими группами параметров характеризуются свойства аэрозолей, энергетическое состояние его будет описываться соответствующими энергетическими параметрами. Учитывая,

что процессы образования, выделения, распространения и разрушения аэрозоля протекают в реальных условиях длительное время и могут считаться неограниченными во времени, энергетические параметры аэрозоля целесообразно рассматривать приведенными к единице времени и выражать их удельной энергией (Вт).

Компоновкой параметров свойств д.ф. и д.с. аэрозоля из выделенных групп формируются следующие основные энергетические параметры аэрозоля [25, 57, 119]:

 энергия движения (кинетическая энергия) W

 квантовая энергия (энергия оптического взаимодействия) W

 энергия адгезионного взаимодействия (энергия коагуляции) W

кин.

;

опт.

;

адг.

 энергия гидродинамического взаимодействия (энергия смачива- ния, растекания, поглощения, испарения, конденсации) Wгд;

 тепловая энергия W

тепл.

;

 электромагнитная энергия Wэм.

Применительно к фазовым составляющим аэрозоля связь каждого перечисленного энергетического параметра с параметрами свойств аэрозоля можно выразить в общем виде следующим образом [25, 119]:

 для дисперсной фазы:

эм (д.ф.)

кин. (д.ф.)

тепл. (д.ф.)

= f7 (ГП

опт. (д.ф.)

гд (д.ф.)

д.ф.

= f2 (ГП

= f3 (ГД

адг. (д.ф.)

= f5 (ГП

= f6 (ГП

,ФХП

д.ф.

= f4 (ГП

д.ф.

,ФХП

д.ф.

, АДП

д.ф.

,ФХП

д.ф.

,ФХП

д.ф.

, ГДП

д.ф.

, АДП

д.ф.

,ФХП

, ГДП

д.ф.

, АДП

, ОП

д.ф.

, ТФП

д.ф.

);

д.ф.

);

д.ф.

);

д.ф.

, ТФП

д.ф.

);

, ЭМП

д.ф.

);

 для дисперсионной среды:

;

эм (д.ф.)

тепл. (д.ф.)

= f13 (ГП

кин. (д.с.)

опт. (д.ф.)

гд (д.ф.)

д.с.

= f8 (ГП

= f9 (ГД

адг. (д.ф.)

= f10 (ГП

= f11 (ГП

= f12 (ГП

,ФХП

, АДП

д.с.

,ФХП

д.с.

,ФХП

д.с.

,ФХП

д.с.

,ФХП

, ГДП

д.с.

, АДП

д.с.

, ОП

д.с.

,ФХП

, ГДП

д.с.

, АДП

, ТФП

д.с.

);

д.с.

);

д.с.

);

д.с.

, ТФП

д.с.

);

д.с.

, ЭМП

д.с.

Рассмотренные виды энергии в совокупности определяют суммар-

ную свободную энергию (энергию активации) аэрозоля, которую можно

выразить следующей неявной зависимостью [25, 119]:

= f14 ( f

Sаэр.=f14

14.1

14.2(Wкин.(д.с.),Wопт.(д.с.),Wадг.(д.с.),Wгд(д.с.),Wтепл.(д.с.),Wэм(д.с.)

кин.(д.ф.)

, W

опт.(д.ф.)

, W

Sд.ф.

адг.(д.ф.)

Sд.с.

, W

) =

гд(д.ф.)

, W

тепл.(д.ф.),Wэм(д.ф.)

)

Таким образом, свободная энергия дисперсной системы функционально зависит от отдельных энергетических параметров д.ф. и д.с. аэрозоля, что предполагает возможность перераспределения отдельных видов энергии, отражающих особенности поведения токсичных компонентов, загрязняющих воздушный бассейн городских территорий.

Аэрозоль обладает определенным запасом суммарной свободной энергии (энергии активации), характеризующим особенности его поведения, что в конечном счете сказывается на его устойчивости [25, 57, 119]:

Sаэр.

~ U

аэр.

Для загрязняющих аэрозолей определены два вида устойчивости:

 кинематическая устойчивость, которая обусловлена броунов- ским движением и диффузией;

 агрегативная устойчивость, связанная с эффектами и явлениями, препятствующими слипанию и укрупнению частиц.

В настоящее время оценивать устойчивость дисперсной системы в абсолютных значениях не представляется возможным. В теории дисперсных систем рассматривают лишь относительное изменение устойчивости во времени τ, которое может характеризоваться тремя основными вариантами [25, 57, 119]:

 dU

/dτ > 0 определяет увеличение устойчивости аэрозоля при

аэр

изменении параметров свойств и увеличении энергетических параметров;

 dU

/dτ = 0 определяет неизменность устойчивости, когда аэро-

аэр

золь стремится к стабилизации параметров свойств при неизменных энергетических параметрах;

 dU

/dτ < 0 определяет уменьшение устойчивости, когда аэро-

аэр

золь стремится к изменению параметров свойств при уменьшении энергетических параметров.

При этом понятие устойчивости должно быть четко конкретизировано и отнесено к соответствующему виду токсичных компонентов (пылевой аэрозоль, жидкостной аэрозоль, газообразная система).

1.5. Технологии очистки токсичных компонентов отходящих газов котельных городского хозяйства

При эксплуатации котельных отходящие газы традиционно очищают от твердых частиц – золы и сажи – для твердого органического топлива, оксидов серы SO2, оксидов азота NOx, оксидов углерода СОх – для всех видов органического топлива.

Согласно работе [98], котельные, работающие на твердом органическом топливе, должны быть оборудованы следующими установками для очистки отходящих газов от твердых частиц (золы и сажи):

 дымососы-золоуловители, батарейные улиточные циклоны, ба- тарейные циклоны с рециркуляцией газов (установки очистки данного типа используют, как правило, при слоевом сжигании топлива);

 батарейные циклоны с рециркуляцией газов, батарейные ули- точные циклоны, мокрые золоуловители со скрубберами Вентури и электрофильтры (такие аппараты очистки нашли наибольшее применение при камерном сжигании топлива).

Важным условием применения мокрых золоуловителей с низконапорными трубами Вентури является наличие системы золошлакоудаления и устройств, исключающих сброс в водоемы вредных веществ, содержащихся в золошлаковой пульпе.

Недостатком золоуловителей и батарейных циклонов является низкая фракционная эффективность очистки для частиц размером 3 мкм и менее, максимально равная 50% в расчетных режимах. При этом наибольшую опасность для здоровья человек представляют частицы именно малого размера (менее 3 мкм). С помощью золоуловителей и батарейных циклонов удается улавливать около 10% сажистых частиц, которые адсорбируются на поверхности крупных золовых и коксовых фракций.

Такие технические устройства, как электрофильтры, рукавные фильтры из температуростойких материалов, скрубберы нашли применение на относительно крупных котельных. Высокотемпературные электрофильтры способны задерживать частицы размером около 1 мкм с эффективностью 97,6–99,9 %. Рукавные фильтры улавливают частицы размером от 0,5 мкм с эффективностью очистки 70–90 %. Однако их применение не всегда экономически целесообразно.

Большинство способов очистки отходящих газов от оксидов серы основано на селективном поглощении серы различными соединениями. В настоящее время известно более 200 методов только мокрой очистки с получением в качестве конечного продукта элементарной серы. Эффективность очистки может достигать 86–96% при расходе до 30000– 50000 м³/ч.

Известно несколько гидродинамических методов отделения SO2 от отходящих газов, причем все они основаны на принципе связывания диоксида серы аммиаком с образованием сульфита аммония и гидросульфита. Различия между отдельными вариантами состоят в особенностях обработки раствора абсорбции.

Среди других методов можно отметить:

 связывание серы путем вдувания в топку порошка доломита

(CaCO3 · MgCO3), эффективность такого метода составляет 90–97%;

 каталитическое окисление диоксида серы в оксид серы (VI) при использовании ванадиевого катализатора с последующим переводом в серную кислоту и (в аммиачном дозаторе) в сульфат аммония, эффективность очистки – 97,5 %;

 сухое улавливание адсорбентами – мелкозернистым торфяным полукоксом или оксидами железа.

Большинство рассмотренных методов имеют достаточно высокую эффективность очистки, однако использование даже наиболее дешевого известкового метода увеличивает эксплуатационные расходы на 15–20%, а затраты на строительство котельных на 10–20 %.

Традиционно методы очистки отходящих газов от оксидов азота принято разделять на 3 основные группы [4]:

1) окислительные, основанные на окислении оксида азота в диок-

сид с последующим поглощением различными сорбентами;

2) восстановительные, основанные на восстановлении оксида азо-

та до свободного азота и свободного кислорода с применением катализаторов;

3) сорбционные, основанные на поглощении оксидов различными

сорбентами (например, адсорбция диоксидов азота цеолитами, торфом, водными растворами щелочей).

Анализируя сущность трех групп методов очистки выбросов от оксидов азота, можно заключить, что очистка отходящих газов путем восстановления оксидов азота до азота и кислорода представляет собой сложную задачу. Это связано с наличием в отходящих газах, в зависимости от вида сжигаемого топлива, золы, сажи и оксидов серы, загрязняющих катализатор, потребностью в более высокой температуре газов у катализаторов (около 400°С).

Аммиак является единственным доступным восстановителем избирательного действия, способным восстановить примеси оксида азота до свободного азота (или малотоксичной закиси азота) при наличии кислорода.

Известен также гидродинамический метод, основанный на окислении NO и SO2 до N2O5 и SO3, которые затем растворяются в воде. Растворы этих кислот затем нейтрализуются аммиаком, в результате получают сульфат аммония и аммиачную селитру. Эффективность данного метода составляет 95% для NOx и 80% для SO2. Но серьезным недостатком будет значительная коррозия оборудования.

Проведенный анализ традиционно применяемых методов и способов очистки отходящих газов котельных показал многообразие существующих технологий. Однако в настоящее время выбор оптимальной

технологии снижения концентрации ЗВ в отходящих газах котельных обычно осуществляется эмпирическим методом или по справочной литературе, что не всегда соответствует требуемому значению эффективности. Кроме того, выбор большинства технологий очистки осуществляют, используя в качестве результирующего критерия только эффективность реализации процесса или отдельных его этапов. При этом энергетические затраты учитываются частично.

Исследование известных и традиционно применяемых на котельных методов и способов очистки отходящих газов от твердых и газообразных ЗВ показывает, что применение отдельных методов пылегазоочистки довольно часто не обеспечивает требуемой эффективности очистки для достижения ПДК ЗВ. Наилучшего эффекта можно добиться, реализуя комбинации способов, относящихся к различным методам. Наиболее рациональная комбинация включает аэродинамический, электромагнитный и гидродинамический методы.

Кроме того, традиционно применяемые методы не позволяют организовать очистку от твердых примесей мелких фракций (менее 1мкм), самых опасных для здоровья человека, а так как оксиды азота и серы химически инертны, то применение обычного гидродинамического метода не обеспечивает требуемой эффективности очистки [4].

1.6. Анализ существующих методических подходов к оценке и выбору оптимальной технологии очистки

токсичных компонентов отходящих газов

котельных городского хозяйства

Исследование существующих методик оценки и выбора опти-

мальных мероприятий для снижения загрязнения воздушной среды объектов городского хозяйства, в том числе котельных, позволяет нам сделать вывод о том, что в настоящее время основными критериями в таких методиках являются показатели экологической и экономической эффективности. Однако использование двух этих критериев в качестве оптимизационных не всегда позволяет однозначно выбрать технические решения снижения загрязнения воздушной среды [55, 58, 59].

Поэтому оценка и выбор оптимальной технологии очистки ток-

сичных компонентов отходящих газов котельных должна быть многокритериальной и предполагать использование, помимо основных критериев, дополнительные:

 энергоемкостный показатель (энергетическая экономичность

процесса очистки);

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 124 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]