Выбросы бензапирена при сжигании природного газа

2.4. Образование и методы снижения выбросов бенз(а)пирена при сжигании топлив

2.4.1. Физико-химические свойства бенз(а)пирена и условия его образования

Бенз(а)пирен относится к классу полицикличе­ских ароматических углеводородов, молекулярная формула С₂₀Н₁₂, температура плавления 177,5 °С, температура кипения 312 С.

Бенз(а)пирен представляет собой твердое кри­сталлическое вещество в виде игл бледно-желтого цвета, плохо растворим в воде (0,012 мг/л), образует с водой коллоидные растворы. Хорошо растворяется в концентрированной серной кислоте, эфире, бензоле и толуоле. Бенз(а)пирен разрушается под действием ультрафиолетового излучения, токов высокой часто­ты, озона и сильных концентрированных кислот.

Чистый бенз(а)пирен (БП) получают перегонкой каменноугольной смолы в вакууме с последующей кристаллизацией, а также пиролизом керосина с по­следующим гидрированием в присутствии катализа­торов.

Механизм образования полициклических арома­тических углеводородов при сжигании топлив к на­стоящему времени изучен недостаточно. Считается, что при высоких температурах ПАУ синтезируются из алифатических и простых ароматических углево­дородов по реакции свободных радикалов. Первич­ные радикалы образуются при разрыве углеродно-водородных и углеродно-углеродных связей исход­ных углеводородов (первая фаза процесса). Во вто­рой фазе из первичных радикалов происходит синтез ПАУ путем последовательного соединения цепей и дегидрирования.

По мнению Н. В. Лаврова, БП является про­стейшим соединением сажи. На примере пиролиза метана он выдвигает два варианта образования БП  ацетиленовый при высоких температурах и дифенильный  при пониженных.

2.4.2. Экологическая характеристика бенз(а)пирена

По степени воздействия на организм человека БП отнесен к I классу (вещества чрезвычайно опасные). Иногда БП называют бластомогенным веществом, т.е. веществом, способным вызывать всевозможные опухоли и новообразования в живом организме, как злокачественные (рак и саркома), так и другие (аде­нома, папиллома и т.п.).

В результате проведения опытов над животными и изучения случаев профессиональных заболеваний раком определено, что вообще все полициклические ароматические углеводороды обладают бластомогенными свойствами, а многие из них, например БП, канцерогенны.

Известно также, что наличие БП в каждой кон­кретной среде подразумевает присутствие в ней большинства других ПАУ. Учитывая то, что БП явля­ется среди них наиболее сильным канцерогеном, его принято считать своеобразным индикатором и пока­зателем канцерогенной опасности изучаемой среды.

Механизм канцерогенного действия БП, как и других ПАУ, в настоящее время недостаточно ясен. Есть предположение, что опухоли вызывает не сам БП, а продукты его расщепления в организме, назы­ваемые в медицине метаболитами. При совместном действии различных ПАУ, в зависимости от их соче­тания, бластомогенные и канцерогенные свойства могут как усиливаться, так и ослабляться. Изучение механизма канцерогенного воздействия БП, как и других ПАУ, затруднено значительной временной отдаленностью последствий контакта. Опухоли появ­ляются после длительного периода, в течение кото­рого протекает ряд процессов и изменений в орга­низме. Возможно, что ПАУ при этом дают только первоначальный толчок  начало цепи преобразова­ний. В этом заключается принципиальное отличие действия бластомогенных и канцерогенных веществ от действия токсикогенов. При воздействии канцеро­генных веществ опухоли появляются через 1/5  1/7 продолжительности жизни живого организма (для человека  10  14 лет).

Канцерогенное действие ПАУ проявляется в ре­зультате проникновения в организм, накопления опре­деленного их количества и при определенной длитель­ности контакта. Очевидно, что накопление канцероген­ных веществ в организме зависит от вносимой дозы, скорости их разрушения в организме и выделения как самих канцерогенных веществ, так и продуктов их распада. Установлено, что человеческий организм в наибольшей мере накапливает и удерживает БП в детском возрасте и в возрасте старше 50 лет.

Кроме непосредственного воздействия, БП, как и другие ПАУ, попадая в атмосферу и взаимодействуя с оксидами азота, под влиянием солнечной радиации образует фотохимические оксиданты  компоненты фотохимического смога, что является дополнитель­ным фактором ухудшения экологической обстановки.

На основании результатов исследований онколо­гов и гигиенистов в нашей стране установлены сле­дующие предельно допустимые концентрации для БП: 110 -6 мг/м 3 (среднесуточная)  для воздуха населенных мест; 1,510 -4 мг/м 3  для воздуха ра­бочей зоны; 210 -5 мг/г  для воздушно-сухой поч­вы и 510 -6 мг/л для поверхностных вод.

Источник

2.4.3. Условия нормирования выбросов бенз(а)пирена с уходящими газами котельных установок

В соответствии с «Инструкцией по нормирова­нию выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для тепловых электростанций и котельных». РД 153-34.0-02.30398 для котлов паропроизводительностью более 30 т/ч БП не входит в перечень за­грязняющих веществ, выбросы которых подлежат обязательному нормированию.

Вместе с тем на основании того же документа в районах с неблагоприятной экологической обста­новкой местные органы Минприроды России вправе требовать от ТЭС и котельных предоставления дан­ных по содержанию БП в уходящих газах котлов не­зависимо от их мощности и устанавливать нормати­вы на выбросы, если при расчетах рассеивания они создают свыше 0,05 ПДК_м.р в атмосферном воздухе. Что же касается котлов малой мощности, то для них БП включен в перечень веществ, выбросы которых подлежат обязательному учету и нормированию.

Следует иметь в виду, что для БП установлено только среднесуточное значение (ПДК_с.с). В этом слу­чае в соответствии с «Методикой расчета концен­траций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» ОНД86 при расчетах рассеивания валовых выбросов БП следует принимать ПДК_м.р = 10ПДК_с.с.

2.4.4. Влияние конструктивных особенностей и режимных параметров котлов на образование бенз(а)пирена при сжигании различных топлив

Известно, что БП является одним из продуктов пиролиза любого углеводородного топлива, поэтому он и другие ПАУ образуются в той или иной степени при всех процессах, связанных с термической пере­работкой топлива. В связи с этим основными источниками поступления ПАУ в атмосферу являются коксохимия, металлургия, автомобильный и авиа­транспорт, а также в определенной степени тепло­энергетика.

Вопросы определения вклада объектов энергети­ки в общее загрязнение окружающей среды БП сле­дует рассматривать в двух аспектах  это выбросы БП котлами средней и большой мощности (свыше 25 МВт) и выбросы паровыми и водогрейными котлами малой мощности. В первом случае накоп­лен достаточно большой экспериментальный мате­риал по содержанию БП в продуктах сгорания газо­мазутных котлов при различных режимах сжигания топлива и в гораздо меньшей степени  для пылеугольных. Что же касается котлов малой мощности, то имеющиеся данные в этой области крайне огра­ниченны и противоречивы.

Газомазутные котлы

Анализ имеющихся экспериментальных данных и представления о механизме образования БП в про­цессах пиролиза топлива позволяют сделать вывод о том, что применительно к газомазутным котлам уровень выбросов БП с уходящими газами определя­ется режимами сжигания топлива; конструкция кот­ла играет при этом второстепенную роль. Известно что, зависимость содержания БП от режимных параметров такая же, как и для других про­дуктов неполного горения (сажа, СО, Н₂).

В связи с этим очевидно, что определяющими ре­жимными факторами для образования БП являются коэффициент избытка воздуха в топке, температур­ный режим и условия смесеобразования.

Кроме того, выявлено, что применение на газома­зутных котлах технологических методов подавления образования оксидов азота, связанных с замедлением процесса смесеобразования, снижением температуры факела и увеличением длительности горения, как правило, приводит к существенному росту образова­ния БП.

Установлено влияние следующих основных фак­торов на уровень содержания БП в уходящих газах газомазутных котлов:

• теплонапряженность топочного объема;
• коэффициента избытка воздуха в топке;
• нагрузки котла;
• способа организации и степени подачи газов рециркуляции в топку котла;
• способа организации и степени подачи вто­ричного дутья при ступенчатом сжигании топлива;
• подачи влаги в топку для снижения образова­ния оксидов азота;
• очистки конвективных поверхностей котла.

Теплонапряженность топочного объема  отношение тепловой мощности топочного устройства к активному объему топочной камеры.

Источник

РД 153-34.1-02.316-99 Методика расчета выбросов бенз(а)пирена в атмосферу паровыми котлами электростанций

УТВЕРЖДЕН Департаментом стратегии развития и научно-технической политики РАО «ЕЭС России» 14.05.99 г.

Первый заместитель начальника

Департамента стратегии развития

и научно-технической политики РАО

СОГЛАСОВАН Государственным комитетом Российской Федерации по охране окружающей среды (письмо № 05-19/35-42 от 29.03.99)

Государственного комитета Российской

Федерации по охране окружающей среды А.А. Соловьянов

Периодичность проверки — 5 лет

KJI ЮЧЕВЫЕ СЛОВА: бенз(а)пирен, оксиды азота, твердые частицы, выброс вредных веществ, котлы, топочная камера, топливо

ОТРАСЛЕВОЙ РУКОВОДЯЩИЙ ДОКУМЕНТ

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ БЕНЗ(А)ПИРЕНА В АТМОСФЕРУ ПАРОВЫМИ КОТЛАМИ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

Настоящая методика устанавливает правила расчета выбросов бенз(а)пирена с дымовыми газами паровых котлов тепловых электростанций при факельном сжигании жидкого, газообразного и твердого топлив, а также смеси указанных топлив.

Методика дает возможность рассчитывать как удельный выброс бенз(а)пирена, так и валовой.

Методика предназначена для расчета выбросов бенз(а)пирена при проведении инвентаризации выбросов, при оценке воздействия тепловых электростанций на окружающую природную среду и в научно-исследовательских целях.

I. Р acчет концентрации бенз(а)пирена в уходящих газа x котлов при сжигании мазута и природного газа

1.1. Концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых газах котлов при сжигании мазута С_м (мкг/м 3 ), приведенная к избытку воздуха в газа x a = 1,4, рассчитывается по формуле:

1.2. Концентрация бенз(а)пирена в сухих дымовых газах котлов при сжигании природного газа C_r ( мкг/м 3 ), приведенная к избытку воздуха в дымовых газах a = 1,4, рассчитывается по формуле:

q _пг — теплонапряжение поверхности зоны активного горения, МВт/м 2 ;

q_v — теплонапряжение топочного объема, кВт/м 3 (является проектной величиной, определяется из технической документации на котел);

a _т » — коэффициент избытка воздуха в дымовых газах на выходе из топки (при a _т » > 1,08 в формулах ( 1) и ( 2) принимать = 0,135);

К_г — коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции;

К_д — коэффициент, учитывающий нагрузку котла;

К_ст — коэффициент, учитывающий ступенчатое сжигание топлива;

К_пл — коэффициент учитывающий подачу влаги;

К_оч — коэффициент, учитывающий увеличение выброса бенз(а)пирена при очистке конвективных поверхностей нагрева на ходу котла;

Q — низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг (МДж/м 3 );

В — расход топлива на котел, кг/с (м 3 /с ) (при наличии в точке двухсветного экрана В принимается на одну ячейку);

z_яр — число ярусов горелок;

h_яр — расстояние по высоте между осями соседних горелок, м;

(для топок с однорядным расположением горелок единичной мощностью от 30 до 60 МВт произведение z _яр · h _яр = 3 м);

а_т — ширина топки (в свету), м (при наличии двухсветного экрана — ширина одной ячейки);

b_т — глубина топки (в свету), м;

r — степень (доля) рециркуляции дымовых газов;

d — коэффициент, характеризующий влияние рециркуляции дымовых газов на выброс бенз(а)пирена:

· при вводе в «под» топочной камеры d = 1;

· при вводе в воздух или отдельный канал горелки d = 4;

· при вводе в шлицы (сопла) напротив горелок d = 2;

· при вводе в шлицы под горелками d = 2,7;

Д_ф — фактическая паропроизводительность (нагрузка) котла, кг/с;

Д_м — номинальная паропроизводительность котла, кг/с ;

b — коэффициент, учитывающий воздействие воздуха, подаваемого во вторую ступень горения:

· при отключении половины горелок верхнего яруса по топливу b = -1 (для мазута) и b = -0,2 (для газа);

· для схемы, реализующей ступенчатое сжигание по «вертикали», b = 7;

· для схемы, реализующей ступенчатое сжигание по «горизонтали», b = 2,7;

d — доля воздуха, подаваемая во вторую ступень горения;

g — водо-топливное отношение при подаче влаги в зону горения;

l — коэффициент, учитывающий воздействие влаги при вводе ее:

и пристенную зону топки II зональном впрыске l = 15;

При дробевой очистке конвективных поверхностей нагрева

При обдувках регенеративных воздухоподогревателей

Источник