Экологичностьи безопасность при эксплуатации котла с топочным устройством кипящего слоя,работающим на высокозольном топливе
экологичность котел оксидсера
Травкин Антон Сергеевич
/>2009
1. Введение
При рассмотрениипроекта котла или другой ВТУ необходимо рассматривать его экономичность,безопасность и безаварийность производственных процессов. Предусмотренныеполитикой государства в области охраны труда и экологии законы, «О промышленнойбезопасности опасных производственных объектов» от 21.07.1997 года, законом «Орациональной безопасности населения» от 09.01.1996 года, законом «Об охранеокружающей природной среды» от 19.12.1991 года, направлены в первую очередь наоценку опасностей и предотвращение их.
Оценка опасностейразличных производственных объектов заключается в определении возможныхчрезвычайных ситуаций, разрушительных воздействий пожаров и взрывов на этиобъекты, а также воздействия этих факторов на людей. Происходит оценка этихопасностей на стадии проектирования на основе нормативных требований,разработанных с учётом наихудшего варианта чрезвычайной ситуации.
Оценка экологичностипроисходит по нормативным документам в зависимости от воздействия объекта наокружающую среду. К примеру, в случаи рассмотрения котла таким воздействиембудет выбросы вредных веществ в атмосферу.
2. Поступлениевредных веществ в атмосферу при сжигании в низкотемпературном слоевысокозольного топлива. И пути их снижения
При традиционныхметодах сжигания твёрдого топлива наиболее массовыми вредными выбросамиявляются летучая зола с недогоревшими частицами топлива, оксиды серы, углеродаи азота. Наиболее опасно сочетание в продуктах сгорания диоксида азота и серы.Кроме того, сжиганию углей может сопутствовать поступление в атмосферумикроэлементов, а также полициклических ароматических углеводородов, сажи,естественных радионуклидов и т.д.[1,2], которые в данной работе нерассматриваются, так как используется метод сжигания в низкотемпературномкипящем слое. В этом случае может быть подобранна оптимальная комбинациятемпературного уровня процесса, коэффициента избытка воздуха и временипребывания частиц в слое, позволяющая избавиться от значительной части извыбросов. Потому далее рассматриваем только выбросы оксидов азота, серы иуглерода.
2.1 Расчёт выбросов оксидов азота в атмосферу и методы ихснижения
Количество оксидовазота (в пересчёте на NO2), выбрасываемых в единицу времени (т/год, г/с),рассчитываем по формуле[3]:
МNO2= 0.001*B*Qнр*KNO2(1-β),где
В – расход топлива зарассматриваемый период времени (В = 520 г/с)
Qнр– теплота сгорания топлива (16,9 МДж)
КNO2 –параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на 1 ГДж тепла(0,027 кг/ГДж)
β– коэффициент, учитывающий степень снижения выбросов в результате применениятехнических решений.
МNO2= 0,001*520*16,9*0,027 = 0,24 г/с
Эффективное снижениевыбросов оксидов азота (в сравнении с традиционными методами сжигания)достигается при сжигании топлива в кипящем слое при температурах слоя 950 0С.Метод дозированного впрыска воды в зону горения [1,2] является, малозатратнымметодом, предназначенным для подавления образования оксидов азота в топочнойкамере.
При этом сохраняетсявысокая надёжность и экономичность работы установки в случаи оптимальногоколичества впрыска воды (около 7% от расхода топлива). Применениенизкотемпературного кипящего слоя для котлов не только позволяет использоватьне обогащенный уголь, но и высокозольные угли и углеотходы, позволяет уменьшитьгабариты топочной камеры и снизить поступление в атмосферу выбросы оксидовазота в несколько раз по сравнению с традиционными методами сжигания топлив.
2.2 Расчёт выбросов оксидов серы в атмосферу и методы ихснижения
Количество оксидовсеры, выбрасываемых в атмосферу, рассчитаем по формуле[3]:
МSO2 =0.02*B*SP*(1-η'SO2)(1-η''SO2),где
B– расход топлива, г/с;
SP– содержание серы в топливе на рабочую массу, %;
η'SO2– доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива ( при сжигании углейпринимаем значение 0.1);
η''SO2– доля оксидов серы, оседающих в золоуловителе (принимаем равной нулю);
МSO2 =0,02*520*0,6*(1-0,1) = 5,62 г/с
Образование SO2и SO3 при сжигании зависит от содержания серы в топливе.Значительная часть серы твёрдых топлив сосредоточенна в органическом веществе,а также входит в состав горючих (сульфидных) и негорючих (сульфатных)минеральных веществ. В процессе горения все эти виды серы могут статьисточниками образования оксидов серы. Поступление SO2 и SO3в окружающую среду приводит к образованию серной кислоты (при реакции обоихэтих вещества с атмосферной влагой).
Обеспечить снижениевыбросов оксидов серы можно использую достаточно простые методы.
Метод подачи в кипящийслой дроблёного известняка [1,2], который связывает диоксиды серы в твёрдоенетоксичное вещество – сульфат кальция, который уже легко можно отделить отгазов:
CaCO3= CaO + CO2
CaO+ SO2 + 0.5O2 = CaSO4
Данный метод известен иего эффективность доказана многочисленным применением и практикой.
В температурном диапазонеслоя от 800 до 950 0С достигается максимальное связывание серы. Этоподтверждается результатами многих исследований. Степень связывания серы даннымспособом зависит от многих факторов: мольного соотношения Ca/S, качества(активности) известняка, размеров его частиц (так например степень превращениякрупнодроблёного известняка в сульфат кальция не превышает 30%[1,2]),пористости, размеров пор. Так же для обеспечения эффективности методанеобходимо обеспечить достаточное время пребывания его в слое. Тип поровойструктуры (образующийся при обжиге) является во многом определяющим при выборенужного известняка.
Второй метод разработанв Институте Горючих Ископаемых (ИГИ) и связан с осуществление процесса сжиганияв кипящем слое сернистых топлив с одновременным удалением из слоя серногоколчедана. Подтверждением целесообразности такого метода может служить рядработ [2].
Третий метод,разработанный так же ИГИ, является улучшением первого. Основан он на подачу вслой водоизвестняковой смеси. Такой метод позволяет стабилизировать температурув слое, уменьшить выбросы оксидов азота, снизить возможный унос пыли из слоя,повысить степень превращения в сульфат кальция. Твёрдый сульфат кальция имеетсклонность перекрывать входную часть пор частиц известняка и препятствоватьполному его использованию. Применение таких методов позволяет снизить выбросыоксидов азота, в топках с кипящим слоем, на 90% по сравнению со слоевым методомсжигания.
2.3 Выбросы оксидов углерода в атмосферу и методы их снижения
Оксид углерода –горючее вещество.
Средством устраненияоксидов углерода из выбросов при сжигании твёрдых топлив является правильныйподбор соотношения между топливом и окислителем – коэффициент избытка воздухадля данной технологии сжигания, ликвидация локальных избытков углерода, плохогосмешения его с окислителем, неблагоприятных температурных условий в кипящемслое. Так при технологии кипящего слоя, с погружёнными поверхностями нагреванепосредственно в слой, установлено, что оксид углерода исчезает из продуктовсгорания при довольно высоких значениях коэффициента избытка воздуха(α=1,3). Образовавшийся в слое оксид углерода не догорал в надслоевомпространстве вследствие снижения там температуры из-за отвода тепла ещё в зонегорения. Используемая в данной работе технология низкотемпературного кипящегослоя не предусматривает совмещения зоны горения и зоны теплосъемныхповерхностей. Используемый коэффициент избытка воздуха (α=1,2)предотвращает появление оксидов углерода в продуктах сгорания.
3. Тепловоеизлечение
Персонал ВТУ неподвергается прямой опасности для организма при соблюдении техникибезопасности, санитарных норм и порядка проведения технологического процесса.
Перегрев организмавозможен из-за неудовлетворительного состояния тепловой изоляции, плохойвентиляции рабочего помещения. Способствует этому плотная, рабочая одежда,высокая влажность и недостаток питьевой воды. Вследствие перегрева организмаможет наступить тепловой удар и расстройство центральной нервной системы.
При перегреваниипоявляются головные боли, сонливость, головокружение, шум в ушах, повышениетемпературы, боли в конечностях, а затем потеря сознания. Когда появляютсясимптомы перегрева или тепловой удар, нужно вывести или вынести потерпевшего насвежий воздух, обеспечить свободное дыхание.
Нагрев атмосферы цехапри работе ВТУ полностью устранить невозможно, но его необходимо свести кминимуму.
Интенсивностьинфракрасного излучения на рабочих местах измеряется на высоте 0,5-1,5м от полав направлении максимального излучения от каждого источника[4]. По СН 4088-86инфракрасное излучение делиться на три области: А (коротковолновое) –допустимая плотность потока 100 Вт/м2; В (длинноволновое) –допустимая плотность потока 120 Вт/м2; С (длинноволновое) –допустимая плотность потока 150 Вт/м2.
4. Защитаот воздействия электрического тока на организм человека
Электрическоеоборудование цеха также представляют опасность для персонала, так как вследствиенеисправности может возникнуть электрический контакт между токоведущими частямии другими металлическими элементами котла, с которыми в процессе эксплуатацииможет соприкасаться персонал. Ток, проходящий через тело человека, можетвызвать повреждения: термические (ожоги, перегрев кровеносных сосудов),электролитическое (разрушение крови, лимфы и тканей), биологическое (судороги,полное прекращение и дыхания) и механическое (переломы, вывихи).
Для защиты человека приприкосновении к металлическим частям установки, оказавшейся под напряжением, применяютзащитное заземление и зануление. Также основными мерами защиты от воздействияэлектрического тока являются:
защита от прикосновенияк токоведущем частям (недоступное расположение, специальная изоляция);
индивидуальные защитныесредства и инструменты (изолированные и измерительные штанги, клещи).
Электротехническиезащитные средства изготавливаются из резины, фарфора и других изолирующихматериалов с устойчивой диэлектрической характеристикой[4].
5. Пожарнаябезопасность
Размеры материальногоущерба, причиняемые пожарами в зависят от того, насколько своевременно иэффективно приняты меры по борьбе с пожарами. Особо сильные и разрушительныепожары происходят, как правило, из-за запоздалого тушения. Считается, чтокритическое время для прибытия пожарной команды и начала тушения составляет15-20 минут. Для многих объектов столь длительное время слишком велико. Поэтомуважным направлением в борьбе с пожарами является оснащение объекта не только системамиоповещения о возгорании, но и огнетушителями, автоматическими установкамипожаротушения, которые выступают в роли «первой пожарной помощи» [5,6].
В настоящее времяразличают следующие автоматические системы пожаротушения:
установки пенногопожаротушения;
установки газового иаэрозольного тушения;
установки паровоготушения;
установки пожаротушенияогнеопасных жидкостей перемешиванием;
установки водяногопожаротушения.
При внимательномподходе к пожаротушению, достаточном числе огнетушителей, правильноспроектированных и установленных системах пожарной сигнализации ипожаротушения, степень безопасности объекта достаточно высока.
Для нашего проектарекомендуем использовать установку газового и аэрозольного пожаротушения,которые приминаются в тех случаях, когда тушение пожаров другими средствами неэффективноили недопустимо (например, множество металлических конструкций на объекте иоборудование под напряжением). Например, можно использовать огнетушащеесредство, которые при распылении резко охлаждают зону горения. Так газообразныйазот чаще всего применяют в комбинированных составах, он также служит длятранспортирования фреона и порошковых составов к очагу пожара (так как длятушения пожара только им необходимо заполнить до 60% объёма помещения, для чеготребуется слишком много азота). Или же например, огнетушащей состав «3,5»,который представляет собой смесь 30% сжиженной углекислоты и 70% бромистогоэтила, пары которого очень интенсивно тормозят процесс горения. Из 1л. жидкогосостава при нормальных условиях образуется 153л углекислого газа и 144л паровбромэтила. Состав в 3,5 раза эффективнее углекислоты (отсюда и название).Удельный расход – 0,25 кг/м3.
Однако наряду спреимуществами способ тушения газовыми средствами имеет свои недостатки. Ктаким недостаткам можно отнести вредность газов для здоровья персонала, поэтомупри установки таких систем тушения необходимо обеспечить меры безопасности ипредупредительную сигнализацию[5,6].
Стоит заметить, чтособлюдение правил пожарной безопасности, технологической последовательностипроцессов, своевременного технического обслуживания установки сводит рисквозникновения пожара к минимальному значению.
Список литературы
1. Беляев А.А., Сжигание низкокалорийныхвысокозольных углей в кипящем слое. М.: Недра,1984.
2. Беляев А.А Совершенствованиетехнологии сжигания низкозольных твёрдых топлив во взвешенном слое. Дисс. насоиск. учён, степени д.т.н.: Институт Горючих Ископаемых. М., 1997.
3. Методические указания по расчётувыбросов загрязняющих веществ при сжигании топлива в котлах производительностьюдо 30т/час – Москва, Гидромеоиздат, 1996 – 352с.
4. Павлова Г.И. Курс лекций по«Безопасности труда в энергетике».
5. Вопросы охраны труда при работе настационарных криогенных установках. Каралюнец А.В., Муравых А.И., Павлова А.И.под ред. Шугаева В.А. – М.: МЭИ 1989-59с.
6. Методические указания по дипломномупроектированию. Проектирование автоматических установок пожаротушения. ЛебедевП.А./ Под ред. Новикова С.Г. – М.: МЭИ 1989-32с.