Определение вредных выбросов водогрейного котла при сжигании твердых отходов различного вида

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Определение вредных выбросов водогрейного котла при сжигании твердых отходов различного вида

Корнилова Н.В., Трубаев П.А.

Доктор технических наук

Аннотация

водогрейный котел выброс газ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ВОДОГРЕЙНОГО КОТЛА ПРИ СЖИГАНИИ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ РАЗЛИЧНОГО ВИДА

В работе приведены результаты промышленного эксперимента с целью анализа состава газов, образующихся при сжигании отходов. Результаты замеров показали, что по всем определяемым показателям расчетные приземные концентрации вредных веществ не превышают предельно допустимых концентраций. При сжигании отходов в пиролизных котлах вредных веществ образуется в 2-10 раз меньше, чем при слоевом сжигании. Содержание вредных выбросов в отходящих газов, кроме характеризующего полноту сгорания монооксида углерода, от режимных параметров котлов не зависит.

Ключевые слова: отходы, сжигание, выбросы.

Abstract

Kornilova N.V. 1, Trubaev P. A.2

1ORCID: 0000-0003-4240-8488, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov

2ORCID: 0000-0003-1710-1599, PhD in Engineering, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov

DEFINITION OF POLLUTANTS EMISSIONS IN THE HOT-WATER BOILER AT BURNING OF THE DIFFERENT HARD WASTE

Results of industrial experiment for the purpose of the analysis of a compound of the gases formed at burning of a waste are in-process resulted. Results of indications have shown that on all defined parameter's settlement ground concentration of harmful substances do not exceed maximum permissible concentration. At burning of a waste in pyrolysis boiler of harmful substances time is formed at 2-10, than at burning in a layer less. The maintenance of harmful emissions in a waste-heat, except characterizing completeness of combustion CO, does not depend on operating conditions of boiler.

Keywords: Waste, burning, emissions.

В настоящее время не существует экономически эффективного и одновременно экологически безопасного решения для утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) [1, 2]. Существующая система управления отходами в России ориентирована преимущественно на их захоронение на полигонах. Это приводит к выводу из использования больших земельных площадей, загрязнению атмосферы биогазом, а почвы и водоемов - вредными веществами, вымываемыми с полигонов атмосферными осадками [2].

Сжигание бытового мусора является наиболее привычным и широко распространенным способом его утилизации. По данным работы [2] в Европейских странах (без России) структура утилизации ТБО следующая:

- захоронение на полигонах 61%;

- сжигание 16%, в том числе с получением энергии 11%;

- вторичная переработка 13%.

- компостирование 8%;

- иное 2%.

В этой же работе приведены данные, что в США объём сжигаемых ТБО после 2000-х годов стал сопоставим с объем отходов, размещаемых на полигонах.

Термическое обезвреживание отходов при температурах свыше 850-1000°С в современных установках обеспечивает практически полное разрушение органических вредных веществ. Технология сжигания ТБО на колосниковой решетке не требует предварительной подготовки мусора, отличается высокой надежностью, является экономичной [3]. Но эта технология на промышленном уровне реализована только в котлах большой производительности. Вместе с тем для нашей страны является актуальным утилизация небольшого количества отходов [3, 4], образующихся в небольших населенных пунктах, промышленных технологий для которой не существует. Одной из главных проблем при этом является наличие вредных выбросов.

В работе произведена оценка отдельных выбросов при сжигании отходов различного вида в двух водогрейных котлах небольшой производительности. Для этого проведен промышленный эксперимент, в котором проводились измерения содержания вредных веществ в дымоходе после котла, затем определялась расчетная приземная концентрация веществ, которая сравнивалась с нормами предельно допустимой концентрации (ПДК) выбросов в атмосферном воздухе населенных мест.

Испытания [5] проводились на базе двух котлов, эксплуатируемых ТК «Экотранс» (г. Белгород):

- пиролизный отопительный котел мощностью 100 кВт марки «КО-100» производства ООО «Боркотломаш» (Воронежская обл.);

- твердотопливный отопительный котел с колосниковой решеткой и дитьевым вентилятором мощностью 200 кВт производства ТК «Экотранс».

В ходе испытаний проводилось сжигание материалов, представленных в табл. 1.

Таблица 1 Характеристика сжигаемых отходов

Топливо № 1-3 сжигалось в виде крупных фрагментов. Подготовка топлив № 4-8 велась в виде прессованных брикетов из предварительно измельченных отходов [6, 7] диаметром 50 мм и длиной до 400 мм (рис. 1).

Рис. 1 Топливные брикеты

Для определения выбросов использовался измерительный комплекс - газоанализатор ГАНК-4. Характеристика вредных веществ, концентрация которых измерялась, приведена в табл. 2. Для каждого вещества в таблице приведены предельно допустимые концентрации, приведенные согласно ГН 2.1.6.1338-03 (с изменениями 2005-2009 г.). Содержание NH3 и H2S не определялось для топлив № 1-6, а бензола - для топлив 7 и 8.

Таблица 2 Характеристика вредных веществ

Расчет значения приземной концентрации вредных веществ производился по методике ОДН-86 «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий». Соотношение расчетной приземной концентрации и ПДК приведены в табл. 3. Как видно из данных, концентрация всех веществ значительно ниже ПДК для всех видов топлив.

Таблица 3 Отношение расчетной приземной концентрация выбросов вредных веществ к максимально разовой и среднесуточной ПДК

Для интегральной оценки выбросов использовался показатель V:

V = 28 NOх / ПДКсс NOx + 36 CO / ПДКсс CO + 18 C6H6O ПДКсс С6H6O+ 18 C6H6 / ПДКсс С6H6, %,

где NOх, CO, C6H6O, C6H6 -приземная концентрация, мг/м3; 28, 36, 18, 18 - весовые коэффициенты, пропорциональные классу опасности вещества.

Сравнение выбросов для различных топлив приведено на рис. 2. Полученные результаты не полностью характеризуют указанные топлива, так как кроме состава на содержание выбросов так же влияет режим сжигания (температура и избыток воздуха), но позволяют качественно сопоставить экологические характеристики котлов и топлив.

Рис. 2 Сравнение выбросов при сжигании различных топлив

Одновременно с анализом отходящих газов на содержание вредных веществ проводились теплотехнические испытания котла с определением:

- температуры отходящих газов tог и содержания в них кислорода в дымоходе за ктолом для расчета коэффициента избытка воздуха a (показатели определялись с использованием газоанализатора дымовых газов Testo 330L, работающего в режиме автоматической регистрации параметров);

- температура горения tг (периодически определялась по температуре топлива в топке с использованием инфракрасного пирометра Testo 845).

По результатам измерений между температурой отходящих газов и коэффициентом избытка воздуха в топке котла имеется линейная зависимость. Поэтому в дальнейшем содержание вредных выбросов

Для анализа количества выбросов от режима сжигания топлива использовались данные серии измерений, приведенные в табл. 4, где значение содержания вредных выбросов являются результатом разовых измерений, а температуры и коэффициент избытка воздуха усреднены за промежуток время выполнения газового анализа.

Таблица 4 Режимные параметры котла и содержание вредных выбросов

Зависимость содержания вредных выбросов от режимных параметров котла обнаружена только между содержанием СО и температурой отходящих газов (коэффициент корреляции -0,80) или коэффициентом избытка воздуха (-0,84). Между содержанием остальных выбросов и tог или a зависимости нет (модуль коэффициента корреляции не превышает 0,39). Так же нет зависимости между содержанием различных выбросов. Таким образом кроме полноты сгорания, которую характеризует содержание СО, содержание выбросов в области рабочих диапазонов функционирования водогрейных котлов от режима их работы не зависит.

Выводы

Результаты замеров состава газов после котлов, сжигающих отходы различного вида, показали, что по всем определяемым показателям расчетные приземные концентрации вредных веществ не превышают ПДК. Таким образом, сжигание древесных отходов и ТБО в котлах малой производительности не оказывает неблагоприятного воздействия на окружающую среду и человека. При сжигании отходов в пиролизных котлах вредных веществ образуется в 2-10 раз меньше, чем при слоевом сжигании. Содержание выбросов в отходящих газов, кроме характеризующего полноту сгорания монооксида углерода, от режимных параметров котлов не зависит.

Список литературы / References

1. Левин Б. И. Использование твердых бытовых отходов в системах энергоснабжения. - М.: Энергоиздат, 1982. - 224 с.

2. Европейская практика обращения с отходами: проблемы, решения, перспективы. - С.Пб.: НП РЭП, 2004. - 73 с.

3. Тугов А.Н., Москвичев В.Ф. Энергия из мусорного бака // Энергоэффективность и энергосбережение. 2012. № 4. С. 9-13.

4. Порожнюк Л. А., Василенко Т. А., Порожнюк Е. В. Роль экологического аудита в обращении с отходами в Белгородской области // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2012. - № 4. - С. 177-180.

5. Кожевников В. П., Токач Ю. Е., Огнев М. Н. Современные решения по переработке твердых бытовых отходов в БГТУ им. В.Г. Шухова // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2015. - № 1. - С. 172-174.

6. Исследование процессов теплообмена в материалах и аппаратах цементной технологии / Трубаев П.А., Гришко Б.М., Украинский В.А., Сухорослова В.В. - Белгород: Изд-во БГТУ, БИЭИ, 2013. - 190 с.

7. Ресурсо-энергосберегающие модули для комплексной утилизации техногенных материалов / С.Н. Глаголев, В.С. Севостьянов, А.М. Гридчин и др. // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2013. - № 6. - С. 102-106.

8. Севостьянов М.В. Ресурсосберегающее оборудование для комплексной переработки техногенных материалов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. - 2016. № 4. С. 140-145.

Размещено на Allbest.ru