Образование вредных веществ при сжигании топлива

При сжигании различных видов топлива могут образовываться вещества, загрязняющие воздушный бассейн: зола, сажа, оксиды серы, оксид углерода, оксиды азота, ароматические и канцерогенные вещества (бенз(а)пирен). С ростом промышленности увеличивается потребление топлива, а также количество выбрасываемых в атмосферу твердых взвесей, токсичных и канцерогенных веществ. Поэтому проблема защиты воздушного бассейна от загрязнений является одной из наиболее острых проблем современности.

Оксид углерода получается при сжигании органического материала, типа угля, древесины, бумаги, масла, бензина, газа, взрывчатых веществ или карбонатных материалов любого другого типа в условиях недостатка воздуха или кислорода. Когда процесс горения происходит при избыточном питании воздухом, и пламя не контактирует с какими-либо поверхностями, окись углерода не образуется.

Естественным путем образуется 90 % атмосферной СО, а в результате деятельности человека производится 10 %. На двигатели транспортных средств приходится от 55 до 60 % всего количества СО искусственного происхождения.

Другими основными источниками CO являются литейные производства, установки каталитического крекинга на нефтеперерабатывающих предприятиях, процессы дистилляции угля и древесины, известеобжигательные печи и печи восстановления на заводах крафт-бумаги, производство синтетического метанола и других органических соединений из оксида углерода, спекание загрузочного сырья доменной печи, производство карбида, производство формальдегида, заводы технического углерода, коксовые батареи, газовые предприятия и заводы по переработке отходов.

Оксид углерода производится в промышленных масштабах путем неполного окисления газообразных углеводородов из природного газа или газификацией угля или кокса. Он используется как восстановитель в металлургии, в органическом синтезе, и производстве карбонилов металла. Некоторые газы промышленного использования, применяемые для подогрева котлов и печей, а также питания газовых двигателей содержат оксид углерода.

Горение углеводородных топлив сопровождается, как правило, образованием в пламени частиц сажи. Это явление легко обнаруживается визуально: по светимости пламени и дымлению.

Частицы сажи – это микроскопические углеродистые частицы диаметром приблизительно 0,05 мкм. Ядро частицы состоит из чистого углерода, а на нем адсорбируются различные углеводородные соединения, оксиды металлов и сера.

Определяющим фактором сажеобразования, по мнению ученых, является относительная легкость отщепления атомов водорода от молекулы углеводорода по сравнению с расщеплением углеродных связей. Термическая гидрогенизация происходит сразу же, как только топливо попадает в высокотемпературную часть факела и продолжается в тех участках топочной камеры, где отсутствует кислород.

Формальдегид – газ с резким неприятным запахом, обладает высокой токсичностью. Формальдегид находится во вредных выбросах тепловых электростанций и других промышленных печей.

Содержание формальдегида в продуктах сгорания наблюдается при горении жидкого топлива и природного газа в малых установках при общем или локальном недостатке воздуха.

На образование формальдегида в топках существенное влияние оказывает переохлаждение фронта горения потоками избыточного вторичного воздуха или соприкосновением с холодными поверхностями нагрева. В дымовых газах котлов, работающих на мазуте или природном газе, обычно обнаруживается от 0 до 70 мг/м3 НСНО.

Бенз(а)пирен представляет собой твердое кристаллическое вещество в виде игл бледно-желтого цвета. По степени воздействия на организм человека БП отнесен к I классу.

Бенз(а)пирен является одним из продуктов пиролиза любого углеводородного топлива, поэтому он и другие ПАУ (полициклические ароматические углеводороды) 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.

Вклад 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.

Оксид углерода (СО), сажа и бенз(а)пирен образуются в процессах неполного сгорания топлива. Следовательно, оптимальным и менее затратным методом снижения их выброса в атмосферу является обеспечение полноты сгорания топлива. При проектировании систем сжигания топлива и   пуске энергетического оборудования закладывается обеспечение полноты сгорания всех  видов  топлива.  Однако  в  процессе  эксплуатации  ввиду  износа оборудования и недостаточной квалификации обслуживающего персонала многие энергетические установки выбрасывают в воздушный бассейн продукты неполного сгорания.