Виды вредных веществ и их нормирование

Горение органических топлив сопровождается образованием вредных для окружающей среды веществ, состав и количество которых в конкретном случае зависит от состава топлива, технологии и режимов его сжигания. К наиболее важным загрязнителям атмосферы, генерируемым топками энергетических установок, относятся твердые частицы (зола, пыль, сажистые частицы), оксиды серы, азота и углерода.

В ряде случаев значимыми токсичными выбросами являются также полициклические ароматические углеводороды (в частности, бенз(а)пирен), хлористый и фтористый водород, полихлордибензодиоксины и поли- хлордибензофураны (ПХДД И ПХДФ), соединения свинца, кадмия, ртути, ванадия, никеля и др.

Для основных загрязнителей атмосферы, выбрасываемых энергетическими установками, как и для прочих загрязнителей, законодательно установлены максимальная разовая и среднесуточные предельно допустимые концентрации в атмосферном воздухе населенных пунктов (соответственно ПДК_мр и ПДК_сс), которые представлены в табл. 1.7.1 (ГН 2.1.6 1982 - 05).

Таб. 1.7.1. Предельно допустимые концентрации вредных веществ

Загрязняющие вещества, имеющие близкий характер биологического воздействия на организм человека, обладают эффектом суммации. К таким веществам относятся, в частности, NO и SO₂. При одновременном содержании в атмосфере их допустимые приземные концентрации должны удовлетворять неравенству:

где C_SО2 и C_NO2 — фактические концентрации веществ в атмосферном воздухе.

Концентрации вредных веществ в дымовых газах многократно превышают указанные предельно допустимые концентрации в приземном слое. Поэтому их рассеивают с помощью дымовых труб достаточной высоты для конкретных условий, исходя из мощности источника и характера выбросов. Однако независимо от высоты труб, которые у мощных электростанций достигают 250 ... 320 м, решить задачу только с их помощью невозможно. В первую очередь это касается электростанций, работающих на твердом топливе.

Высокое содержание золы в твердом топливе и, соответственно, в дымовых газах не позволяет обеспечить санитарные нормы по запыленности атмосферы при разумной технически и экономически обоснованной высоте труб. Поэтому очистка дымовых газов от летучей золы перед дымовой трубой является обязательной. Даже при этом, несмотря на высокую эффективность современных газоочистных установок по улавливанию летучей золы, содержание некоторых микроэлементов в неуловленных фракциях золы может ограничивать топливоиспользование по санитарно-гигиеническим нормам.

Например, зола низкосортного антрацитового штыба некоторых месторождений содержит большое количество химических соединений мышьяка, зола канско-ачинских углей содержит свободный оксид кальция. Для такой золы ПДК в приземном слое воздуха в 10 раз ниже, чем для нетоксичной пыли.

Твердые выбросы при сжигании мазута, как правило, содержат высокотоксичные соединения ванадия и никеля. Что же касается газообразных вредных выбросов, то ограничение их содержания перед дымовой трубой определяется не только соответствующей высотой трубы, но и международными соглашениями об ограничении трансграничных переносов вредных веществ.

В рамках конвенции Европейской Экономической комиссии ООН о трансграничном загрязнении воздуха (13 ноября 1979 г.) в 1985 г. был принят протокол о сокращении выбросов серы или их трансграничных потоков по меньшей мере на 30 % (к 1993 г.). В 1988 г. принят аналогичный протокол о сокращении выбросов оксидов азота и их трансграничных потоков, в соответствии с которым присоединившиеся к нему страны обязались принять эффективные меры по ограничению или сокращению национальных годовых выбросов и применять национальные нормы выбросов к крупным новым и подвергающимся существенной реконструкции стационарным источникам.

Выполнение требований по защите атмосферного воздуха в нашей стране и исполнение обязательств по упомянутым выше протоколам потребовало на уровне государственных стандартов регламентировать предельно допустимые выбросы (ПДВ) вредных веществ из различных источников и, в частности, из котлов электростанций.

Согласно ГОСТ Р 51831 выбросы оксидов азота и серы регламентируются как суммарные NO = NO + NO₂ в пересчете на NO₂ и SO = SO₂ + SO₃ в пересчете на SO₂ (массовые концентрации указываются в сухих дымовых газах при нормальных условиях приведенные к коэффициенту избытка воздуха 1,4).

В целом задача ограничения вредных выбросов решается по следующим направлениям:
- путем перевода топливоиспользующих установок на другие виды топлива;
- разработкой и применением методов (технологий) уменьшения образования вредных выбросов;
- разработкой и применением систем очистки дымовых газов.

Перевод топливоиспользующих установок на другие виды топлива с целью улучшения экологических условий в данном регионе или на локальном объекте является эффективным мероприятием, но по технико-экономическим причинам далеко не всегда возможным.

Для сравнительного анализа воздействия на окружающую среду различных видов органического топлива можно воспользоваться суммарным показателем вредности каждого из сравниваемых топлив ∑П. Данный показатель определяется как сумма относительных вредностей, выраженных в долях значения ПДК, для соответствующих веществ ∑П = ∑П_і

Сравнение ряда топлив по этому показателю приведено в табл. 1.7.2.

Таб. 1.7.2. Сравнение топлив по относительному показателю вредности

Использование экологически чистых топлив является важным и в ряде случаев единственно возможным способом защиты природы от загрязнения в случаях маломощных бытовых и коммунальных тепловых установок, для которых применение сложных систем технически и экономически неприемлемо.

Разработка и применение технологий сжигания топлив с ограничением образования вредных веществ до уровня ПДВ является основным направлением обеспечения экологических требований для промышленных и энергетических установок, для которых это направление экономически наиболее выгодно. Системы очистки дымовых газов от газообразных вредных веществ (оксидов азота и серы) ввиду сложности и высокой стоимости применяются в основном в тех случаях, когда технологические мероприятия не могут обеспечить регламентируемый уровень вредных выбросов.