Условия образования канцерогенных веществ

При горении углеводородных топлив вследствие его сгорания могут образоваться полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), такие как бенз(а)пирен, пирен, перилен, бензантрацен и др.

Рассмотрим образование канцерогенных веществ на примере образования бенз(а)пирена С₂₀ Н_16.

При сжигании углеводородных топлив, такие углеводороды как ацителен и бутадиен претерпевают процесс удлинения цепи. В этом случае образующиеся промежуточные соединения с незамкнутой структурой по углероду (С₆ –С₄). Два таких промежуточных соединения могут образовать в результате дегидрирования (воздействия Н) и циклизации при повышении температурах бенз(а)пирен. При высоких температурах процесс пиролиза приводит не только к разложению молекул вещества, но и к синтезу бенз(а)пирена.

Рассмотрим 2 пути образования бенз(а)пирена:

1) Ацетиловый при больших температурах;

2) Дефинильный при пониженных температурах.

    Из ацетилена образование бенз(а)пирена происходит по следующей реакции.

10С₂Н₂ = С₂₀Н₁₆ + 2Н₂

Общая схема образования бенз(а)пирена при пиролиза метана:

20СН₄ –> 10С₂Н₂ + 30H₂–> С₂₀Н₁₆ + 32Н₂

Образование бенз(а)пирена возможно как при деструкции (разложении) молекул, так и путем синтеза.

Бенз (а) пирен как и сажа преимущественно образуется в зонах топочного объема, где имеются неблагоприятные условия для выгорания топлива. Например, в зонах пониженных температур у экранов поверхностей нагрева или в зонах с α<1.

При увеличении α концентрация бенз(а)пирена падает.

По опытам данным при сжигании природного газа максимальная концентрация ПАУ располагаются в (4÷6)·l/d (калибрах) от среза горелки.

Проиллюстрируем их на двух графиках (рисунок 5).

Из анализа рисунков видно, что при l/d ≈14 концентрация канцерогенных ПАУ стабилизируется, а конечная концентрация составляет величину от 1 до 10 %.

Рисунок 5 – Изменение концентрации ПАУ, NО_х и температуры по длине факела

 

Факторами, влияющими на уменьшение образования канцерогенов является увеличение избытка воздуха и температуры в топке. Концентрация бенз(а)пирена в дымовых газах колеблется в широких пределах и составляет 1÷10 мкг/100 м³ при сжигании природного газа и 15÷100 мкг/100 м³ при сжигании мазута.

По данным онкологов воздействия бенз(а)пирена в присутствии оксидов серы и азота резко усиливается, поэтому устанавливается жесткая норма ПДК бенз(а)пирена в атмосферном воздухе населяемых пунктов -0,1 мкг/100м³, это в 85 тыс. раз меньше, чем ПДК для NO_2.

6 Твердые выбросы в атмосферу

К твердым выбросам ТЭС относятся зола, сажа, шлак.

Основная часть золы переходит в дымовые газы.

Состав золы: оксиды кремния Si O₂ ,оксиды AL, титана, калия, натрия, железа, кальция, магния.

Свойства золы:

- плотность золы – истинная и насыпная. Численное значение 1900-2500 кг/м³ и 200 кг/м³ соответственно;

- дисперсный состав;

- удельное электрическое сопротивление (УЭС). По УЭС зола подразделяется на 3 группы:

I УЭС<10² Ом·м (низкоомная);

II 10²< УЭС < 10 ⁸ Ом·м (среднеомная);

III УЭС >10 ⁸ Ом·м (высокоомная);

- слипаемость;

Слипаемость – прочность сцепления частиц золы друг с другом, либо с различными поверхностями. Это свойство оказывает влияние на работу инерционных ЗУ.

Различают аутогезионные (слипание друг с другом) и адгезионные(прилипание к поверхности) свойства. Чем меньше слипаемость, тем лучше работа инерционного золоуловителя, тканевого фильтра.

По степени слипаемости зола разделяется на 4 группы:

1) не слипающаяся, предел прочности слоя Р < 60;

2) 60-300 слабослипающаяся;

3) 300<P<600 среднеслипающаяся;

4) Р>600 сильнослипающаяся.

- смачиваемость. Свойство оказывает влияние на работу мокрых ЗУ;

- абразивность.

Золой при определении характеристики топлива считается остаток, получающийся при прокаливании до постоянной массы навески топлива в присутствии кислорода при температуре 800^О С (1073 К).

Фазово-минералогические исследования состава золы различных видов твердого топлива показывают, что основной фазой всех видов золы является стекло. Кристаллическая фаза представлена различными количествами кварца, гематита, магнетика и различными силикатами кальция.

Характеристики золы (уноса), полученной в топках котлов несколько отличаются по физико-химическим свойствам и химическому составу от золы, полученной в лабораторных условиях. Такое отличие определяется температурными условиями и временем сжигания частиц топлива в топке, где температура значительно выше 800 ⁰ С. Основными отличительными факторами является шлакование (расплавление) части минеральной составляющей топлива и наличие в золе частиц недогоревшего топлива (механического недожога).

Эффективность работы газоочистных устройств во многом зависит от физико-химических свойств улавливаемой золы и поступающих в золоуловитель дымовых газов. Основными характеристиками золы являются плотность, дисперсный состав, электрическое сопротивление (для электрофильтров), слипаемость.

Плотность частиц летучей золы для большинства углей лежит в пределах 1900…2500 кг/м³. Плотность определяется как отношение массы частиц золы к занимаемому ею объему, включая объемы пор и газовых включений.

Для выбора и расчета золоуловителей большое значение имеет распределение частиц по размерам - дисперсный состав. О частицах судят по размеру наименьшего отверстия сита, через которое частица диаметром d проходит при просеивании. Просеивая золу через ряд сит с различным размером ячеек, получают кривую остатков на сите R_d (рисунок 6а).

Ордината кривой (вертикальная ось) показывает количество пыли в процентах, частицы которых больше, чем размер ячейки сита. Можно вместо остатков на сите использовать обратную величину - проход через сито y_d, причем y_d =100- R_d .

Наименьший размер отверстий в ситах, составляет 44 мкм, поэтому для определения дисперсного состава фракций меньше этого размера, представляющих наибольшие трудности при золоулавливании, используются другие методы - воздушной сепарации, жидкостной седиментации (всплывание или оседание частиц) и микроскопического анализа.

Расчет степени улавливания обычно ведется для каждой фракции частиц отдельно. Содержание той или иной фракции Ф _i можно найти из кривой остатков на сите вычитанием остатков па сите на концах заданного изменения диаметров частиц (рисунок 6б). При расчете золоуловителей диаметр принимают постоянным, равным среднеарифметическому диаметру на его концах. Так, в диапазоне изменения диаметров от 10 до 20 мкм в расчетах принимают в качестве среднего значения 15 мкм. Фракционный состав золы уноса топлива приведены обычно в справочной литературе.

а – кривая остатков на сите; б – остатки на сите в вероятностно-логарифмической шкале координат; в – распределение частиц по фракциям

Рисунок 6 - Дисперсионный состав золы уноса

Дисперсный состав летучей золы во многом зависит от дисперсионного состава сжигаемой угольной пыли, поступающей после размольного устройства в топку.

Распределение частиц золы большинства углей соответствует логарифмическому закону. В этом случае зависимость R_d и d в специальной вероятностной шкале изображается прямой (рис.1, в), а все распределение частиц по фракциям можно характеризовать двумя величинами: d₅₀ - медианным диаметром, который соответствует остатку на сите R_d =50%, и средним квадратичным отклонением

s= d₅₀/ d_15,9= d_84,1/ d₅₀

где d_15,9; d₅₀; d_84,1 -диаметры частиц, которые соответствуют остаткам на ситах, равным 15,9; 50 и 84,1 %.

7. Контрольные вопросы:

1. Назовите условия образования оксидов серы.

2. Назовите условия образования оксидов азота.

3. Что называют канцерогенными веществами и каковы условия их появления?

4. Что относится к твердым выбросам в атмосферу?

5. Что такое слипаемость золы?

6. От чего зависит эффективность работы газоочистных устройств?

7. Назовите методы определения дисперсного состава фракций частиц золы.

---

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 336; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!