CC BY
1138
АНАЛИЗ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРУ И ОРГАНИЗАЦИЯ ИХ КОНТРОЛЯ (на примере Амурской области)
Храмцова Н.Н., Бодруг Н.С.
Амурский государственный университет, Благовещенск
Аннотация. Статья содержит статистические данные о загрязнении атмосферного воздуха в Амурской области, также сведения об организации контроля вредных выбросов.
Ключевые слова: атмосферный воздух, выбросы загрязняющих веществ, инвентаризация.
ANALIZA EVACUÀRII SUBSTANTELOR POLUANTE ÎN ATMOSFERA §I ORGANIZAREA
CONTROLULUI ASUPRA LOR (pe exemplul regiunii Amur )
Khramtsova N.N, Bodrug N.S.
Amur State University, Blagoveshchensk Rezumat. În articol sunt prezentate datele statistce despre poluarea aerului atmosferic în regiunea Amur. De asemenea sunt prezentate infoematii despre organizarea controlului poluantelor nocive.
Cuvinte cheie: aer atmosferic, poluante, inventariere.
ANALYSIS OF ATMOSPHERE POLLTANTS EMISSIONS AND THEIR CONTROL
ORGANIZATION (case study of Amur region)
Khramtsova N.N, Bodrug N.S.
Amur State University, Blagoveshchensk
Abstract. This article contains statistical data about environmental pollution in Amur region as well as data about atmospheric emission control organization.
Keywords: atmospheric air, pollution, inventory.
Атмосферный воздух является жизненно важным компонентом окружающей природной среды. Непрерывное негативное воздействие на атмосферу и неудовлетворительное решение вопросов про ее оздоровлению отрицательно влияют на состояние здоровья населения области. Поэтому актуальными на сегодняшний день остаются проблемы загрязнения атмосферного воздуха и реализация мероприятий по его очистки. Целью данной статьи является анализ существующих выбросов загрязняющих веществ в Амурской области и организация их контроля.
Вредное (загрязняющее) вещество - химическое или биологическое вещество либо смесь таких веществ, которые содержатся в атмосферном воздухе и которые в определенных концентрациях оказывают вредное воздействие на здоровье человека и окружающую природную среду [1].
Источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу могут быть стационарными, когда координата самого источника не изменяется во времени, и передвижными (нестационарными). Также источники выбросов подразделяют на организованные и неорганизованные. Из организованного источника загрязняющие вещества поступают в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы. Неорганизованный источник выделения загрязняющих веществ образуется в результате нарушения герметичности оборудования, отсутствия или неудовлетворительной работы оборудования по отсосу пыли и газов, в места загрузки, выгрузки или хранения продукта. К неорганизованным источникам относят автостоянки, склады горючесмазочных или сыпучих материалов и другие площадные источники.
Площадь Амурской области составляет 363,7 тыс. км2. Население области на 1 января 2007 г. - 874,6 тысяч человек, из которых 65,6 % проживает в городах, 34,4 % в
сельской местности. Административный центр - город Благовещенска, на долю которого приходится около четверти всего населения области.
Основными источниками загрязнения Амурской области являются предприятия промышленности, транспорта и жилищно-коммунального хозяйства. В общем объеме выбросов в атмосферу загрязняющих веществ на долю автотранспорта в последние годы приходилось до 59 % суммарного выброса вредных веществ. Динамика выбросов загрязняющих веществ от автотранспорта представлена в таблице 1 [2, 3].
Таблица 1. Выбросы загрязняющих веществ от автотранспорта
Год 2003 2004 2005 2006 2007
Зыбросы, тыс.тонн 135.0 138.5 148.9 122.0 98.86
Выбросы и улавливание загрязняющих атмосферу веществ, отходящих от стационарных источников по годам в Амурской области представлены в таблице 2 [2,
3].
Таблица 2. Выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников
Год 2003 2004 2005 2006 2007
Выброшено в атмосферу загрязняющих веществ, тыс. тонн 90.5 104.9 103.7 103.0 117.0
Уловлено и обезврежено загрязняющих веществ тыс. тонн 254.8 252.0 229.4 251.4 246.4
% 74 71 69 71 68
Основными загрязнителями атмосферного воздуха являются: пыль, оксид углерода, диоксид серы. Динамика выбросов наиболее распространенных загрязняющих атмосферу веществ по Амурской области представлены в таблице 3 [2, 3].
Таблица 3. Выбросы загрязняющих веществ от стационарных источников
Годы 2003 2004 2005 2006 2007
Всего 90.5 104.9 103.7 103.0 117.0
В том числе:
Твердые вещества 39.8 42.2 37.9 39.9 38.3
Газообразные и жидкие вещества 50.7 62.7 65.8 63.1 78.7
Из них:
Диоксид серы 20.0 18.4 19.1 16.8 21.1
Оксид азота 4.5 7.1 7.1 7.3 7.8
Оксид углерода 24.1 34.4 37.6 36.0 46
Углеводороды 0.2 0 0.3 0.4 0.8
Летучие органические соединения 0.1 0.2 0.2 0.2 0.3
На каждого жителя области в 2007 году в среднем приходилось 134.1 кг выбросов вредных веществ, что на 14% выше уровня 2006 года (117.3 кг) [2, 3]. На рисунке 1 представлена динамика изменения выбросов на душу населения. Города и районы области значительно различаются по степени загрязнения воздушного бассейна промышленными выбросами вредных веществ. Наибольшую степень загрязнения испытывают жители городов Райчихинска (154,9 кг на одного жителя), Свободного (153 кг) и Тынды (183,8 кг), Селемджинского (279,7 кг), Тындинского (206,7 кг) и Октябрьского (162,9 кг) районов. Относительно чистый воздушный бассейн в Свободненском, Мазановском и Благовещенском районах, в них на одного жителя приходится соответственног по 27,6 кг, 37,7 кг и 38,5 кг вредных веществ.
60 50 І 40
03
& 30 І 20 10 0
52.7
38.6
42.5
24.6
Ї 20.6 21 6 168 Уііі!
36
24.2
7.3 I 8.9 і ^
2003г. 2004г. 2005г. 2006г. 2007г.
□ Диоксид серы □ Оксид углерода □ Оксиды азота
Рис.1. Выбросы наиболее распространенных загрязняющих атмосферу веществ, отходящих от стационарных источников на душу населения.
Основными источниками загрязнения атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). При сгорании топлива в ДВС выделяются тяжёлые металлы и токсичные примеси, чрезвычайно вредные свинцовые соединения, вызывающие тяжелейшие заболевания.
Сегодня первостепенное значение для уменьшения загрязнения атмосферы выбросами автомобилей имеет техническое состояние автомобильного парка и поддержание его в технически исправном состоянии, удовлетворяющим экологическим требованиям. К достижению предельного износа двигателя выбросы увеличиваются в среднем на 50%.
Снизить вредность автомобильных выбросов можно путём:
- повышения качества двигателей;
- установки устройств (катализаторов), снижающих концентрацию вредных веществ в выхлопных газах;
- поиска новых видов топлива;
- создания новых экологически чистых двигателей.
В 2007 году из 491 организации области более половины общего количества выбросов приходится на предприятия, занимающихся производством и распределением электроэнергии, тепловой энергии, газа и воды.
К числу причин продолжающегося повышения уровня загрязнения атмосферного воздуха относится то, что не на всех действующих предприятиях, являющихся источниками вредных выбросов, построены сооружения по очистке выбросов, из существующих методов очистки возможными решениями являются установка циклонов (сухой метод очистки). Лишь немногие предприятия проводят регулярный производственный контроль за выбросами и эффективностью работы очистных сооружений.
Также причиной неудовлетворительного состояния атмосферы является наличие на предприятиях и в организациях морально устаревшего оборудования, требующего ремонта или замены новым. Из возможных путей снижения техногенной нагрузки на атмосферный воздух является закрытие убыточных котельных и присоединение тепловой нагрузки к централизованному теплоснабжению или подключение потребителей тепла к более новым котельным.
Для загрязняющих атмосферу веществ органами санэпиднадзора установлена предельно допустимая концентрация (ПДК). В настоящее время ПДК установлены для воздуха рабочей зоны более чем для 850 веществ.
ПДК - концентрации, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе в течение 8 ч или при другой продолжительности, но не более 41 ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не могут вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.
Все вредные вещества по степени воздействия на организм человека подразделяют на четыре класса опасности:
- первый класс - чрезвычайно опасные с ПДК < 0,1 мг/м3 (свинец, ртуть - 0,001
мг/м3);
- второй класс - высокоопасные с ПДК = 0,1... 1 мг/м3 (хлор - 0,1 мг/м3; серная кислота - 1 мг/м3);
- третий класс - умеренно опасные с ПДК = 1,1... 10 мг/м3 (спирт метиловый -5 мг/м3; дихлорэтан - 10 мг/м3);
- четвертый класс - малоопасные с ПДК > 10 мг/м3 (аммиак - 20 мг/м3; ацетон
- 200 мг/м3; бензин, керосин - 300 мг/м3; спирт этиловый - 1000 мг/м3).
Другой важнейшей величиной, характеризующей уровень загрязнения атмосферного воздуха, является предельно допустимый выброс (ПДВ). В отличие от ПДК, ПДВ является научно-техническим нормативом. Его измеряют во времени и устанавливают для каждого источника организованного выброса при условии, что выброс вредных веществ от данного источника и от совокупности источников района (с учетом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере) не создает приземной концентрации, превышающей их ПДК для атмосферного воздуха.
На основании закона Российской Федерации от 04.05.99 г. № 96 «Об охране атмосферного воздуха» предусматривается обязательная инвентаризация источников выбросов загрязняющих веществ предприятий, имеющих источники выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух и вредных физических воздействий на него, независимо от ведомственного подчинения и формы собственности.
Инвентаризация выбросов загрязняющих веществ в атмосферу — систематизация сведений о распределении источников выделения загрязняющих веществ и источников загрязнения атмосферы на территории, а также о количестве и составе выбросов. Инвентаризация должна проводиться периодически, но не реже, чем 1 раз в 5 лет.
Инвентаризация источников выбросов загрязняющих веществ дает оценку влияния предприятия на окружающую среду и определяет категорию опасности предприятия, предоставляет необходимые исходные данные для включения предприятия в систему государственного учета выбросов вредных веществ в атмосферу, а также дает предложения, выводы и рекомендации по предельнодопустимым выбросам; определяет периодичность отчетности в системе госучета и периодичность контроля выбросов. Нарушение правил охраны атмосферного воздуха регламентируется ст.8.21 «Кодекса Российской Федерации об административных нарушениях».
Инвентаризация включает следующие разделы:
- Общие сведения о предприятии
- Вид деятельности предприятия
- Количество источников выбросов в атмосферу по площадкам
- Основное производство: участки, оборудование, время работы (часы в год), количество единиц оборудования, количество источников выбросов, сведения о вентиляции
- Вспомогательное производство: оборудование, кол-во источников выбросов в атмосферу
- Сведения о пылегазоочистном оборудовании
- Карта- схема предприятия
- Ситуационная карта -схема предприятия
- Расчеты загрязнения по источникам выбросов по утвержденным методикам
- Бланки инвентаризации по источникам выбросов ЗВ в атмосферу
- Таблица итоговых выбросов в целом по предприятию, т/год
Результаты инвентаризации используют для:
- нормирования выбросов в атмосферу;
- ведения производственного контроля за выбросами и соблюдением установленных нормативов;
- ведения статистической отчетности о выбросах;
- определения платежей за выбросы;
- экологической паспортизации предприятия;
- информирования органов государственного надзора в области охраны окружающей среды;
- других специальных случаев, установленных законодательством и общеотраслевыми нормативно-техническими документами.
При инвентаризации определяется количество выбросов максимально разовое (г/с) и годовое (т/год) для каждого источника выделения, каждого источника загрязнения атмосферы и всего предприятия в целом [4].
Условия определения максимально разовых выбросов нормируемых загрязняющих веществ:
- для котла, газотурбинной или дизельной установки - при максимальной нагрузке агрегата и сжигании топлива с характеристиками, обуславливающими образование наибольшего количества загрязняющих веществ;
- для дымовой трубы - по наибольшей за последние 3-4 года суммарной часовой нагрузке агрегатов, подключенных к этой трубе, при сжигании топлива с характеристиками, обуславливающими образование наибольшего количества загрязняющих веществ;
- для ТЭС в целом - по наибольшему за последние 3-4 года часовому расходу топлива с характеристиками, обуславливающими образование наибольшего количества загрязняющих веществ.
Годовые выбросы от источников выделения, из дымовой трубы и от ТЭС в целом определяются с использованием наибольшего за последние 3-4 года расхода топлива, приходящегося на каждый из указанных объектов, сложившегося за этот период соотношения видов топлива и самых неблагоприятных для выбросов характеристик топлива, использовавшегося за этот период.
Эффективность пылегазоочистных установок определяется по результатам их последних испытаний, которые проводятся не реже 1 раза в год.
Годовые выбросы определяются путем умножения значения часового выброса каждого источника выделения на коэффициент использования оборудования при средней нагрузке и число часов работы в году; полученные значения суммируются по трубе и ТЭС в целом.
Для примера проведем расчет выбросов от котла КЕ-25/14, работающего на одной из котельной г. Свободного [5].
Характеристика котла КЕ-25/14:
Производительность Q=25 т/час, 14,5 Гкал/час; площадь зеркала горения 13,5м2; объем топочной камеры 48,65 м3; КПД котла 86%; фактический расход топлива 15233 т/год (1330 г/сек): в том числе уголь Ирша - Бородинского месторождения - 50 % -7617 т/год; Райчихинского месторождения - 50 % -7617 т/год; топка с механическими забрасывателем и цепной решеткой обратного хода; очистка дымовых газов - циклон БЦ-2-7(5х3) с КПД 0,85; дымовая труба - Н=60 м, Б=1,2 м; температура уходящих газов 180 С; дымосос ДН-15; объёмный расход дымовых газов 50000 м3/час; Время работы котла 5496 часов в год.
Характеристика топлива:
Бурый уголь Ирша - Бородинского месторождения (50 %): низшая теплота сгорания ОЦ =3740ккал/кг (15,67 МДж/кг), зольность Ар = 6%, содержание серы 8Р =0,2%, Бурый уголь Райчихинского месторождения (50 %): низшая теплота сгорания ОЦ - 2800 ккал/кг (11,73 МДж/кг), зольность . = 10-22 %, содержание серы
8Р =0,25%. Средние показатели по смеси углей: низшая теплота сгорания ()% =3270 ккал/кг (13,7 МДж/кг), зольность Ар =11-14%), содержание серы 8Р = 0,23%.
Суммарное количество оксидов азота N0 в пересчёте на К02, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами определяется:
Ммох = Вр ' (2н ' Кмо2 ' Рг 'к[Т>г ! с ■,
где Вр - расчётный расход топлива, кг/с;
Qp - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;
/3Г - коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов, подаваемых в смеси с дутьевым воздухом под колосниковую решетку, на образование оксидов азота:
(Зг =1 —0,075л/г,
где г=0 - степень рециркуляции дымовых газов; кп -1 - коэффициент пересчёта.
Расчётный расход топлива:
ВР =Д-(1—^-) = 1.33-(1——) = 1.29кг/с,
100 100
Вр = В ■ (1 -= 15233 (1 ——) = 14776т/год,
100 100
где В - фактический расход топлива на котёл, кг/с;
q4 - потери тепла от механической неполноты сгорания, 3 %.
Удельный выброс оксидов азота при слоевом сжигании твёрдого топлива:
КТШ1 = 11 -10"3 • ат(1 + 5,46• • 4у10[^,г/мДж,
где ат = 1,4 - коэффициент избытка топлива в топке;
Я6=40% - характеристика гранулометрического состава угля
д., =1.31 МВт/м2- тепловое напряжение зеркала горения.
к1п = 1 МО-3 • 1.4• (1 + 5,46• 10°~40)• Vl3.7-l.31 = ОД356г/МДж.
2 100
Суммарное количество оксидов азота К0х:
МШх = 1.29-13.7-0.1356-1 -1 = 2.396г/с МШх = 14776 • 13.7 • 0.1356 ■ 1 • 0,001 = 27,44 т/год
Суммарное количество оксидов серы, выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами:
М50г = 0,02 • В .Бр ■ (1- Л'501) • (1 - ), г/с,
8Р - содержание серы в топливе на рабочую массу, %;
?1'302 - 0,1 - доля оксидов серы, связываемых летучей золой в котле;
г]",(^ - доля оксидов серы, улавливаемых в мокром золоуловителе. Доля оксидов серы, улавливаемых в сухих золоуловителях, принимается равной нулю.
М30г = 0,02 • 1330 • 0,23 • (1 - 0,1) = 5,51г / с
М30г = 0,02 • 15233 ■ 0,23 • (1 - 0,1) = 63,1т / год Суммарное количество выбросов оксида углерода:
Мсо = 10“3 -В-Ссо -(1-у^),г/с, где Ссо - выход оксида углерода при сжигании топлива, г/кг.
Ссо =д3-Д-бя =1-1 -13,7 = 13,7г/кг,
где qз=1 - потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, %; Я - коэффициент, учитывающий долю потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную наличием в продуктах неполного сгорания оксида углерода; принимается для твердого топлива - 1.
з
Мгп = 10~3-1330-13,7 -(1---) = 17,67г/с
со , V 100/ ,
, 3
Мсп = 10~3 • 1523 3 • 13,7 • (1-) = 202,Ат / год
со \ 10()/
Суммарное количество твёрдых частиц, поступающих в атмосферу:
Ор
МТВ =0,01-й-(ауя-Ар +ц4-—н-)-(\-т1з) =
32,00
13 7
= 0,01-1330 • (0,12 • 14 + 3-—) • (1 - 0,85) = 5,86г/с,
32,68
где АР - зольность топлива на рабочую массу, аш = 0,12 - доля золы, уносимой газами из котла.
г)3- доля твёрдых частиц, улавливаемых в золоуловителях. Золоуловитель БЦ-2-7 с г]3 = 0,85;
32,68 - теплота сгорания углерода, МДж/кг.
13 7
Мтп = 0,01-15233 • (0,12 -14 + 3--—) • (1 - 0,85) = 67,12т/год,
ТВ ’ 4 ’ 32,68
Количество летучей золы:
М3 = 0,01 • 5 • аш • (1 - 775 ) = 0,01 • 1330 • 0,12 • 14 • (1 - 0,85) = 3,35г /с.
М3 = 0,01 • В ■ аш ■ Ар (1 -1!3) = 0,01 • 15233 • 0,12 • 14 • (1 - 0,85) = ЪЪ31т/год.
Количество сажи:
мк =МТВ -М3 =5,86-3,35 = 2,51г/с
Мк =МТВ -М3 =67,13-38,:37 = 28,'15т/год
Результаты расчета выбросов от котла КЕ-25/14 сводим в таблицу 4
Таблица 4. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от котла КЕ-25/14
Наименование загрязняющего вещества Выброс, г/сек Выброс, т/год
Азота оксид 2,396 27,44
Сажа 2,51 28,75
Оксид серы 5,51 63,1
Окись углерода 17,67 202,4
Зола 3,35 38,37
Итого 360,06
Согласно п.1 статьи 25 Федерального закона № 96 «Об охране атмосферного воздуха», производственный контроль за охраной атмосферного воздуха осуществляют юридические лица, которые имеют источники вредных химических, биологических и физических воздействий на атмосферный воздух и которые назначают лиц, ответственных за проведение производственного контроля за охраной атмосферного воздуха, и (или) организуют экологические службы.
Контроль выбросов должен обеспечивать:
- систематические данные о выбросах;
- исходные данные к отчетности ТЭС по форме № 2-тп (воздух);
- информацию к оценке соблюдения установленных норм выбросов и к анализу причин, вызывающих превышение норм.
Производственный контроль осуществляют в обязательном порядке для источников выбросов (дымовых труб, угольных штабелей при перевалке топлива,
золоотвалов при выемке золы). Он включает определение валовых выбросов в граммах в секунду (г/с) и тоннах в год (т/год), их учет и отчетность по ним.
На предприятиях должен быть разработан план-график контроля за соблюдением установленных нормативов выбросов.
План-график должен включать:
- перечень источников выбросов и выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ, подлежащих контролю;
- величины валовых выбросов из источников выбросов;
- наименование методов, частоту и сроки осуществления контроля выбросов;
- перечень подразделений или (персонала), ответственных за ведение контроля.
Контроль подразделяют на систематический, осуществляемый непрерывно или
периодически, и разовый.
Непрерывный систематический (аналитический) контроль с определением максимальных и годовых выбросов их дымовых труб осуществляют с помощью стационарных автоматических газоанализаторов, пылемеров, расходомеров дымовых газов. Установки сероулавливания и азотоочистки должны оснащаться автоматическими стационарными газоанализаторами в обязательном порядке.
Допускается определение объема дымовых газов расчетным методом по расходу топлива и содержанию кислорода в дымовых газах при условиях их регистрации прямыми или косвенными методами.
В случае временного отсутствия стационарных газоанализаторов и пылемеров систематический контроль осуществляют периодически по плану-графику с применением переносных газоанализаторов и пылемеров или расчетными методами.
Разовый контроль выбросов из дымовой трубы осуществляют:
- после выхода котла, его пылегазоочистного оборудования из капитального ремонта;
- после реализации воздухоохранного мероприятия, включая мероприятия, предназначенные для реализации при неблагоприятных метеоусловиях, для оценки его эффективности;
- при переводе котла на длительное использование нового топлива;
- после реконструкции, замены, изменения режима работы пыле-газоочистного оборудования;
- по завершении пусконаладочных и режимоналадочных работ.
Разовый контроль осуществляется путем инструментального измерения содержания в дымовых газах золы твердого топлива, оксида азота, оксида углерода, диоксида серы при реализации мероприятий, связанных с изменением его выброса, а также расчетными методами.
При инструментальном измерении используют стационарные и переносные приборы, прошедшие сертификацию и аттестацию.
Выводы. Анализ существующих выбросов загрязняющих веществ в Амурской области показывает их увеличение. Для контроля загрязнения атмосферы необходимо систематизировать сведения о количестве и составе загрязняющих веществ, которые можно получить на основании инвентаризации.
Литература
1. Федеральный закон от 4 мая 1999 г. N 96-ФЗ "Об охране атмосферного воздуха"
2. Основные показатели, характеризующие охрану атмосферного воздуха Амурской области за 2007 г.: стат. бюллетень./Амурстат. Б., 2008. -251с.
3. Экологическая ситуация в Амурской области в 2006 году: Зап./Амурстат. -Б., 2007.-40с.
4. "Методическое пособие по расчету, нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух", С-Петербург,2002г.
5. "Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 т пара в час или менее 20 Гкал/час", Москва, 1999 г.
Сведения об авторах
Бодруг Наталья Сергеевна - старший преподаватель кафедры энергетики Амурского государственного университета, e-mail: [email protected].
Область научных интересов - компенсация реактивной мощности, регулирование напряжения, энергосбережение.
Храмцова Надежда Николаевна - старший преподаватель кафедры энергетики Амурского государственного университета, e-mail: [email protected] Область научных интересов - тепловые сети, котельное и турбинное оборудование, газотурбинные установки, энергосбережение, природоохранные технологии.
