CC BY
11
БОТ: 10.15587/2312-8372.2017.119504
ВИМ1РЮВАННЯ ВИКИД1В ЗОЛИ УСТАНОВКИ ПО СПАЛЮВАННЮ РАДЮАКТИВНО-ЗАБРУДНЕНО1 ДЕРЕВИНИ
1васенко В. М., Швайко В. В., Кулик Н. В., Гаврилюк В. В.,
1. Вступ
На сьогодшшнш день великою проблемою в сферi забруднення, особливо повггряного басейну е горiння лiсiв. Вщбуваеться забруднення навколишнього середовища токсичними продуктами горiння (викиди шюдливих хiмiчних речо-вин в приземний шар атмосфери, задимлешсть). Ерозiя грунтiв, зменшення рiч-кового стоку, опустелювання земель - усе це е наслщком лiсовоi пожежi. Спо-стерiгаеться порушення природного вуглецевого циклу, шдвищення концент-рацii дiоксиду вуглецю i, як наслiдок, внесок в глобальне потеплiння клiмату.
Актуальною проблемою е забруднеш радiацiею лiси Чорнобильсько1' зони, тому що пiд час лiсовоi пожежi в повiтря потрапл. ^ть забрудненнi радюактив-нi продукти горшня радiоактивного-зараженоi деревини. А далi з вiтром вщбу-ваеться вторинне перенесення на iншi територii i iх забруднення. Однак на сьогодшшнш день з'явилися методи впливу на цю ситуацш. А саме, шсинератор-на установка, яка призначена для спалювання деревини, в тому чи^ радюак-тивно-забруднено!' в Чорнобильськш зонi вiдчуження i збирання радюактивно-заражено!' золи пилогазоочисним устаткуванням (ПГОУ).
2. Об'ект досл1дження та його технолопчний аудит
Об'ектом дослгдження е ефектившсть роботи пилогазоочисного устаткування з видалення забруднених продуктiв згоряння з димових газiв iнсинераторноi установки.
Зменшення обсяпв сухого лiсу в Чорнобильськш зош вiдчуження направлено на зменшення ризику виникнення пожеж в регюш i запобiгання радiоактивного забруднення продуктами згоряння радюактивно-забруднено1' деревини. Для цього, зпдно контракту з Свропейською Комiсiею в рамках проекту «Техшчне переоснащення промислово1' будiвлi пiд встановлення експериментально1' установки для спалювання деревини м. Чорнобиль по вул. Юрова, 42» на територп Чорнобильсько1' зони було встановлено шсинератор. 1нсинератор являе собою опалювальний водогрiйний котел моделi КВм(а)-2,0 з механiзованим спалюванням палива.
В рамках проекту випробуваш i впроваджеш iснуючi сучаснi технологи спалювання деревини, технологи поводження з радюактивно-забрудненого золою i видалення забруднених продуктiв згоряння з димових газiв.
Один з найбшьш проблемних мiсць об'екта дослщження полягае у тому, що при видаленш забруднених продуктiв згоряння (золи) з димових газiв ефектившсть роботи пилогазоочисного устаткування повинна забезпечувати конце-
л
нтрацii золи до 4 мг/м у викидах шсинераторно1' установки.
3. Мета та задачi дослщження
Метою даног роботи е експериментальне дослiдження кiлькостi викидiв золи, що вщбуваеться при контрольованому спалюваннi сухого люа Чорно-бильсько! зони вiдчуження.
Для досягнення поставлено!' мети необхщно виршити такi задачi:
1. Провести вимрювання концентраци золи у викидах шсинераторно! установки.
2. Порiвняти отримане значения концентраци з вимогами Свропейського Союзу до димових газiв дано! шсинераторно! установки.
4. Дослщження кнуючих р1шень проблеми
Оuiнка наслiдкiв радiоактивних викидiв для лiсового господарства, та об-говорення поводження i утилiзаui! радюактивних вiдходiв розглядалися у роботах [1-3]. Установки, як призначенi для спалювання вiдходiв, - iнсинератори були широко поширеш в свiтi ще у 50-их та 60-их рр. [4]. А використання ко-мерцшних смiттеспалюючих установок для зменшення обсяпв радiоактивно забруднених горючих вiдходiв вперше запропоновано в 1964 р. [5, 6]. Авторами [7, 8] показаш технологи лжвщаци небезпечних вiдходiв i заражених лiсiв, при яких викиди установок спалювання повинш мiстити мтмальну кiлькiсть заражено! золи. В роботах [9, 10] описано, що для зменшення викидiв забруднюю-чих речовин димовi гази пiддаються очистщ. При цьому iснуе проблема в роз-робui методiв та засобiв очистки димових газiв, що забезпечать найменшi зна-чення викидiв золи у димових газах.
На основi проведеного анаизу е практично необхщним визначення ефек-тивностi очистки димових газiв при використаннi iнсинераторних установок типу КВм(а)-2,0. Це додатково може надати користний експериментальний ма-терiал для подальших теоретичних узагальнень.
5. Методи дослщження
До^дження проводились у м. Чорнобиль, Укра!на на шсинераторнш установui, яка обладнана системою очистки газових потоюв i включае грубу та тонку очистку (рис. 1). Застосування двоступенево! очистки дозволяе шдвищи-ти коефiuiент корисно! дi! пилогазоочисного устаткування та зменшити викиди радiащйно! золи. Принципова схема установки наведена на рис. 2.
Першим ступенем очистки являеться група циклошв типу ЦП-15, що встановлеш за котлом i призначеш для грубо! очистки сухих газiв вiд частинок пилу розмiром бiльше 10 мкм з ефектившстю 85-98 %. Другим ступенем очистки виступае група рукавних фшь^в, встановлеш мiж групою uиклонiв i димососом. Рукавний фiльтр являе собою пиловловлююче устаткування сухого типу, який використовуеться для очищення пилогазоповiтряно! сумiшi i вiдрiзняеться високим ступенем ефективност 95-99,5 %. Ввесь вловлений пошл видаляеться за допомогою скребкового конвеера в 200 лггровий контейнер для збер^ання.
Рис. 1. 1нсинераторна установка для спалювання, радюактивно-забруднено! деревини з видалення забруднених продуклв згоряння з димових газiв
3
Викид <4мг/м3
\ \ 1
\ / \ /
4
Рис. 2. Принципова схема шсинераторно! установки: 1 - шсинератор деревини КВм(а)-2,0; 2 - група циклонiв типу ЦП-15; 3 - група рукавних фшк^в; 4 - скребковий конвеер; 5 - димосос; 6 - 200 лпровий
контейнер для збер^ання
1
2
Така конструкцiя газоочисного устаткування визначена вимогами Свро-пейського Союзу до вмюту попелу в димових газах, що викидаються вщ установки. Згiдно цих вимог, фшьтращя димових газiв повинна забезпечувати ви-киди концентрацii золи до 4 мг/м , що значно жорстюше вимог Украшського законодавства. Вщповщно до Наказу № 309 Мшекологп вiд 27.06.2006 «Про затвердження нормативiв гранично допустимих викидiв забруднюючих речо-вин iз стацiонарних джерел» масова концентрацiя суспендованих твердих час-
тинок недиференцшованих за складом не повинна перевищувати 150 мг/м при величин масово1 витрати менше або рiвнiй 0,5 кг/год.
З метою тдтвердження вiдповiдностi встановлених вимог Свропейського Союзу до димових газiв, що вщходять, були проведенi експериментальнi вимiрювання пiд час роботи iнсинераторноi установки.
Вимiрювання проводились вiдповiдно МВВ № 081/12-0161-05. Це забезпечуе виконання вимiрювань масовоi концентраци пилу в оргашзованих викидах промислових стацiонарних джерел у дiапазонi вiд 1 до 10000 мг/м включно iз границями сумарноi вiдносноi похибки, 5±15 %, що вщповщае вимогам РД 52.04.59.
Дана методика вимiрювання масовоi концентраци грунтуеться на гравiметричному вимiрюваннi маси пилу. Пил накопичуеться фiльтруючим матерiалом при вiдборi проб за умови дотримання швидкостей газопилового потоку в точщ вiдбору проби та в забiрному отворi змiнного наконечника (умова iзокiнетичностi). Умова iзокiнетичностi реалiзуеться iз застосуванням зонду з вiдповiдним дiаметром змiнного наконечника та вiдбором проб iз розрахованою об'емною витратою газу.
6. Результати досл1дження
На початку проводили вимiрювання параметрiв газопилового потоку: швидкост (ГОСТ 17.2.4.06-90), вологостi (ГОСТ 17.2.4.08-90), статичного тиску та температури газопилового потоку (ГОСТ 17.2.4.07-90). У ходi експериментальних дослiджень температура газопиловоi сумiшi не перевищувала 100 °С, тому що у якостi фшьтруючого елемента використовувався фiльтрувальний матерiал - тканина лавсанова фшьтрувальна арт. 860316, ТУ 17 РСФСР 8653-75.
Вимiрявши швидюсть потоку в точках вщбору проб, та пiдiбравши вiдповiднi, наконечник, зiбраний зонд вводили в газохщ. На ротаметрi аспiрацiйного пристрою встановили об'емну витрату газопилового потоку та вимiрювали температуру i розрiдження газопилового потоку перед ротаметром. Одночасно барометром-анерощом вимiрювали атмосферний тиск.
Встановлено параметри газопилового потоку: температура - 85 °С, швидкiсть - 7,24 м/с, об'емна витрата - 1,55 нм /с. Температура навколишнього середовища +25 °С, атмосферний тиск 755 кПа.
Тривалють вiдбору однiеi проби становила 20 хв. По закшченш часу вщбору проби дiстали зонд iз газоходу. Пiсля виконували замшу фшьтра для наступного вiдбору. Було проведено 5 вiдборiв проб.
Використаш фщьтри згортали навшл запиленою стороною всередину, складали у пакет iз кальки, який, в свою чергу, вкладали у полiетиленовий пакет. П1сля висушували, вимiрювали маси фщьтруючих елементш iз вiдiбраними пробами пилу та контрольш фщьтри. Огриманi результати дозволили визначити концентрацiю i масову витрату пилу на виходi з димово!' труби.
3
Розрахунок запиленостi газопилового потоку (рв, мг/м ), вимiряноi в перерiзу газоходу, робився за формулою:
Рв =
_ m ~тх
Vo
• 1000,
(1)
де m2 - маса фшьтруючого елемента пiсля вiдбору проби, г; m1 - маса фшьтруючого елемента до вщбору проби, г; mx - маса холосто! проби, г;
Vо - об'ем вiдiбраноi проби газу, зведений до нормальних умов, дм . Результати проведеного вимiрювання зведено у табл. 1.
Таблиця 1
Результати вимiрювання вмiсту золи у викидах шсинераторно! установки _м. Чорнобиль, Украма _ _ _
Назва дже-рела утво-рення забру-днюючо! речовини М1сце вщ-бору проб та д1аметр перер1зу газоходу, м Параметры газопилового потоку (у мющ вщбору проб) Назва за-бруднюю-чо! речовини № про- би Масова концент-ращя за-бруднюю-чо! речо-вини, мг/нм3 Масова витрата викиду забрудню-ючо! речо-вини, qm, г/с
Температура fr, °С Швид- кють, V, м/с Об'емна витрата, qv0, нм3/с
1нсинератор для спалю-вання дерева Пюля ГОУ, D=0,6 м 85 7,24 1,5. Речовини у вигляд1 суспендова них твердих частинок недиферен цшованих за складом 1 3,76 0,005828
2 3,12 0,004836
3 3,56 0,005518
4 3,45 0,005348
5 3,34 0,005177
За результатами проведених вимiрювань роботи пилогазоочисного устаткуван-
л
ня (табл. 1) виявлено, що максимальна концентрация золи становила 3,76 мг/нм при масовiй витрап 0,020981 кг/год, що вщповщае поставленим вимогам.
7. SWOT-аналiз результатiв дослщження
Strengths. Випробувана технологiя дозволить зменшити викиди радюакти-вно-забруднено! золи в атмосферне повггря. Це забезпечуеться завдяки застосу-ванню двоступенево! очистки, а саме групи циклонiв ЦП-15 та група рукавних фiльтрiв. При цьому очжуваний ефект очистки забезпечуе концентрацш золи у викидах домово! труби менше 4 мг/нм .
Weaknesses. Рукавний фiльтр пиловловлюючого устаткування з часом потребую замши, що призводить до збшьшення вартост експлуатацii. Перiодичнiсть замiни рукавних фшк^в при максимальнiй завантаженостi установки становить 1 рiк. Орieнтовна вартiсть фшк^в 1500 дол. Постiйна та перюдична потреба в замiнi фiльтрiв та фшансових затратах може бути серйозною перешкодою в до-триманнi вимог до вмюту попелу в димових газах, що викидаються вiд установки.
Opportunities. Вагомою можливютю е використання теплово! енергп шси-нераторно!' установки для на^вання води та обiгрiву житлових примщень, так як установка побудована на основi опалювального водогрiйного котла КВм(а)-2,0. Вiдповiдно даних виробника теплова потужшсть котла становить 2000 кВт, а площа примщення, яке можливо опалювати 20000 м .
Threats. Вловлена радюактивно-заражена зола потребуе подальшого пово-дження з выходами, а саме зберiгання на полнот низько- та середньоактивних ядерних вiдходiв «Вектор», що вiдповiдае постановi Кабiнету Мiнiстрiв Укра!ни № 480 вщ 29.04.1996 «Деяк питання поводження з радiоактивними вiдходами».
8. Висновки
1. Проведенi експериментальнi вимiрювання дозволили пiдтвердити ефе-ктивнiсть роботи пилогазоочисного устаткування з видалення забруднених продуклв згоряння з димових газiв i дозволяе досягти виконання вимог до кон-центрацп золи до 4 мг/м , у викидах шсинераторно! установки.
2. Сучасна установка по спалюванню радюактивно-забруднено!' деревини, що обладнана системою безпилового (сухого) видалення золи з котла i системою безпилового кондищонування радюактивно-забруднено! золи, повшстю вщповщае вимогам чинного украшського та европейського законодавства. Тоб-то досягнуто виконання вимог до викидiв шсинераторно!' установки за концен-трацiею золи до 4 мг/м .
3. Дослщжувана установка вщлрае важливу роль в скороченнi викидв та змен-шенню екологiчного навантаження регiону та пiдвищеннi еколопчно!' безпеки Украхни.
Лiтература
1. Belarus - Forestry Sector Development Project: environmental assessment of radiological consequences for forestry in contaminated areas of the Republic of Belarus (Vol. 5) [Electronic resource]: Final report: fire management mission // World Development Sources, WDS 1997-2. - Belarus: Government of Belarus. - Available at: \www/URL: http://documents.worldbank.org/curated/en/571081468206692053/Final-report-fire-management-mission
2. Szekely, J. G. Environmental assessment of radiological consequences for forestry in contaminated areas of the republic of Belarus [Text]: Consultant report to the World Bank / J. G. Szekely, B. D. Amiro, L. R. Rasmussen, B. Ford. - Washington, USA, January 1994. - 57 p.
3. Dusha-Gudym, S. I. Forest Fires on radionuclide contaminated territories. Guarding and protection of forest, mechanization, using of forest [Text] / S. I. Dusha-Gudym // Revue Information. - 1993. - No. 9. - P. 1-50.
4. Halverson, M. Combustion aerosols formed during burning of radioactively contaminated materials: Experimental results [Text] / M. Halverson, M. Ballinger, G. Dennis. - Office of Scientific and Technical Information (OSTI), 1987. - 59 p. doi:10.2172/6900062
5. McCabe, L. C. Wood-Burning Incinerators ATMOSPHERIC POLLUTION [Text] / L. C. McCabe // Industrial & Engineering Chemistry. - 1952. - Vol. 44, No. 4. -P. 111A-114A. doi:10.1021/ie50508a008
6. Glauberman, H. The Use of Commercial Incinerators for the Volume Reduction of Radioactively Contaminated Combustible Wastes [Text] / H. Glauberman, P. Loysen // Health Physics. - 1964. - Vol. 10, No. 4. - P. 237-241. doi: 10.1097/00004032-196404000-00003
7. Silcox, G. D. Hazardous Waste Incinerators [Text] / G. D. Silcox, J. S. Lighty, M. E. Keener // Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. - John Wiley & Sons, Inc., 2004. doi:10.1002/0471238961.0914030904090513.a01.pub2
8. Greben'kov, A. J. Possible technologies for Belarus forest site remediation after Chernobyl accident [Text] / A. J. Greben'kov, A. Jouve, I. V. Rolevich, I. A. Savushkin // Proceedings of Spectrum 94 Nuclear and Hazardous Waste Management International Topical Meeting. - Atlanta, USA: American Nuclear Society, 1994. -Vol. 3. - P. 1640-1644.
9. Flue gas cleaning for incinerators [Text] // Filtration & Separation. - 1996. -Vol. 33, No. 3. - P. 178. doi:10.1016/s0015-1882(96)90781-8
10. Operating experience with filter bags in flue gas cleaning on refuse incinerators // Filtration & Separation. - 1995. - Vol. 32, No. 1. - P. 27-30. doi:10.1016/s0015-1882(97)84007-4
