CC BY
4
УДК 615.471.03:614.72:[665.44:615.277.4]-074
И. Н. Димант, Г. В. Киреев, В. П. Татарский, Э. И. Владимиров, В. Г. Конюхов, Л. О. Бейгер
УСТАНОВКА ДЛЯ ОТБОРА ПРОБ НА СОДЕРЖАНИЕ КАНЦЕРОГЕННЫХ ВЕЩЕСТВ
Узбекский НИИ онкологии и радиологии, Ташкент
Сжигание энергетического топлива в котлоаг-регатах, установленных на ТЭЦ и ГРЭС, практически всегда сопровождается выделением в атмосферный воздух полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и, в частности, канцерогенного бенз(а)пирена — БП (Л. М. Цирульников и соавт.). При всем многообразии канцерогенных веществ, образующихся при горении топлива в котлоагрегатах, присутствие их в продуктах сгорания оценивается по наличию БП, поскольку последний принят в санитарной практике в качестве своеобразного индикатора загрязнения окружающей среды канцерогенными ПАУ (Л. М. Шабад). Кроме того, установлено, что обнаружение БП в продуктах сгорания не только свидетельствует о присутствии в них других канцерогенных ПАУ, но и подтверждает наличие благоприятных условий для их образования (Л. М. Цирульников и соавт.). Таким образом, чтобы судить в целом о загрязнении среды обитания человека канцерогенными ПАУ, в принципе достаточно определить в ней содержание БП. Именно поэтому исследование канцерогенной загрязненности разнообразных объектов основывается главным образом на выявлении БП. Вместе с тем в изыскании путей снижения выброса в окружающую среду канцерогенных ПАУ и расшифровке механизмов их образования в процессах горения топлива определенный интерес представляет изучение также количества других ПАУ и их соотношений. Подобные исследования чрезвычайно интересны в плане теоретическом и важны для практики, однако в энергетике, в том числе на современных мощных котлоагрегатах, они до недавнего времени не проводились ни в СССР, ни за рубежом.
Согласно данным, полученным САФ ВНИИПромгаза и УзНИИОиР в период 1973— 1982 гг., содержание БП в продуктах сгорания современных котлоагрегатов при нормальных условиях их эксплуатации достигает 90— 100 мкг/100 м3 при сжигании мазута и 2,5— 3 мкг/100 м3 при сжигании природного газа (Л. М. Цирульников и соавт.).
По мере развития тепловой энергетики потребление различных видов органического топлива будет неуклонно возрастать. Поэтому понятно, что такой огромный источник возможного канцерогенного загрязнения окружающей среды необходимо не только изучать, но и взять под строгий санитарный контроль.
В свете современных требований к чистоте ат-
мосферного воздуха результаты количественных определений изучаемых веществ должны быть объективно достоверны, что предъявляет высокие требования к методам отбора проб и определения БП. В настоящее время наиболее распространенным методом качественного и количественного анализа БГ1 является метод квазилинейчатых спектров люминесценции с использованием эффекта Э. В. Шпольского (Л. М. Шабад). В последние годы все большее распространение находит и более простой метод анализа ПАУ — газохроматографический (С. Ф. Яворовская), позволяющий сократить трудоемкость анализа и получить информацию практически одновременно о целой гамме ПАУ.
С самого начала осуществления данных исследований встал вопрос о разработке новых методов отбора проб продуктов сгорания из высокотемпературных источников. Температура уходящих продуктов сгорания современных котлоагрегатов при сжигании различных видов топлива, как правило, выше 130 °С. При температуре ниже 250—300 °С ПАУ в продуктах сгорания находятся в виде аэрозолей и частично в сорбированном состоянии на сажистых и зольных частицах. Поэтому к отбору проб продуктов сгорания на канцерогенные ПАУ применимы те же требования, что и к отбору проб на содержание аэрозолей.
Представительность обнаружения ПАУ в продуктах сгорания в значительной степени зависит от способа отбора проб, который может существенно влиять на определяемую концентрацию ПАУ. Например, при использовании метода, основанного на предварительном осаждении твердых частиц на фильтровальных материалах, из продуктов сгорания при высокой температуре возможны потери части пробы вследствие прохода через фильтр ПАУ, находящихся в газовой фазе. В этих случаях необходимо предварительное охлаждение продуктов сгорания.
В настоящее время наиболее распространенным методом отбора проб воздуха на содержание канцерогенных ПАУ является аспирацион-ный метод, который позволяет достаточно быстро отбирать пробы аэрозолей из больших объемов газов.
Аспирациопный метод применен ранее для отбора проб из котлоагрегатов, сжигающих мазут и природный газ. Нами проведено усовершенствование метода отбора проб; этот метод может быть использован для котлоагрегатов са-
«7/7-/5
ФЛП-15
воды Конденсат
Рис. 1. Принципиальная схема установки для отбора проб на содержание канцерогенных веществ.
/ — водоохлаждаемля газозаборная трубка: 2 — теплообменник; 3. 6 — точки контроля температуры: 4 — циклон; 5 — аспиратор, 7 — счетчик газов.
мых различных конструкций и при сжиганни мазута, нефти, природного газа, угля, горючих сланцев и других видов топлива. В качестве фильтрующего материала взята ткань марки ФПП-15, характеризующаяся гидрофобностью и низкой рабочей температурой. Поэтому для отбора проб из дымовых газов они должны быть охлаждены и освобождены от водяных паров. Принципиальная схема установки для отбора проб продуктов сгорания приведена на рис. 1. Она состоит из газозаборной трубки, теплообменника со сборником конденсата, циклона, аспиратора, счетчика газа и приборов для контроля температуры.
В результате длительной лабораторной п промышленной проверки в 1981—1982 гг. в схему установки внесены конструктивные изменения, позволившие создать достаточно точную методику отбора проб продуктов сгорания и надежные в эксплуатации приборы и устройства. Эта установка широко апробирована нами в различных условиях. Отбор проб продуктов сгорания на содержание БП проводится непосредственно из газоходов в местах, где концентрационные поля наиболее равномерны. В случае сильной неравномерности концентрационных полей в точке отбора необходимо тарировать сечение газохода. Отбор продуктов сгорания из газоходов должен осуществляться с соблюдением условий «изокинетичности» — равенства скоростей газов во входном отверстии газозаборной трубки и газоходе. Условие «изокинетичности» наиболее про-
\
П 1-!- ,1 г
Вход ыход
6оды ¿оды Рис. 2. Водоохлаждаемая газозаборная трубка.
/ — наконечник газозаборной трубки «нулевого» типа; 2 — микроманометр.
сто обеспечивается газозаборной трубкой «нулевого» типа, работающей на уравновешенных статических напорах (Г. М. Гордон и И. Л. Пей-сахов).
Одна из конструкций газозаборной трубки «нулевого» типа приведена на рис. 2.
Для соблюдения условий «изокинетичности» при отборе пробы газов статические напоры, измеряемые внутри канала газозаборной трубки и вне ее, должны быть уравновешены между собой. Контроль за соблюдением условий «изокинетичности» проводится микроманометром типа ММН. «Изокинетичность» отбора проб регулируется изменением производительности аспиратора. При отборе проб газов из высокотемпературных зон используется водоохлаждаемая конструкция (см. рис. 2) газозаборной трубки. В этом случае
Выход г газ(Г
А-Л
-I ахов
J
Р-
Вход воды и" Выход воды СлиВ конденсата
Рис. 3. Схема теплообменника со сборником конденсата.
/ — корпус; 2—водоохлаждаемые спирали из медной трубки.
дополнительное охлаждение продуктов сгорания перед фильтром необязательно, но необходимо применение каплеуловителя для сконденсированной влаги.
В случае использования неохлаждаемой газозаборной трубки для охлаждения отбираемых продуктов сгорания и одновременного выделения из них водяных паров разработан теплообменник типа «труба в трубе» с развитой поверхностью охлаждения. Одна из конструкций такого теплообменника представлена на рис. 3. Теплообменник выполняется из листового металла толщиной 0,5—0,7 мм. Продукты сгорания охлаждаются технической водой, подаваемой через змеевики из медных трубок внутренним диаметром 6—8 мм, навитых на внутренние ци-
Рис. 4. Схема циклона.
/ — конический корпус; 2 — навинчивающийся цилиндр для сбора частиц; 3 — фильтр (ФПП-15); 4 — зажнмное устройство с винтом.
5 — крышка.
линдры теплообменника. Разработанная конструкция теплообменника обеспечивает охлаждение продуктов сгорания с 600—700 до 20—30 °С. В рекомендуемой конструкции теплообменника сконденсированные пары собираются в нижней части его и удаляются через трубу слива. Согласно замерам в конденсате теряется не более 3 % БП от всего его количества в пробе. При отборе проб на котлоагрегатах, работающих на твердом топливе (уголь, горючие сланцы и др.), возникает необходимость освободиться от массы твердых частиц. Такие частицы — не сгоревшее еще в топке сырье, продукты сгорания, шлак, зола (в дымоходах) — очень быстро забивают фильтр, что затрудняет просос отбираемых газов. Для осаждения этих частиц, на которых тоже адсорбируется БП, мы используем циклон (рис. 4).
Исследуемые газы с твердыми частицами попадают в конический корпус циклона, где оседают в металлический навинчивающийся цилиндр. Затем дымовые газы через фильтр и крышку циклона просасываются в аспирацион-ную установку. Накопившуюся массу из цилиндра ссыпают в фильтр и отдают на анализ вместе с фильтром.
Просос продуктов сгорания через фильтр осуществляется с помощью аспиратора. Для этой цели разработана аспирационная установка с устройством крепления фильтра. Она выполнена на базе электродвигателя с компрессором от пылесоса, создающего разрежение до 2-Ю4 Па. Принципиальная схема аспирационной установки с устройством крепления фильтра приведена на рис. 5. В разработанной установке электродвигатель с компрессором заключен в металлический цилиндр с входным конусом. Перед
фильтра.
/ — электромотор; 2 — фильтр (ФПП-15); 3. ■♦ — соответственно входной и выходной цилиндры.
входом газов в электродвигатель устанавливается цилиндр меньшего диаметра, к которому крепится фильтровальная ткань. Рабочая площадь фильтра ~250 см2. Аспирационная установка обеспечивает производительность до 0,008 м3/с. При наличии мощного эжектирующего устройства электропылесос можно исключить из схемы, оставив только устройство для крепления фильтра.
Измерение расхода продуктов сгорания, прошедших через фильтр, проводится с помощью ротационного счетчика, например, РГ-40. Установка расходомеров без интегратора нежелательна. Счетчик газов устанавливается последовательно по ходу отбираемого газа после фильтра или аспирационной установки. Исходя из условий взятия проб продуктов сгорания н методических указаний, минимальный объем продуктов сгорания, который необходимо пропустить через фильтр для накопления пробы БП, составляет при сжигании природного газа 8 м3, мазута — 2 м3. При отборе проб атмосферного воздуха в зоне обслуживания котлоагрегатов необходимо отобрать —50 м3. Температура анализируемого газа перед фильтром и счетчиком измеряется ртутным термометром.
После отбора пробы газов фильтр, свернутый волокнистой поверхностью внутрь, укладывается в конверт и передается в лабораторию на анализ.
Разработанная установка прошла широкую лабораторную и промышленную проверку и используется нами для отбора проб продуктов сгорания на содержание БП и других ПАУ.
Литература. Гордон Г. М„ Пейсахов И. Л. Контроль
пылеулавливающих установок. М., 1973. Цирульников Л. М.. Конюхов В. Г., Димант И. Н. и др.—
Теплоэнергетика, 1976, № 9, с. 32—35. Шабад Л. М. О циркуляции канцерогенов в окружающей среде. М., 1973.
Шабад Л. М. Методы изучения бластомогенности химических веществ. М., 1970. Я воровская С. Ф. Газовая хроматография — метод определения вредных веществ в воздухе и в биологических средах. М„ 1972.
Поступила 27.04.82
