Влияние водяной экологической защиты на характеристики продуктов сгорания при сжигании энергетических установок

Ю. В. Хрусталев, В. П. Лушев, М. Г. Потапов,

А. А. Павленко, В. В. Рейно

ВЛИЯНИЕ ВОДЯНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИ СЖИГАНИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

Рассмотрено влияние водяной экологической защиты на характеристики продуктов сгорания при сжигании энергетических установок.

Одним из основных способов ликвидации крупногабаритных зарядов твердого топлива является их статическое сжигание (СТС) на открытых стендах. При безсопловом варианте сжигания, как показали результаты измерений с использованием пирометров спектрального отношения, длина ядра факела с температурой 1200...2800 0С составляет 30.. .48 м.

Орошение факела водой рассматривается как средство обеспечения экологической защиты. При этом предполагается, что впрыск в факел воды создает условия для осаждения продуктов сгорания (ПС) в пределах санитарно-защитной зоны стенда, вследствие чего количество аэрозолей в облаке, покидающем границы полигона, может быть снижено.

Для минимизации экологического риска при СТС разработана система водной экологической защиты (ВЭЗ), которая включает в себя: емкость для воды, насосную станцию, сеть трубчатых коллекторов с отверстиями для впрыска воды, сливные водоводы, бассейн-отстойник.

Относительно малые скорость истечения и секундные расходы ПС позволяют использовать низконапорную ВЭЗ для полной очистки ПС от галогенов и оксида алюминия, при этом обеспечивается коэффициент расхода воды в диапазоне от 3,2 до 5,6, что полностью обеспечивает улавливание НО! и А^Оз- Ступенчатый по длине факела ввод воды в струю существенно повышает эффективность защиты и позволяет снизить температуру струи до 250.260 °С, а скорость ПС - до ~ 250 м/с.

Как показывает расчетный анализ, 55.60 % воды идет на парообразование, остальная ее часть вместе с захваченными НО! и А^Оз выливается на пол огневого двора и через водоводы сливается в отстойник. Указанное соотношение оценивалось по степени заполнения отстойника после каждого испытания.

Высота подъема облака ПС составляет 230.460 м, при этом имеет место выпадение осадков дождевого типа в санитарно-защитной зоне стенда.

Результаты экологического мониторинга показывают, что основная часть НО! и А^Оэ вымывается из струи ПС и сливается в отстойник. Жидкие остатки после испытания представляют собой сильнокислотную суспензию с pH =1,7...1,9, содержащую А^Оэ- Атмосферные замеры свидетельствуют о выпадении слабокислотных осадков в санитарнозащитной зоне стенда с концентрацией от 0,1 до 0,7 мг/мэ при фоновой концентрации

0,03.0,30 мг/м3. Вне этой зоны концентрация кислотной компоненты не превышает фоновую. Значимого увеличения концентрации неорганической пыли даже в рабочей зоне стенда не обнаружено, что свидетельствует о полном улавливании оксида алюминия.

Измерения температуры облака ПС над стендом проводились тепловизионным измерительным комплексом реального времени для атмосферных измерений с тепловизором Л0Л-780. Комплекс проградуирован по модели абсолютно черного тела до температуры 700 0С.

Применение кольцевого коллектора из одиннадцати ступеней, когда вода орошает факел по кольцу, при тех же расходах до 1000 л/с температура в облаке уже на высоте около 30 м, не превышает 400 С. Скорость подъема на высоте около 100 м составляет 1,0...1,5 м/с. В табл. 1 приведены результаты тепловизионных измерений параметров облака ПС.

Таблица 1 - Результаты тепловизионных измерений параметров облака продуктов сгорания над площадкой сжигания

Тип ЭУ Темпе- ратура, °С Влаж- ность, % Давление, кПа Направление, скорость ветра, град/ м/с Температура облака, °С, средняя/тах Ско- рость подъ- ёма, м/с Высота подъема, м

ЭУ-2 29 .31 28.33 98,6 200 /2 - 3 50,8 /64,6 4,8 290

ЭУ-3 без воды 30 .33 28.33 98,6 210 /2 - 3 203 / 105 3,8 230

ЭУ-1 18 .20 28.33 99,0 180 /1 - 2 52,3 /62,4 Более 7 Более 460

ЭУ-2 18 .20 3 5 8 4 99,2 270 /3 - 6 59,5 /68,5 4,5 270

ЭУ-2 18 .20 3 5 8 4 99,1 60 /8 -10 51,8 / 63,4 3,6 220

Фотография и термограмма облака, приведенная на рис.1, воспроизведена в близком масштабе. Время от начала сжигания 16,5 с. Высота верхней границы облака над гребнем обваловки около 56,0 м. Размер облака по горизонтали около 120,0 м. Средняя скорость вертикального подъема облака над отбойной стенкой 1,5 м/с. Средняя скорость движения облака по горизонтали 2,8 м/с.

15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Тшак 35,61

Tmin -0,84

mean 13,73

standard deviation 3,25

Рис. 1 - Термограмма и фотография облака ПС

На рис.2 приведены температуры облака ПС.

Анализ результатов видеорегистрации и тепловизионных измерений позволяет сделать следующие заключения.

1. Для однотипных установок на высоту подъема облака ПС оказывает влияние, прежде всего, скорость ветра. При скорости 4 м/с и близких значениях атмосферного давления высота подъема практически в два раза меньше, чем при скорости ветра менее 2 м/с.

2. Скорости подъема облака ПС для разных установок близки и не зависят от схемы сжигания, поскольку при горизонтальной схеме вертикальная составляющая потока формируется благодаря рельефу стенда: отбойная стенка высотой 34 м на расстоянии от 100 до 120 м от установки.

3. Используемая при СТС водяная экологическая защита позволяет осадить в зоне стенда до 55.60 % вредных компонентов ПС (АІ2О3 и НСІ). Остальная их часть рассеивается в атмосфере с концентрациями, не превышающими ПДК.

4. Результаты экологического мониторинга показывают, что проведение СТС на открытых стендах при соответствующем обеспечении экологической защиты и экологического контроля не влияет на состояние окружающей среды за пределами санитарнозащитной зоны стенда и не создает угрозы загрязнения.

Рис. 2 - Измерение температуры облака ПС при сжигании энергетической установки ЭУ-3 РСМ-52. Вертикальное сжигание без орошения факела водой: 1 - температура по оси факела на высоте от 15 до 25 м; 2 - высота подъема кромки облака с температурой от 40 до 55 0С на расстоянии 44 м от оси факела по направлению ветра; 3 - высота подъема кромки облака с температурой от 40 до 550С над площадкой сжигания по оси факела

© Ю. В. Хрусталев - ин-т проблем химико-энергетических технологий СО РАН, г. Бийск; В. П. Лушев - ФГУП «ФНПЦ «Алтай», г. Бийск; М. Г. Потапов - д-р техн. наук, ФГУП «ФНПЦ «Алтай», г. Бийск; А. А. Павленко - канд. физ.-ма. наук, ин-т проблем химикоэнергетических технологий СО РАН, г. Бийск; В. В. Рейно - ин-тут оптики атмосферы, г. Томск.