ЭКОЛОГО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАБОТЫ КОТЛОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ОТРАСЛИ

Сидоров Ю.П.¹, Сафронова Д.С.²

¹доктор технических наук, профессор, ² аспирантка, МИИТ

ЭКОЛОГО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РАБОТЫ КОТЛОВ МАЛОЙ МОЩНОСТИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ ОТРАСЛИ

Аннотация

В настоящей работе производится оценка негативного воздействия на атмосферу за счет выброса пыли и оксидов азота, серы и углерода. Приведены расчеты по 19 видам твердого топлива различных месторождений на территории России и при их сжигании в слоевых котлах малой мощности. А также для удобства сравнения негативного воздействия от выброса загрязняющих веществ в атмосферу, при сжигании топлив в котлах, используются понятие экобалльной оценки.

Ключевые слова: Котлы, твердое топливо, выбросы в атмосферу, экобаллы.

Sidorov Y.P.² , Safronova D.S.²

¹professor; ²PhD student, MIIT

ENVIRONMENTAL ASSESSMENT OF POWER BOILER LOW POWER USED IN THE RAIL INDUSTRY

Abstract

In the present work is assessed the negative impact on the atmosphere due to emissions of dust and oxides of nitrogen, sulfur and carbon. Calculations for 19 different types of solid fuel deposits in Russia and they are burned in boilers layered low power. Also for your convenience the negative impact from the release of pollutants into the atmosphere by burning fuels in boilers, used the concept of ekoballnoy assessment.

Keywords: Boilers, solid fuel, emissions, ecopoints.

На предприятиях железнодорожного транспорта при получении тепловой энергии для систем теплоснабжения зданий и обеспечения технологических процессов в большинстве своем используются котельные установки с относительно небольшой теплопроизводительностью. Тепловая мощность таких котлов, как правило, не превышает 6,0 ГДЖ/час, что в паровом исчислении составляет около 2,5 т/час. В зависимости от территориального расположения котельной, а также возможностей получения и доставки топлива, для выработки тепловой энергии используются газ, мазут или твердое топливо, в том числе торф и дрова. Сжигание твердого топлива в котельных установках малой мощности осуществляется, как правило, слоевым способом с применением неподвижной или цепной подвижной решетки в топочной камере. В результате этого наблюдаются значительные потери тепловой энергии, а коэффициент полезного действия таких котельных агрегатов не превышает 70-80%. Используемый для сжигания уголь может поступать из различных источников месторождения и, как следствие, отличаться по своим физико-химическим характеристикам. В процессе сгорания углей, поступающих из различных месторождений, образуются вредные химические соединения, массовые количества которых существенно отличаются друг от друга. Это приведет к различным негативным влияниям на окружающую среду.

Поэтому, при выборе твердого топлива как источника обеспечения тепловой энергии, необходимо учитывать не только его энергетическую характеристику в виде удельной энергетической плотности, но и ущерб окружающей среде, наносимый как за счет выбросов загрязняющих веществ с дымовыми газами в атмосферу, так и за счет образования зольных остатков, которые необходимо передавать для утилизации на полигон. В настоящей работе представлены результаты расчетов негативного экологического воздействия на окружающую среду при сжигании углей из различных месторождений в слоевых топочных камерах котлов малой теплопроизводительности. В расчетах процессов сжигания в котельных установках были использованы каменные и бурые угли следующих месторождений: Бабаевское (Б), Назаровское (Б), Канское (Б), Подмосковное (Б), Челябинское (Б), Донецкое (АРШ), Кемеровское (ПС), Прокопьевско-Киселевское (СС), Егоршинское (А), Ленинское (Д), Анжеро-Судженское (ПС), Минусинское (Д), Междуреченское (Г), Карагандинское (ПЖ), Воркутинское (ПЖ), Интинское (Д), Кизеловское (Д), Черемховское (Д), Липовецкое (Д), Сучанское (ПЖ).

При выборе источников месторождения топлива нами преследовалась одна цель – охватить широкий спектр изменения как энергетических, так и физико-химических характеристик, чтобы оценить возможные пределы экологического негативного воздействия на окружающую среду при сжигании используемых видов топлива.

Для возможности сравнения энергетических и экологических показателей при слоевом сжигании твердого топлива из различных месторождений в малых котлах различных типов и паропроизводительности расчеты приведены к удельным показателям в пересчете на выработку в котельной установке тепловой энергии в размере 1 ГДж/час. Этот показатель соответствует паропроизводительности котла для использования в системе теплоснабжения в количестве 0,4 т/час. Результаты расчетов по оценке энергетических и экологических показателей слоевых котлов с паропроизводительностью до 1 т/час и коэффициентом полезного действия до 70% представлены в таблице 1.

Таблица 1 − Энергетические и экологические показатели при сжигании углей в котлах с неподвижной решеткой, приведенные к теплопроизводительности в 1 ГДж/час

№	Месторождение и тип топлива	Удельный расход топлива В, кг/ГДж-час	Удельные выбросы в атмосферу, Мi, г/час				Масса шлака Мш, кг/ч
			NO2	SO2	CO	пыль
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Бабаевское (Б)	154,8	3,924	835	2668	7275	3,561
2	Назаровское (Б)	115,2	4,284	1245	2714	5688	2,606
3	Канское (Б)	96,84	4,356	522	2664	6008	3,869
4	Подмосковное (Б)	137,88	3,355	4219	2664	11628	20,744
5	Челябинское (Б)	92,16	4,305	1159	2675	9288	13,66
6	Донецкое (АРШ)	56,88	4,147	1227	1307	7812	1,801
7	Кемеровское (ПС)	54,00	4,284	486	1292	6804	1,134
8	Прокопьевско-Киселевское (СС)	50,74	4,248	367	1304	4945	0,281
9	Егоршинское (А)	58,68	4,208	421	1300	10368	6,649
10	Ленинское (Д)	54,94	4,194	396	1304	7272	0,804
11	Анжеро-Судженское (ПС)	51,48	4,255	554	1307	5750	0,53
12	Минусинское (Д)	54,36	4,158	291	1296	5500	0,153
13	Междуреченское (Г)	66,96	3,840	3736	2700	6550	10,72
14	Карагандинское (ПЖ)	64,80	3,978	932	1991	9180	7,02
15	Воркутинское (ПЖ)	58,32	4,061	421	1994	6800	4,047
16	Интинское (Д)	79,20	3,672	2707	2675	7070	12,561
1	2	3	4	5	6	7	8
17	Кизеловское (Д)	69,12	3,816	5720	2689	6649	11,668
18	Черемховское (Д)	74,16	3,769	666	2689	6300	9,644
19	Липовецкое (Д)	76,32	3,874	414	2685	7272	13,761
20	Сучанское (ПЖ)	60,48	3,967	436	2171	6372	7,841

 

Анализ данных таблицы 1 показывает, что худшим энергетическим показателям отвечают бурые угли, особенно Бабаевского и Подмосковного месторождения. Для выработки единицы тепловой энергии с использованием бурых углей требуются значительные массовые расходы, что приводит к дополнительным издержкам на транспортировку этого вида топлива к местам их использования. Наименьшими удельными расходами топлива отличаются антрациты и каменные угли Воркутинского и Сучанского месторождений. Однако, по удельным выбросам различных загрязняющих веществ в атмосферу и по объему образующихся шламов при сжигании рассмотренных топлив наблюдаются значительные расхождения. Так, в частности, по удельным выбросам диоксида азота значительных расхождений для всех видов рассмотренных топлив не наблюдается. По выбросам угарного газа увеличенные объемы соответствуют бурым и каменным углям Междуреченского, Интинского, Кизеловского, Черемховского и Липовецкого месторождений. Повышенные выбросы диоксида серы соответствуют углям с большим содержанием серы. К ним относятся бурые угли Подмосковного и Челябинского месторождений, Донецкий антрацит марки АРШ и каменные угли Междуреченского, Интинского и Кизеловского месторождений. Наибольшее количество выбросов пыли наблюдается при сжигании углей Подмосковного и Егоршинского месторождений. Учитывая, что все перечисленные загрязняющие атмосферу вещества обладают различными величинами предельно допустимых концентраций (ПДК), а, следовательно, и различным уровнем негативного воздействия на атмосферу, в настоящей работе была сделана попытка оценить негативное экологическое воздействие на атмосферу при выбросе различных загрязняющих веществ в процессе сжигания топлив единым экологическим показателем.

Для этой цели была использована система экобалльного учета выбросов загрязняющих веществ, учитывающая как качественные, так и количественные показатели.

Под единичной удельной величиной экобалла принимается единичное воздействие на атмосферу при выбросе 1 г окиси углерода. Удельные величины экобаллов, соответствующие выбросам 1 г диоксида азота, диоксида серы и угольной пыли, определяется по соотношениям максимально разовых значений ПДК окиси углерода и другого загрязняющего вещества. Так, например, удельная величина экобалла при выбросе 1 г диоксида азота составляет:

Удельные величины экобаллов для диоксида серы и угольной пыли составят, соответственно, 10 и 100 величин.

Зная удельные величины выбросов загрязняющих веществ в течение часа при тепловой нагрузке в 1 ГДж/час, можно определить суммарные величины экобаллов за счет выбросов в атмосферу при сжигании различных видов топлива.

Результаты расчетов по оценке негативного воздействия на атмосферу за счет выбросов загрязняющих веществ при сжигании различных видов топлива при условии выработки в котлах единицы тепловой энергии (1 ГДж/час) представлен в таблице 2.

Таблица 2 − Негативное воздействие на атмосферу в экобаллах в час

№	Месторождение и тип топлива	Величины экобаллов от выброса				Суммарная величина экобаллов
		NO2	SO2	CO	пыль
1	2	3	4	5	6	7
1	Бабаевское (Б)	98	8350	2668	727500	738616
2	Назаровское (Б)	107	12450	2714	568800	584021
3	Канское (Б)	109	5220	2664	600800	608793
4	Подмосковное (Б)	82	42190	2664	1162800	1207736
5	Челябинское (Б)	108	11590	6675	928800	943173
6	Донецкое (АРШ)	104	12270	1307	781200	794881
7	Кемеровское (ПС)	107	4860	1292	680400	686659
8	Прокопьевско-Киселевское (СС)	106	3670	1304	494500	499580
9	Егоршинское (А)	105	4210	1300	1036800	1042415
10	Ленинское (Д)	105	3960	1304	727200	732569
11	Анжеро-Судженское (ПС)	106	5540	1307	575000	581953
12	Минусинское (Д)	104	2910	1296	550000	554310
13	Междуреченское (Г)	96	37360	2700	655000	695156
14	Карагандинское (ПЖ)	99	9320	1991	918000	929350
15	Воркутинское (ПЖ)	101	4210	1994	680000	686305
16	Интинское (Д)	92	27070	2675	707000	736837
17	Кизеловское (Д)	95	57200	2689	664900	724884
18	Черемховское (Д)	94	6660	2689	630000	639443
19	Липовецкое (Д)	97	4140	2685	727200	734122
20	Сучанское (ПЖ)	99	4360	2171	637200	643830

В соответствии с оценкой негативного воздействия на атмосферу при сжигании топлив по системе экобаллов к наихудшим с точки зрения экологии следует отнести угли Подмосковного, Челябинского, Егоршинского и Карагандинского месторождений. Наилучшие экологические показатели по выбросам в атмосферу наблюдаются при использовании углей Назаровского, Миусского и Анжеро-Судженского месторождений.

Дополнительное негативное воздействие на окружающую среду оказывает и шлак, образующийся при сжигании углей. Так как в настоящее время уровень негативного воздействия на окружающую среду за счет образования угольного шлака в экобалльной системе не представляется возможным, то в рамках настоящей работы проведена экологическая оценка негативного воздействия на окружающую среду процессов горения различных видов твердого топлива в котлах малой производительности. При этом в основу экономической оценки были положены нормативы платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу и нормативы платы за утилизацию угольного шлака на полигоны. При оценке платежей никакие повышающие коэффициенты, учитывающие место расположения котельной на территории РФ, а также за сверхнормативные выбросы не учитывались. Угольный шлак был отнесен к отходам 4 класса опасности.

Результаты эколого-экономической оценки ущерба, наносимого окружающей среде при использовании различных видов топлива, представлены в таблице 3.

Таблица 3 − Эколого-экономический ущерб окружающей среде от сжигания углей при удельной выработке тепловой энергии 1 ГДж/час

№	Месторождение и тип топлива	Ущерб окружающей среде от выбросов в атмосферу, руб./1 ГДж-час	Ущерб от утилизации шлака, руб./1 ГДж-час	Суммарный ущерб окружающей среде, руб./1 ГДж-час
1	2	3	4	5
1	Бабаевское (Б)	0,785	0,885	1,670
2	Назаровское (Б)	0,6204	0,6473	1,2677
3	Канское (Б)	0,666	0,961	1,627
4	Подмосковное (Б)	1,419	5,160	6,579
5	Челябинское (Б)	1,006	3,393	4,399
6	Донецкое (АРШ)	0,860	0,447	1,307
7	Кемеровское (ПС)	0,7217	0,2816	1,003
8	Прокопьевско-Киселевское (СС)	0,6588	0,0698	0,7286
1	2	3	4	5
9	Егоршинское (А)	1,087	1,652	2,739
10	Ленинское (Д)	0,7661	0,199	0,966
11	Анжеро-Судженское (ПС)	0,6159	0,1316	0,7475
12	Минусинское (Д)	0,5794	0,038	0,6174
13	Междуреченское (Г)	0,832	2,662	3,494
14	Карагандинское (ПЖ)	0,983	1,744	2,727
15	Воркутинское (ПЖ)	0,7191	1,005	1,724
16	Интинское (Д)	0,845	3,120	3,935
17	Кизеловское (Д)	0,709	2,898	3,608
18	Черемховское (Д)	0,6780	2,3955	3,073
19	Липовецкое (Д)	0,766	3,407	4,173
20	Сучанское (ПЖ)	0,6758	1,9474	2,623

Анализ данных таблицы 3 показывает, что в настоящее время наибольший вклад в эколого-энергетический ущерб окружающей среде составляют платежи от утилизации шлаков. Однако, следует учитывать тот фактор, что платежи за выбросы в атмосферу приняты без учета повышения коэффициентов. При их учете для отдельных регионов ущерб от выбросов может увеличиваться в два раза, что может повлиять на рейтинг выбора топлива с точки зрения экологических платежей. Предполагаемое многократное увеличение нормативной платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу может привести к тому, что стоимость экологических платежей будет сопоставима ос стоимостью самого топлива, это потребует от предприятия строительство и введение в эксплуатацию газоочистных установок, которые в настоящее время используются лишь в отдельных котельных.