Реферат: Обеспечение безопасности труда при очистке котлов

Наиболее интенсивно коррозионные процессы протекают в котлах, работающих на сернистых мазутах, подмосковном угле и других серосодержащих топливах. Различают высокотемпературную и низкотемпературную коррозию. Высокотемпературная коррозия наблюдается в топках и пароперегревателях, она вызывается сульфидами, сероводородом Н₂S, сложными сульфатами щелочных металлов типа K₂Fe(SO₄)₂ или Na₃Fe(SO₄)₂, соединениями ванадия, характеризующимися низкими температурами плавления и высокой коррозионной активностью. Ванадиевая, сульфатная коррозия может быть уменьшена при отсутствии избыточного кислорода, что достигается, например, сжиганием мазута с малыми избытками воздуха. Вместе с тем уменьшение избытков воздуха может активизировать сульфидную или сероводородную коррозию, отмечавшуюся, например, при сжигании некоторых видов топлива (марка АШ, подмосковный уголь) в зоне соударения горящего факела с топочными экранами. Организация безударного (в экраны) горения, изменение распределения воздуха и топлива по горелкам позволяют машинисту уменьшить этот вид коррозии.

Низкотемпературная коррозия наблюдается преимущественно в воздухоподогревателях и вызвана конденсацией влаги на стенках труб. Наиболее интенсивно коррозия протекает при появлении конденсата серной кислоты (сернокислотная коррозия). Например, иногда при сжигании высокосернистых мазутов ресурс работы воздухоподогревателей (ВП) сокращается до 0,5-1 года. Появление неплотностей в трубах ВП увеличивает перетечку воздуха в уходящие газы, сокращает количество воздуха на горение и ведет к росту затрат на тягу и дутье; в ряде случаев из-за нехватки тяги или воздуха снижают нагрузку котла.

Температура, при которой на трубах наблюдается появление конденсированной жидкой пленки, называется температурой точки росы дымовых газов. В зависимости от содержания SО(SО) и водяных паров в дымовых газах температура точки росы может доходить до 160-170 °С, а низкотемпературная коррозия может наблюдаться при температурах газа 180-190°С. Наибольшая интенсивность низкотемпературной сернистой коррозии отмечается в диапазоне температур стенки труб 100-120 °С.

Образование серного ангидрида SO₃ происходит в результате доокисления сернистого ангидрида SO₂ по реакции [48]:

2SO₂+O₂ 2SO₃. (6.1)

В протекании этой реакции значительную роль играют катализаторы, в качестве которых могут быть оксиды ванадия, железа, в значительных количествах присутствующие в золе, отложениях и поверхностной пленке труб. Образование SО₃ уменьшается при работе котла с малыми избытками воздуха, что используется в качестве метода борьбы с низкотемпературной коррозией.

Низкотемпературная коррозия и ее последствия могут быть также ослаблены в случае применения рециркуляции воздуха, коррозионно-стойких материалов (стекло, керамика, эмалированные покрытия и др.), различных присадок, увеличения температуры стенок. Для снижения затрат на ремонт воздухоподогревателей первые (по воздуху) наиболее холодные и коррозируемые секции выполняют в виде отдельной легкозаменяемой поверхности.

Наиболее доступным для машинистов средством снижения коррозии воздухоподогревателей является подогрев воздуха (до 60-100 °С) на входе путем рециркуляции части горячего воздуха. При этом повышается температура стенки труб. На высокосернистых топливах предварительный подогрев производят иногда до 90-110 °С, а при сжигании природного газа подогрев можно не производить [8].

5. Обеспечение экологической безопасности работы паровых и водогрейных котлов

Горение топлива в котлах и его виды

Горение - это реакция, при которой происходит превращение химической энергии топлива в тепловую. Горение бывает полное и неполное. При полном горении вся химическая энергия топлива превращается в тепловую.

Чтобы горение в топке парового или водогрейного котла было полным, требуется постоянное поступление в топку достаточного количества воздуха и его хорошее перемешивание с топливом. Кроме того, для полного горения необходимы достаточный объем топочного пространства и высокая температура в топке (не ниже 1000 С).

При полном горении твердого или жидкого топлива цвет пламени в топке должен быть соломенно-желтым, а при горении газообразного топлива - прозрачно-голубоватым, без желтых языков. Если же цвет пламени красный или желтый с дымными полосами, то, следовательно, горение неполное. Причинами этого могут быть нехватка воздуха для полного горения, плохое перемешивание воздуха с топливом, малый топочный объем или низкая температура в топке.

При неполном горении цвет пламени красный с дымными полосами, а из трубы идет черный дым, так как не весь углерод, имеющийся в топливе, сгорает, т. е. соединяется с кислородом воздуха. В горячих отходящих газах остается много несгоревших, но разогретых докрасна частиц углерода, которые и придают пламени такой цвет.

Теоретически для сгорания 1 кг топлива требуется воздуха, м³:

а) бурого угля 4,8;

б) каменного угля 8,4;

в) полуантрацита и антрацита 8,74;

г) мазута 11;

д) природного газа 9,85.

Практически для обеспечения полного сгорания топлива в топку следует подавать воздуха немного больше теоретически необходимого количества, потому что только теоретически необходимого количества воздуха для перемешивания с летучими горючими веществами недостаточно. Число, показывающее, насколько действительное количество воздуха больше теоретически необходимого, называется коэффициентом избытка воздуха (отношение действительного количества воздуха, практически подаваемого в топку, к теоретически необходимому количеству), т. е. = V_ф/V_о [7].

Машинисты паровых и водогрейных котлов должны помнить: чем меньше коэффициент избытка воздуха, тем котел работает эффективнее, потому что чрезмерный избыток воздуха нарушает процесс горения и сопровождается рядом тепловых потерь в котельной установке. Избыточный воздух в топке следует поддерживать на нужном уровне, благодаря чему котел будет работать с меньшими потерями теплоты, а значит, с высоким кпд.

На практике целесообразно применять при сжигании топлива следующие коэффициенты избытка воздуха для различных видов топлива:

а) бурого угля - 1,5;

б) каменного угля - 1,4;

в) полуантрацитов - 1,3;

г) антрацитов - 1,3;

д) мазута - 1,15-1,2;

е) природного газа - 1,05-1,1.

Состав продуктов сгорания и характеристика вредных веществ

В состав продуктов сгорания топлива входят: углекислый газ СО₂; оксиды азота и серы NO₂, SO₂; оксид углерода СО; водяные пары Н₂О; азот N₂, содержащийся в топливе и атмосферном воздухе; избыточный кислород О₂, который содержится в продуктах сгорания топлива, так как само горение протекает неидеально, поэтому приходится подавать в топку воздуха больше, чем необходимо теоретически.

Оксиды азота, образующиеся вследствие окисления азота в ядре факела пламени всех видов топлива, являются очень токсичными соединениями. Основной фактор, влияющий на количество образующихся в топке оксидов азота, - температура в ядре факела. При температурах 1800-1900 С и наличии свободного кислорода концентрация оксидов азота, образующихся в факеле, превышает допустимую в свежем воздухе в 1-20 тыс. раз. Кроме отравляющего действия на организм человека, оксиды азота вызывают интенсивную коррозию металлических поверхностей. Очистка продуктов сгорания от оксидов азота способами улавливания технически сложна и в большинстве случаев экономически нерентабельна.

Весьма вредным является выброс в атмосферу сернистого газа. Он обладает резким запахом, но не имеет цвета. Содержание оксидов серы в продуктах сгорания практически не зависит от качества организации топочного процесса и определяется в основном содержанием серы в топливе. Сернистый газ гибельно воздействует на зеленые насаждения, особенно на плодовые и хвойные деревья, а также на посевы. Кроме вредного воздействия на все живое, сернистый газ вызывает усиленную коррозию металлических поверхностей и порчу различных веществ и материалов. При наличии сернистого газа снижается также прозрачность атмосферы. Содержание серного ангидрида в продуктах сгорания котельного топлива не превышает 3 % содержания сернистого газа, однако при выходе из дымовой трубы под действием солнечной радиации сернистый ангидрид окисляется в серный, а затем, соединяясь с водой, может образовывать серную кислоту.

Токсичным веществом является также оксид углерода СО. Это соединение образуется в случае неполного сгорания углерода при сжигании практически всех видов топлива. Количество оксида углерода может составлять при сжигании твердых топлив до 2 % массы сжигаемого топлива, при сжигании газа и мазута - 0,05 %. Оксид углерода не имеет запаха и цвета, что затрудняет его обнаружение.

Формальдегид - газ с резким неприятным запахом, обладающий высокой токсичностью. Содержание формальдегида в продуктах сгорания наблюдается в малых отопительных котельных при сжигании мазута в условиях, когда имеется общий или местный недостаток воздуха.

В продуктах сгорания, выбрасываемых в атмосферу, находятся также канцерогенные вещества. Наиболее распространенным и сильнодействующим из них является так называемый 3,4-бензапирен (С₂₀Н₁₂ - продукт гидролиза угля и углеводородных газов). На количество 3,4-бензапирена влияет режим работы топки, особенно величина температуры в ядре факела и количество имеющегося там кислорода. Бенз(а)пирен образуется при высокой температуре в случае недостатка воздуха для полного сгорания топлива. Частицы твердого углерода сгорают медленнее всего. При догорании они раскаляются, поглощают другие вещества и придают пламени характерную желтую окраску. Наличие желтой окраски пламени свидетельствует о том, что в продуктах сгорания имеются канцерогенные вещества. Много канцерогенных веществ образуется при режимах горения с сажеобразованием.

Вредное воздействие золовых частиц на организм человека зависит от размеров частиц, их концентрации в воздухе, дисперсности и твердости. Количество выбрасываемых золовых частиц зависит от состава твердых топлив, конструкции топочных устройств и эффективности работы золоуловителей. Золовые частицы вредно воздействуют на живые организмы, загрязняют атмосферу, что приводит к снижению видимости и солнечной освещенности, загрязнению поверхностей зданий и сооружений и их разрушению, уменьшению фотосинтеза, осуществляемого растениями. Степень вредного влияния основных вредных веществ (токсогенов) на человеческий организм различна (табл. 4).

Таблица 4. Содержание в воздухе и вредное влияние токсичных веществ на организм человека

В последние десятилетия на всем земном шаре стало заметно ощущаться значительное загрязнение окружающей среды. Ежегодно в океан попадает около 10 млн т нефтепродуктов, промышленные предприятия и транспорт выбрасывают в атмосферу около 1 млрд т аэрозолей и столько же сажи, в водоемы поступает свыше 500 млрд т промышленных отходов. В связи с этим возникли обоснованные опасения возможности неблагоприятного изменения свойств атмосферы и климата планеты из-за колоссальных количеств поступающих в воздух теплоты и оксида углерода при ежегодном сжигании 10 млрд т условного топлива [11, 16, 18, 21, 30].

Критериями оценки санитарного состояния среды и качества атмосферного воздуха являются предельно допустимые концентрации токсичных веществ в воздухе или воде водоемов. Под ПДК следует понимать такую концентрацию различных веществ и химических соединений, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний. Различают среднесуточные и максимально разовые предельно допустимые концентрации. Среднесуточные ПДК предназначены для исключения возможности воздействия токсичных веществ на организм человека в течение длительного времени. Максимально разовые ПДК установлены для веществ, обладающих раздражающими воздействиями или резкими запахами, в дополнение к среднесуточным.

В табл. 5 приведены ПДК вредных веществ, находящихся в воздухе, утвержденные главным санитарно-эпидемиологическим управлением Минздрава РФ.

Расчеты ведутся по каждому вредному веществу в отдельности с тем, чтобы концентрация любого из них не превышала значений, приведенных в табл. 5. Для котельных установок эти условия ужесточены решением Минздрава РФ о введении дополнительных требований необходимости суммирования воздействия оксидов серы и азота, которое определяется из уравнения

, (7.1)

где и - фактические концентрации соответствующих веществ в уходящих газах, мг/м³. Их ПДК приведены в табл. 5.

Таблица 5. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе для населенных мест