Санитарные нормы предотвращают прямое вредное воздействие на здоровье людей, но не исключают возможности неблагоприятного влияния на окружающую среду. В связи с этим разрабатывают нормы ограничений выброса абсолютных количеств веществ в окружающую среду для всех промышленных предприятий, включая котельные и тепловые станции. Такие ограничения называют нормами предельно допустимых выбросов. Утверждают их в законодательном порядке.
Практические методы сокращения вредных выбросов из котлов
Снизить выбросы вредных веществ котельными установками можно путем уменьшения содержания их в топливе, снижения количества вредных веществ, образующихся в процессе горения топлива, очистки продуктов сгорания от вредных примесей перед выбросом в атмосферу.
Уменьшение содержания токсичных веществ в топливе связано с большими трудностями. Очистка твердых топлив от примесей практически не осуществима, а жидких и газообразных (очистка мазута от серы на нефтеперерабатывающих заводах, получение малосернистого газа) требует значительных капитальных затрат и увеличивает эксплуатационные расходы. В этой связи очистка топлив от токсичных примесей в настоящее время применяется редко и не может быть рекомендована для действующих теплоэнергетических предприятий. Для котельных установок рекомендуется производить очистку продуктов сгорания перед выбросом их в атмосферу и принимать меры по уменьшению количества токсичных веществ, образующихся в процессе горения топлива. Однако наиболее радикальным методом уменьшения выброса вредных веществ является переход на сжигание газообразного топлива. Практика показала, что перевод котельных установок средней мощности с твердого топлива на газообразное обеспечивает снижение токсичности в 1-1,3 раза, малой мощности - в 4-5 раз. Поэтому в котельных установках малой мощности рациональнее применять только жидкие и газообразные топлива [9, 10, 17, 27].
При сжигании твердых и жидких топлив для улавливания летучей золы, частичек несгоревшего топлива и сажи применяют золоуловители и фильтры, серийно выпускаемые нашей промышленностью. Если происходит полное сгорание твердого или жидкого топлива, то практически вся сера сгорает, и в продуктах сгорания находится в основном малореакционный сернистый ангидрид. Очистку продуктов сгорания от серного и сернистого ангидридов осуществляют в мокрых скрубберах. Вода улавливает серный ангидрид хорошо, сернистый ангидрид - плохо. Поэтому для увеличения доли его улавливания применяют поглотители. При орошении потока продуктов сгорания известковым молоком можно добиться улавливания до 90 % сернистого ангидрида, причем стоимость очистки составляет всего около 12 % стоимости топлива. Однако при применении известковых суспензий в газоочистной аппаратуре образуются карбонатные отложения, затрудняется работа распылителей и жидкостных трактов системы газоочистки. Для устранения этих недостатков применяют известково-щелочной метод улавливания сернистого ангидрида, при котором оксиды серы улавливают с помощью щелочного раствора, а известь используют для подщелачивания жидкости. Этот метод рекомендуется применять только на технологическом оборудовании, выпускаемом серийно [11].
Очистка продуктов сгорания от оксидов азота технологически сложна и экономически не рентабельна, поэтому необходимо принимать все меры к снижению образования оксидов азота в топках, внедряя наиболее рациональные режимы горения. Основными методами снижения выхода оксидов азота и уменьшения их выброса в атмосферу являются следующие: снижение температуры в ядре факела; дробление крупного факела на несколько мелких; замена смесительных горелок подовыми; организация двухстадийного сжигания топлива. Температуру в ядре факела уменьшают отводом некоторого количества теплоты от ядра зоны горения при сжигании газа и мазута. Отвод теплоты осуществляют увеличением угла раскрытия и уменьшением длины амбразуры приточной водой или воздухом. В обоих случаях снижается температура в ядре факела и уменьшается выход оксидов азота. Имеются другие способы снижения температуры в ядре факела, однако для котельных установок малой и средней мощности они практически не приемлемы [11, 17, 18, 48].
При дроблении крупного факела на несколько мелких повышается отношение площади поверхности факела к объему, уменьшается время пребывания реагирующих веществ в зоне высоких температур и увеличивается периметр корня факела пламени, что вызывает повышение подсасывания продуктов сгорания в факел за счет внутритопочной рециркуляции. Все это приводит к снижению максимальной температуры в факеле и уменьшению выхода оксидов азота [8]. Дробление факела можно осуществить установкой двухсветных экранов, как это выполнено в котлах типа ТВГ [9]. Разделение факела на 6-8 отдельных частей снижает концентрацию оксидов азота в продуктах сгорания на 20-30 %. Замена смесительных горелок подовыми позволяет «растянуть» фронт факела пламени и снизить удельные тепловые нагрузки, а в котельных установках малой и средней мощности снизить концентрацию оксидов азота на 35-45 % [10].
Организация двухстадийного сжигания топлива заключается в том, что область горения разделяется на две зоны. В первую зону подают воздуха меньше, чем теоретически необходимо. Коэффициент избытка воздуха в этой зоне поддерживают равным 0,8-0,95. Это приводит к неполному сгоранию топлива при пониженной температуре, вследствие чего количество оксидов азота резко уменьшается. Для дожигания топлива во вторую зону горения подают воздух в количестве, обеспечивающем полное сгорание ( = 1,25-1,35) [11, 20, 36, 43, 44].
Отвод теплоты топочными экранами снижает температуру газов в первой зоне настолько, что второй этап сгорания топлива протекает при пониженных температурах и практически без образования оксидов азота. При двухстадийном сжигании газа количество образующихся оксидов азота уменьшается на 90 %, при сжигании мазута - на 70-75 % [11, 16].
Снизить содержание оксида углерода в продуктах сгорания топлива можно обеспечением правильного топочного процесса. Так, при сжигании газа и мазута выброс СО не превышает 0,05 %, а при тщательном регулировании процесса горения - 0,01 %. При работе котельных установок на мазуте необходимыми условиями полного сгорания являются: применение жидких присадок; достаточный подогрев и тонкость распыления; обеспечение правильного топочного процесса. Переход на газообразное топливо улучшает полноту сжигания и уменьшает количество образующихся канцерогенных веществ. Установлено, что при сжигании газообразного топлива с коэффициентом избытка воздуха в топке 1,05 в продуктах сгорания бенз(а)пирена оказывается не больше, чем в воздухе атмосферы. Вместе с тем при неправильном ведении процесса горения количество бенз(а)пирена может значительно увеличиться (до 50 раз при сжигании мазута и до 10 раз при сжигании природного газа). Таким образом, основным средством борьбы с загрязнением воздуха канцерогенными веществами является обеспечение максимальной полноты сгорания топлива [17, 21, 33, 34].
Для дальнейшего уменьшения концентрации токсичных продуктов сгорания в зоне выброса производится рассеивание их через дымовые трубы в атмосферу. Однако само по себе рассеивание не решает проблемы загрязнения окружающей среды. Поэтому необходимо прежде всего принимать все указанные меры к уменьшению выбросов токсичных веществ [35, 36, 43].
6. Разработка методики подготовки и проведения противоаварийных тренировок в производственно-отопительных котельных
Общие положения
Основным оборудованием, вырабатывающим тепловую энергию в производственных и отопительных котельных установках, являются паровые и водогрейные котлы, надежность и экономичность работы которых в значительной мере зависит от культуры эксплуатации оборудования. Повышение культуры эксплуатации теплоэнергетического оборудования прежде всего обусловлено квалификацией обслуживающего персонала. Качество подготовки оперативного инженерно-технического персонала и рабочих определяется не только уровнем теоретических знаний, но и умением самостоятельно, быстро и правильно ориентироваться и действовать при эксплуатации оборудования в возможных различных аварийных ситуациях.
В настоящем разделе разработаны и показаны теоретические и практические ситуационные упражнения для противоаварийных тренировок. Они предназначены для лучшего усвоения действующих правил Ростехнадзора, приобретения конкретных практических навыков эксплуатации оборудования производственно-отопительных котельных предприятий железнодорожного транспорта и других промышленных объектов.
Авторами использован опыт эксплуатации производственно-отопительных котельных, результаты многочисленных испытаний, выполненных специализированными наладочными организациями, а также опубликованные материалы о рациональной эксплуатации оборудования, включая экологическую безопасность.
Противоаварийные тренировочные учения (в дальнейшем - тренировки) - одна из обязательных форм производственно-технического обучения и повышения квалификации оперативного персонала. В процессе тренировки проверяется способность персонала самостоятельно решать задачи, связанные с ликвидацией аварий, ведется его обучение наилучшим способам их предупреждения и ликвидации, выявляются мероприятия, направленные на повышение надежности работы оборудования и его эксплуатации.
Нередко тренировки проводятся без использования положительного опыта отдельных предприятий. В некоторых случаях при проведении тренировок не выполняются требования Руководящих указаний по организации работы с персоналом на теплоэнергоустановках и в сетях о выставлении индивидуальных оценок всем, участвующим в тренировке, и доведении программ и результатов тренировки до сведения персонала.
Разработанная авторами методика подготовки и проведения противоаварийных тренировок составлена с учетом устранения существующих недостатков в их организации и с использованием положительного опыта ряда энергетических предприятий.
Отметим, что методика соответствует требованиям действующих Правил технической эксплуатации теплоэнергоустановок и Руководящих указаний по организации работы с персоналом на теплоэнергоустановках и в сетях.
Виды противоаварийных тренировок и методика их проведения
В производственных и отопительных котельных должны применяться следующие формы обязательного обучения и повышения квалификации персонала:
а) обучение на курсах повышения квалификации эксплуатационного персонала по специально разработанным программам, проводимое один раз в год, для изучения оборудования, оптимальных режимов и лучших приемов работы;
б) индивидуальный производственный инструктаж по безопасным и рациональным методам работы на эксплуатируемом оборудовании, проводимый не реже одного раза в три месяца;
в) противоаварийные тренировки, проводимые для проверки умения оперативного персонала самостоятельно, быстро и правильно ориентироваться в различных ситуациях, возникающих при эксплуатации оборудования;
г) изучение правил Ростехнадзора, правил техники безопасности, должностных и эксплуатационных инструкций, относящихся к работе оборудования котельных цехов.
Противоаварийные тренировки рекомендуется проводить с таким расчетом, чтобы каждый оперативный работник участвовал в них не реже одного раза в квартал. Лучше всего организовать тренировки на специальных тренажерах, мнемонических схемах, компьютерах и т. д. Можно проводить тренировки на резервном или работающем оборудовании, используя для этого специальные плакаты, которые персонал вывешивает на оборудовании. Руководитель тренировки должен проинструктировать персонал, подчеркнув при этом, что на резервном или работающем оборудовании категорически запрещается изменять положение задвижек, вентилей, кнопок управления и т. д. По окончании тренировки руководитель должен лично убедиться, что все плакаты, применявшиеся для тренировки, убраны с оборудования.
Тренировки с оперативным персоналом и их классификация. С оперативным персоналом должны проводиться следующие виды тренировок:
а) межсистемные и диспетчерские - в объединенных диспетчерских управлениях (ОДУ).
Межсистемной тренировкой считается тренировка, в теме которой аварийные ситуации являются общими для оборудования нескольких энергосистем и в которой вместе с диспетчером ОДУ участвует непосредственно подчиненный ему персонал не менее трех объектов.
В диспетчерской тренировке участвуют только диспетчеры ОДУ (энергосистемы, сетевого предприятия, района сетей);
б) общесистемные и диспетчерские - в районных энергетических управлениях (РЭУ).
Общесистемной тренировкой считается тренировка, тема которой включает аварийные ситуации для оборудования определенного участка энергосистемы с расположенными в нем электростанциями, сетевыми предприятиями (районами), подстанциями и другими объектами и в которой вместе с диспетчером энергосистемы участвует непосредственно подчиненный ему персонал не менее четырех объектов;
в) общестанционные, блочные и цеховые - на электростанциях.
Общестанционной тренировкой считается тренировка, тема которой включает аварийный ситуации для оборудования не менее половины имеющихся на электростанции цехов, связанных единым технологическим процессом производства тепловой и электрической энергии (топливно-транспортный, котлотурбинный цехи, электроцех и др., и в которой вместе с дежурным инженером электростанции участвует оперативный персонал этих цехов.