Характеристика дымовых газов МСЗ

В составе дымовых газов МСЗ, помимо названных выше взвешенных веществ и оксидов, могут присутствовать при наличии в сжигаемых ТБО хлор- и фторсодержащих компонентов (в частности, в массе некоторых пластмассовых отходов) хлорид водорода HCl и фторид водорода HF. Наряду с этим, отходящие газы МСЗ отличаются от дымовых газов энергетических установок, работающих на природном топливе, высоким (от 10 до 20 %) содержанием водяных паров, что обусловлено значительной влажностью ТБО. Среди загрязняющих дымовые газы МСЗ веществ могут присутствовать также полихлордибензодиоксины (ПХДД) и полихлордибензофураны (ПХДФ).

Степень опасности загрязнения атмосферного воздуха на уровне дыхания человека выбросами вредных веществ промышленных предприятий и котельных в нашей стране определяют по величине концентрации вредности (загрязнения) при неблагоприятных метеорологических условиях, значение которой не должно превышать ПДК.

Результаты прямых аналитических определений свидетельствуют, что содержание вредных веществ в выбросах из дымовых труб МСЗ (при отсутствии газоочистного оборудования) превышает нормативы в 3-200 раз в зависимости от состава сжигаемых отходов, конструкции печи и режима ее работы. Дымовые газы отечественных МСЗ содержат от 1500 до 5000 мг/м³ взвешенных частиц. МСЗ не являются крупными (по сравнению с предприятиями теплоэнергетики, функционирующими на твердом и жидком топливе) источниками загрязнения атмосферного воздуха оксидами серы из-за сравнительно малого ее содержания в ТБО – 0,05-0,3 % от общей массы (содержание серы в мазутах, сланцах и подмосковных углях составляет соответственно 0,5-5, 3-4 и 2,5-4 %). Кроме того, при сжигании ТБО часть ее переходит в сульфаты, остающиеся в шлаке.

Содержание оксидов азота в дымовых газах МСЗ определяется температурой в топках соответствующих агрегатов, обычно находящейся в интервале 850-1000 ºС, в то время как интенсивное образование оксидов азота имеет место при температурах выше 1100 ºС.

Среди других газообразных токсикантов дымовых газов МСЗ следует отметить альдегиды и органические кислоты, образующиеся при неполном окислении пищевых отходов, жиров, масел и некоторых других компонентов ТБО. Кроме того, следует иметь в виду возможность поступления в окружающую среду при сжигании ТБО канцерогенных веществ (бенз(а)пирен, бенз(а)антрацен, керонен, фенантрен и пирен). Однако с учетом улавливания современными пылеулавливающими устройствами до 99% летучей золы, сорбирующей названные канцерогены, а также ее рассеивания через дымовые трубы концентрация этих веществ в приземном слое воздуха оказывается существенно меньшей величин действующих ПДК.

Кроме указанных загрязняющих веществ, в дымовых газах МСЗ присутствуют аммиак, озон и некоторые другие вредные вещества, но их количества крайне незначительны.

Сложной проблемой при сжигании ТБО является образование диоксинов и фуранов.

Органическая химия насчитывает 75 соединений класса ПХДД и 135 соединений класса ПХДФ. Эти соединения можно встретить во многих искусственно полученных продуктах, таких как средства защиты растений (пестициды, гербициды), а также в минимальных количествах в изделиях, технология получения которых способствует образованию ПХДД и ПХДФ.

2,3,7,7-ПХДД при нормальных условиях представляет собой твердое вещество с молекулярной массой 321,8, имеющее температуру плавления 303-305 ºС и растворимость в воде 0,2 мкг·л^-1. Оно устойчиво в процессах окисления и восстановления, инертно к кислотам и щелочам, является стабильным до определенного уровня температур. При температуре 600 ºС начинает разлагаться, а при выдержке более 3 с при температуре свыше 1000 ºС полностью распадается.

Источником образования диоксинов являются химические процессы сжигания и термообработки сырья, содержащего хлорированные углеводороды, образующиеся на электростанциях, сжигающих бурый уголь, каменный уголь и мазут, мусоросжигательных заводах, установках огневого обезвреживания ряда промышленных и специфических отходов. Поставщиками диоксинов являются также работающие бензиновые и дизельные двигатели, процессы жарения и копчения, сжигания древесины, топливных брикетов, кокса, масел, различные виды пожаров, включая возгорания электрических трансформаторов, заполненных маслами, содержащими полихлорированные бифенилы. Кроме того, доказано, что смет на улицах крупных городов содержит диоксины.

Необходимо отметить, что обнаружение диоксинов весьма затруднено, так как обычно речь идет об их количествах, измеряемых нано- и пикограммами на единицу массы или объема. Например, содержание (в пг/г) 2,3,7,8-ПХДД составляет в саже выхлопных газов дизельных двигателей – 1-4, в саже дымоходов отопительных печей -1-100, в пепле сигарет – 1, в смете городских улиц – 6-50.

ТБО содержат как диоксины (например, в составе отработанных масел и некоторых других веществ), так и вещества, из которых могут образовываться диоксины при охлаждении дымовых газов после сжигания отходов. Такими веществами являются, в частности, ПХВ, уголь, древесина, NaCl, HCl. Образующийся при сжигании ТБО шлак вследствие избытка воздуха и быстрого охлаждения не содержит диоксинов. Охлаждаемые дымовые газы уже при 450 ºС содержат диоксины, фиксируемые золой-уносом. Кроме того, зола-унос содержит тяжелые металлы. В этой связи улавливаемую от отходящих газов МСЗ золу необходимо складировать в отвалах, защищенных от воздействия влаги и ветра, или подвергать специальной обработке (переводя, в частности, в связанную и нерастворимую форму, например, путем остекловывания).

Электрофильтры систем газоочистки МСЗ могут в среднем уловить 90 % ПХДД и ПХДФ, образовавшихся при охлаждении дымовых газов и адсорбированных летучей золой. Можно оценить выброс в атмосферу диоксинов. МСЗ, где ежегодно сжигают 8 млн.т. ТБО, образует 40 г диоксинов в год. При адсорбции 82 % их массы годовое поступление в атмосферу составляет 7,2 г.

Это свидетельствует о весьма ничтожных количествах диоксинов, содержащихся в тысячах тонн золы и рассеиваемых с миллионами м³ дымовых газов. Считают, что такое количество диоксинов практически не может представить сколь-либо существенной опасности для населения.

Унос твердых частиц из топки возрастает при интенсификации шуровочного процесса и замене естественной тяги принудительной. Перегрузки по сырью также могут приводить к значительному возрастанию уноса из топки, величина которого зависит от типа и конструкции колосниковой решетки. Чем совершеннее организован процесс сжигания в топке, тем меньше запыленность уходящих дымовых газов и мельче взвешенные в них частицы.

Для выбора средств и систем золоулавливания большое значение имеют плотность подлежащих улавливанию частиц, их удельное электрическое сопротивление, дисперсный и химический составы.