5.1 Введение
В настоящей главе рассматриваются меры по снижению уровня выбросов, образующихся при сгорании биомассы. Сначала рассматриваются выбросы, образующиеся при полном сгорании, а затем выбросы, образующиеся при неполном сгорании биомассы. Выбросы частиц, которые образуются как при полном, так и при неполном сгорании, рассматриваются в обоих разделах. Сначала описываются различные компоненты выбросов, а также их источники и воздействие на климат, окружающую среду и здоровье людей. Затем приводится обзор типичных уровней выбросов различных (промышленных) установок, работающих на биомассе. Указанные значения уровней выбросов в значительной степени зависят от характера мер, применяемых для снижения выбросов, и приводятся в качестве справочных значений, отражающих состояние существующих установок на биомассе, а не потенциал снижения уровня выбросов.
5.2 Выбросы, образующиеся при полном сгорании
Следующие выбросы в атмосферу образуются в результате полного сгорания топлива на установках, работающих на биомассе.
Двуокись углерода (CO2)
CO2, источником которого служит содержащийся в топливе углерод, является основным продуктом сгорания всех видов топливной биомассы. В целом, выброс CO2 в атмосферу является нежелательным, поскольку CO2 считается основной причиной, вызывающей парниковый эффект. Однако при сжигании древесной щепы количество выделяемого CO2 не превышает количества CO2, которое было связано древесиной во время роста дерева. Также при сжигании щепы выделяется такое же количество CO2, что и при разложении древесины, которое является основной альтернативой использованию древесины для производства энергии. Таким образом древесная щепа считается нейтральным материалом по CO2.
Оксиды азота (NOx)
Сумма оксидов азота NOи NO2, обозначаемая NOx, образуется в процессе горения в результате трех различных процессов: термический NOx (thermal Nox) образуется при высокой температуре (соответствующие концентрации образуются при температуре >1300oC) в результате окисления азота воздуха; быстрый NOx (prompt NOx) образуется в результате сгорания углеводородов молекулярного азота с образованием свободных радикалов; топливный NOx образуется из азота, содержащегося в топливе. Обычно NOx как продукт окисления образуется в максимальном количестве при высоком качестве горения топлива. Так как температура сгорания биомассы в современных технологических процессах составляет от 800oС до 1200oС, топливный NOx играет наиболее важную роль в составе выбросов. Выбросы топливного NOx возрастают с увеличением содержания азота в биомассе, коэффициента избытка воздуха и температуры горения до значения, при котором промежуточные соединения азота преобразуются в NOx, N2O, или N2. Однако доля топливного азота, преобразованного в NOx, уменьшается с увеличением содержания азота в топливе, как можно видеть из Рис. 5.1. На Рис. 5.2 показано относительные характеристики выбросов топливного, термического и быстрого NOx в зависимости от температуры горения. Обычно уровень выбросов NO2 значительно ниже, чем уровень выбросов NO. Уровень выбросов NOx можно уменьшить с помощью первичных и вторичных мер снижения уровня выбросов.
Рис. 5.1. Измеренная доля топливного азота, преобразованного в NOx, в различных видах топлива, применяемого на различных установках, работающих на древесном топливе, в зависимости от содержания азота в топливе и линия тренда.
Fuel-N content (вес.%) = Топливо-содержание N (вес.%)
Рис. 5.2. Уровень и типы выбросов NOx в зависимости от температуры и видов топлива.
NOx as NO2 at 11% O2 = NOx как NO2 при O2 11%
мг/mm3 = мг/мм3
Typical biomass combustion = Типичный процесс сжигания биомассы
Thermal NOx and prompt NOx = Тепловой NOxи быстрый NOx
Fuel NOx, UF-Chip Board = Топливный NOx, ДСП (клей UF)
Fuel NOx, herbaceous biofuels = Топливный NOx, травяное биотопливо
Fuel NOx, wood = Топливный NOx, древесина
time, O2 = время, O2
Thermal NOx for t = 0.5 s, O2 = 11 vol % = Топливный NOx, при t = 0,5 с, O2 = 11 объемных %
Prompt-NOx = Быстрый NOx
temp .[0C] = температура [0C]
Закись азота (N2O)
Выбросы N2O образуются при полном окислении содержащегося в топливе азота. Хотя уровни выбросов N2O по данным замеров на установках, осуществляющих сжигание биомассы, являются очень низкими, эти выбросы в некоторой степени способствуют образованию парникового эффекта из-за высокого коэффициента глобального потепления (КГП) N2O и разрушению озона в атмосфере. Выбросы N2O можно уменьшить с помощью первичных мер снижения уровня выбросов.
Оксиды серы (SOx)
Оксиды серы образуются в результате полного окислении содержащегося в топливе азота. При этом образуется, в основном, SO2 (>95%). Однако при более низких температурах также возможно образование некоторого количества SO3 (<5%). Источником серы, выделяющейся при сжигании древесной щепы, являются соединения серы, поглощенные деревом в период его роста. Следовательно сжигание щепы не изменяет общего количества серы в окружающей среде, однако выброс серы с дымом способствует загрязнению воздуха. Вместе с тем доставленная из леса чистая древесина содержит незначительное количество серы, и содержание серы в щепе часто имеет значения, находящиеся ниже предела обнаружения лабораторных приборов. Содержащаяся в топливе сера не полностью преобразуется в SOx; значительная ее часть остается в золе, и некоторая часть при более низких температурах выделяется в форме соли (K2SO4) или в форме H2S. Выбросы SO2 можно уменьшить с помощью первичных мер снижения уровня выбросов, таких как введение извести или известняка, или вторичных мер.
При сжигании щепы на отопительных установках образуется значительно меньшее количество выбросов SOх, чем при сжигании мазута или угля, которые часто заменяет биомасса. Если альтернативным топливом является природный газ, производство которого обеспечивает отсутствие в нем серы, использование щепы в качестве топлива не дает никаких преимуществ в отношении содержания SO в выбросах.
Хлористый водород (HCl)
Часть содержащегося в топливе хлора выделяется в форме HCl. Древесина имеет очень низкое содержание хлора. Однако возможно образование значительных количеств HCl из топливной биомассы, содержащей значительное количество хлора, такой как, многолетний злак Miscanthus, трава или солома, или в случае, когда используется щепа из лесов, расположенных на морском побережье, содержащая морскую соль, поглощенную из морского тумана.
Содержащийся в топливе хлор не полностью преобразуется в HCl; его основная часть образует соли (KCl, NaCl) в результате реакции с K и Na, а микроэлементы выделяются в форме диоксинов и компонентов органического хлора. Как и двуокись хлора, хлористый водород HCl способствует окислению, однако быстрее конденсируется (образуя соляную кислоту), и, следовательно, может вызывать не только повреждение материалов в месте образования, но также наносить вред растениям.
Выбросы HCl можно уменьшить посредством промывки топлива, что в ряде случаев используется для очистки соломы, или с помощью вторичных мер снижения уровня выбросов.
Частицы
Частицы образуются из нескольких источников. Они включают зольную пыль, образующуюся в результате уноса частиц золы дымовым газом, и соли (KCl, NaCl, K2SO4), образующиеся в результате реакций между K или Na и Cl или S. Другие частицы, образующиеся в результате неполного сгорания, рассматриваются в разделе 5.3. На крупных установках, работающих на биомассе, для снижения уровня выбросов частиц применяются вторичные меры по снижению уровня выбросов. Оптимальная конструкция топочной камеры позволяет в некоторой степени предотвратить вынос зольной пыли, увлекаемой с топочным газом, из камеры, которая оседает на дно камеры и затем удаляется как зольный остаток.
Тяжелые металлы
Все виды топлива из сырой биомассы содержат некоторое количество тяжелых металлов (наиболее важными из которых являются CU, Pb, Cd, и Hg). Эти тяжелые металлы остаются в золе или испаряются, оседают на поверхность частиц, выбрасываемых в атмосферу, или остаются внутри зольных частиц. Загрязненная биомасса, например, пропитанная или покрашенная древесина, может содержать значительно большее количество тяжелых металлов. Одним из примеров является содержание Cr и As в пропитанной древесине. Выбросы тяжелых металлов можно уменьшить с помощью вторичных мер снижения уровня выбросов.
Достарыңызбен бөлісу: |
