Основным элементарным актом получения энергии на теплоэнергетических объектах является процесс горения. Он реализуется преимущественно в котлах, предназначенных для выработки тепловой энергии в виде пара и горячей воды. Также процессы горения реализуются в так называемых огнетехнических установках, например, в печах.
Источником тепловой энергии в таких установках является топливо. Состав органических видов топлива: углерод, водород, кислород, азот и сера.
Количество выделяемого при горении тепла характеризуется теплотой сгорания топлива. Основная теплота образуется при горении углерода (34,4 МДж/кг) и водорода (10,8 МДж/кг). Теплота сгорания серы 9,3 МДж/кг.
В органическом топливе присутствуют также минеральные примеси кремнезем Si02, глинозем Аl203, сульфиды FeS2, карбонаты CaC03, MgC03, FeC03, сульфаты CaS04, MgS04, оксиды металлов, фосфатов, хлоридов, соли щелочных металлов.
В процессе горения образуются вредные соединения.
При выходе в атмосферу выбросы теплоэнергетических систем в своем составе содержат газообразную, жидкую и твердую фазы. При выходе в атмосферу состав выбросов может изменяться за счет процессов осаждения, распада компонентов по массе, химическим реакциям с компонентами воздуха, взаимодействуя с воздушными потоками, атмосферными осадками, солнечной энергией. В результате токсичность, реакционная способность выбросов могут отличаться от первоначальных параметров.
В зоне горения образуются:
1. Оксиды азота N0X.
Оксиды азота образуются в основном в результате окисления азота воздуха в зоне высоких температур. Поэтому выбросы этого вещества значительны при сжигании всех видов топлива.
Большая часть выбросов оксидов (90%) – NO. Однако в воздухе он превращается в гораздо более опасный газ — диоксид азота (диоксид азота в семь раз токсичнее оксида азота). Роль монооксида и диоксида оценивается совместно, так как в атмосфере эти газы встречаются только вместе.
Диоксид азота NO2 может связываться с гемоглобином, вызывать болезни дыхательных путей за счет превращения диоксида азота в азотную кислоту при контакте со слизистыми оболочками.
Кислородсодержащие соединения азота приводят к образованию азотной кислоты. Живучесть N02 в атмосфере до 100 часов.
2. Серный ангидрид S03.
При температурах, близких к 1000 °C, сульфаты разлагаются с образованием серного ангидрида:
Является одним из наиболее токсичных газообразных выбросов. Он составляет до 99% выбросов сернистых соединений. Удельная масса сернистого ангидрида 2,93 кг/м3, температура кипения 195°С.
Время жизни сернистого ангидрида зависит от чистоты атмосферы и длится от нескольких часов до 15-20 суток. Взаимодействуя с водой он образует серную кислоту, что является причиной кислотных дождей. 43% конечных продуктов реакции сернистого ангидрида выпадает на литосферу, 32% на гидросферу, растения поглощают 12%, поверхность гидросферы 13%.
3. Оксиды углерода.
Присутствие оксидов углерода СО (угарный газ) в продуктах сгорания является следствием недостаточного поступления кислорода воздуха, при наличии достаточного количества свободного кислорода оксид углерода доокисляется до С02. При низких концентрациях СО (до 0,013%) у человека снижается способность воспринимать сигналы, появляются головные боли, ослабляется зрение, возможна временная потеря сознания. При достижении концентрации 0,066% возможна полная потеря сознания, паралич. При концентрации СО до 0,075% в течение часа наступает летальный исход.
СО2 (углекислый газ) является причиной развития парникового эффекта на планете, который может обусловить глобальное потепление при повышении содержания СO2 в атмосфере.
Практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере. Двуокиси углерода свойственно интенсивное поглощение в инфракрасной области спектра.
4. Бензпирены. Образуются в ходе пиролитических реакций при температуре 700-800°С. Несмотря на то, что канцерогенных веществ при сгорании топлива образуется мало, их обнаружению уделено особое внимание.
5. Зола. Силикатная основа примесей при высоких температурах взаимодействует с другими оксидами, образуя золу. Несгораемый остаток, образующийся при полном сгорании топлива. Зола может содержать в своем составе в зависимости от исходного топлива мышьяк, окись кальция, двуокись кремния.
6. Сажа. Токсичный порошок, на 90-95% состоящий из частиц углерода. Образуется при неполном сгорании или термическом разложении углерода. Обладает большой адсорбционной способностью по отношению к тяжелым углеводородам, в том числе к бенз(а)пирену, что делает сажу опасной для человека.
7. Аэрозоли (двухфазная дисперсная система, содержащая взвешенные вещества; в данном случае под аэрозолями подразумевается пыль) в зависимости от размеров могут находиться в атмосфере от нескольких минут до месяцев.
