1) разработать и применить методы термической или каталитической очистки агломерационных газов;
2) увеличить полноту сгорания топлива в котлах малой мощности и в промышленных печах;
3) обеспечить дожигание конверторных и ваграночных газов;
4) обеспечить предотвращение попадания СО в атмосферу из межконусного пространства доменных печей и через неплотности оборудования.
В ряду основных загрязнителей атмосферного воздуха специальное место занимают оксиды азота. В связи с тем, что большинство приборов и методов измерения основано на определении диоксида азота с предварительным доокислением оксида в диоксид, а также вследствие того, что до 1983 г. были установлены нормы ПДК только на содержание NO2 в атмосферном воздухе, обычно фиксировалась сумма оксидов азота (NO+NO2=NOx). До 1950-1960 - х гг. исследование NOx как загрязнителей атмосферы, выбрасываемых с продуктами сгорания топлива, практически не проводилось, и все внимание было сосредоточено на твердых частицах (зола, пыль, сажа) и сернистом ангидриде. Между тем, как показали исследования, проведенные еще в 1960-х годах, содержание оксидов азота определяет токсичность продуктов сгорания угля и мазута на 40 - 50 %, а природного газа на 90 -95 %. Валовой выброс оксидов азота в атмосферный воздух в различных регионах и городах составляет 6 - 8 % общего выброса всех вредных веществ, уступая лишь выбросу оксида углерода, оксидов серы и твердых частиц. Однако по токсичности NO2 (ПДКмр = 0,0085 мг/м3 по сравнению с 0,5 мг/м3 для SO2 и пыли и 5 мг/м3 для СО) и ввиду активного участия в фотохимических реакциях в атмосфере оксиды азота не уступают по своему воздействию этим трем группам загрязнителей.
Существует 7 видов NOx :
1. N2O - бесцветный газ, сладковатого вкуса, сладковатого запаха
2. NO - бесцветный газ, без запаха, слаборастворимый в воде, в воздухе окисляется до NО2
3. NO2 - красно-коричневый газ, едкого запаха, сильно коррозионно активен, токсичен.
4. NO3
5. N2O3
6. N2О5
N2О4
Оксиды азота (главным образом NO2 (Среднесуточное ПДК NO2 в 10 раз больше ПДК NO)) могут вызывать повреждения различных типов материалов. Наиболее серьезное воздействие они оказывают на некоторые текстильные красители. NO2 может также приводить к уменьшению прочности некоторых тканей, вызывать повреждение различных типов пластмасс и коррозию металлов.
Способность оксидов азота превращаться в атмосфере в нитраты служит одной из причин возникновения кислых осадков или кислотного дождя. В кислотных дождевых водах часто содержатся высокие концентрации нитратов, однако точная оценка роли антропогенных оксидов азота в процессе повреждения материалов под действием кислотного дождя (например, коррозия металлов или разрушения камня) отсутствует. Считается, что оксиды азота оказывают меньшее повреждающее действие, чем оксиды серы.
Свойства NO и NO2:
М NO (NO2) = 30 (46)
Т кипения = -157 °С ( 21 °C )
плотность = 1.34 кг/м3
ПДКмр NO = 0.6 мг/м3
ПДКмр NO2 = 0.4 мг/м3
В ряду основных загрязнителей атмосферного воздуха специальное место занимают оксиды азота. В связи с тем, что большинство приборов и методов измерения основано на определении диоксида азота с предварительным доокислением оксида в диоксид, а также вследствие того, что были установлены нормы ПДК только на содержание NO2 в атмосферном воздухе, обычно фиксировалась сумма оксидов азота (NO+NO2=NOX). Между тем содержание оксидов азота определяет токсичность продуктов сгорания угля и мазута на 40-50 %, а природного газа на 90-95%. Валовой выброс оксидов азота в атмосферный воздух в различных регионах и. городах составляет 6-8% общего выброса всех вредных веществ, уступая лишь выбросу оксида углерода, оксидов серы и твердых частиц. Однако по токсичности NO2 (ПДКмр=0,085 мг/м3 по сравнению с 0,5 мг/м3 для SO2 и пыли и 5 мг/м3 для СО) и ввиду активного участия в фотохимических реакциях в атмосфере оксиды азота не уступают по своему воздействию этим трем группам загрязнителей.
Bо всех исследованиях по образованию оксидов азота в процессах горения исходили из следующих предпосылок.
1. В процессе горения топлива в котлах и других топливосжигающих устройствах образуется только оксид азота.
2. При выходе из дымовой трубы оксид азота сравнительно быстро полностью доокисляется до диоксида азота.
Вместе с тем показано, что только 40-80 % оксида азота, содержащегося в дымовой струе, превращается в диоксид азота. В связи с работами, проведенными по обоснованию ПДК на NО, утверждены значения ПДК, указанные в табл. 6.
Таблица 6 – ПДК оксидов азота в атмосферном воздухе населенных пунктов.
| Вещество | Предельно допустимая концентрация, мг/м3 | |
| Максимально разовая | Среднесуточная | |
| Диоксид азота NO2 Оксид азота NO | 0,085 0,6 | 0,04 0,06 |
Концентрация двуокиси азота 15 мг/м3 вызывает раздражение глаз, а 200-300 мг/м3 опасна уже при кратковременном вдыхании, так как оксиды азота попадают в легкие, где соединяются с гемоглобином крови и могут вызвать отек легкого. Исследования по выявлению порога запаха диоксида азота позволяют принять его равным 0,2 мг/м3.
Более 95 % от общего количества выбросов оксидов азота (51 млн т/год) во всем мире поступает в атмосферу с продуктами сгорания и жидкого топлива и газа и лишь 2,4 млн т выбрасывает химическая промышленность (следует отметить, что образующиеся в результате атмосферных явлений оксиды азота в количестве 770 млн т/год не представляют опасности, так как они равномерно распределяются по поверхности земного шара в малых концентрациях).
В топочных камерах котлов и промышленных печей, где максимальные локальные температуры в факеле достигают 2100- 2200 К, при наличии свободного кислорода достаточно активно протекает реакция синтеза оксида азота из азота и кислорода. Выход оксида азота растет с увеличением температуры в зоне горения. Обычно количество образовавшегося оксида азота выше предельно допустимых концентраций в атмосферном воздухе в 1000-20000 раз (от 0,2 до 1,5 г/мЗ).
После выхода из дымовой трубы в атмосферу основная часть оксида азота переходит в диоксид азота по двум основным реакциям:
а) при высоких концентрациях в корне факела за счет окисления кислородом в результате экзотермических реакций
2NO+O2→2NO2+188 кДж/моль;
б) при низких концентрациях в результате окисления атмосферным озоном:
NO+О3→NO2+O2+205 кДж/моль.
Последняя реакция при низких концентрациях, имеющих место в приземной области дымовой струи является превалирующей. Содержание NO2 в зоне влияния дымового факела будет складываться из четырех составляющих:
NO2=NO2Д/φ+NO2O2+NO2O3+NO2ф,
где NO2д – содержание ΝΟ2 в дымовых газах;
φ – коэффициент разбавления;
NO2О2 – количество NO2, образовавшееся в результате окисления NO молекулярным кислородом;
NO2O3 – количество NO2, образовавшееся в результате окисления NO атмосферным озоном;
NO2ф – фоновое содержание диоксида азота в воздухе, мг/м3.
Общее количество озона в атмосфере сравнительно невелико - толщина приведенного слоя 3 мм, масса 3,29*109 т. Обычное содержание О3 в атмосфере городов составляет 0,02-0,10 мг/м3, при этом максимум концентраций имеет место в дневные (12- 17 ч), а минимум - в ночные или утренние часы. Для городского воздуха характерна корреляция содержания О3 с числом автомобилей.
Диоксид азота, а особенно озон, общее содержание которого в атмосфере больше, существенно снижают солнечную радиацию. Кривые изменения концентраций NO2 и О3 имеют взаимно противоположный характер. Таким образом, поглощение NO2 и О3 может уменьшить солнечную радиацию на 10%.
В атмосфере протекают основные реакции окисления – разложения оксидов азота под действием солнечного света:
NO2+hν→NO+O;
O+O2+M→O3+M;
NO+O3→NO2+O2 и др.
При соединении озона, диоксида азота и пероксиацетилнитрата образуются фотохимические оксиданты, являющиеся одной из причин фотохимического смога.
Соотношение NO и NO2 имеет большое значение, так как NO2 обладает в 7 раз большей токсичностью, чем NO. Причем, кратковременные пиковые концентрации NO2 оказывают большее воздействие на человека, чем среднее содержание в воздухе. B утренние и вечерние часы концентрация оксида азота в атмосферном воздухе составляет 30-40 % от общего количества оксидов азота, а в период с 10 до 16 ч - лишь 20-25%. В целом можно сделать вывод о преобладании диоксида в общем содержании оксидов азота в атмосферном воздухе.
Количество образующихся оксидов азота возрастает быстрее, чем оксидов серы и твердых частиц, так как в отличие от этих загрязнителей, они производятся не только стационарными установками, но и автотранспортом. Кроме того, при замене твердого и жидкого топлива природным газом картина существенно не меняется (а в энергоблоках мощностью более 300 МВт выброс NOx даже возрастает). Необходимо уже в ближайшие годы завершить начатые в широких масштабах работы по снижению образования оксидов азота в котлах электростанций, осуществить мероприятия по снижению выбросов их огневыми промышленными установками, а также автомобильными двигателями.
Одним из наиболее крупных и трудно поддающихся очистке загрязнителей атмосферного воздуха, выбрасываемых главным образом энергетическими установками, являются оксиды серы (SO2 и в меньших количествах SO3). Ежегодный выброс в нижние слои атмосферы превышает 150 млн т; при этом от 60 до 80% этого количества выбрасывается с продуктами сгорания котлов и печей.