АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ИНФРАКРАСНЫМИ ГАЗОВЫМИ ОБОГРЕВАТЕЛЯМИ И МЕТОДЫ ИХ СНИЖЕНИЯ

Д.Д.Сагирова, В.С. Пигильдина,  С.В. Гридин
Донецкий национальный технический университет

Материалы XX Всеукраинской научной конференции аспирантов и студентов "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов".Т.1-Донецк: ДонНТУ, ДонНУ, 2010.

            На сегодняшний день в условиях Украины очень эффективным энергосберегающим и экономичным оборудованием в системе отопления промышленных зданий являются инфракрасные газовые обогреватели. Наиболее часто применяются светлые (ГИИ) и темные (трубчатые) излучатели (ИТГО). При рассмотрении экологического аспекта, связанного с отоплением ИК-излучателями, затронем проблему выбросов вредных веществ в атмосферу, уменьшения этих выбросов, а также влияния дымовых газов на микроклиматические условия промышленных зданий при применении разных типов излучателей.
Как известно, при полном сжигании природного газа вырабатывается вода и двуокись углерода. Неполнота сгорания приводит к появлению в выбросах угарного газа СО. Кроме этого в выхлопных газах имеются и другие примеси, особо важными из которых являются окиси азота NOx . Рассмотрим способы снижения концентраций СО и NOx в выбросах продуктов сгорания природного газа.
Тенденция изменения концентраций СО и NOx противоходна: при попытке уменьшить концентрацию NOx концентрация СО повышается, и наоборот. У светлых ИК-излучателей, которые оснащены довольно простыми по конструкции инжекционными горелками, естественный уровень NOx в выбросах ниже, чем у темных горелок и достигает примерно 20-50 мг/м3. Выбросы же оксида углерода ГИИ различных фирм колеблются от 100 мг/м3 до предельно разрешимых 250 мг/м3. Однако внедрение технологических решений для понижения уровня угарного газа в выбросах ГИИ наносит существенный удар по стоимости оборудования, поэтому их применение экономически нецелесообразно.
Уровни эмиссий выхлопных газов ИТГО несколько другие. Измеряемые уровни СО у ИТГО находятся в пределах от 0 мг/м3 до предельно допустимых 100 мг/м3, уровни NOx - в границах 80-150 мг/м3.
В ИТГО для снижения уровня эмиссий NOx  применимы несколько способов:
● понижение температуры пламени в факеле и температуры самой камеры сгорания, а также сокращение времени пребывания используемого для горения воздуха в пространстве высоких температур;
● рекуперация и рециркуляция отработанных газов, вызывающая понижение парциального давления кислорода;
● применение отводящего тепло элемента и головки горелки, изготовленной из специального алюминиевого сплава.
При наличии комбинации из трех вышеперечисленных факторов можно достичь уровня выбросов NOx в пределах от 65 до 80 мг/м3 , при наличии СО в выбросах - от 0 до 10 мг/м3.
Следует отметить, что конструкция ГИИ не дает возможности самостоятельно выводить продукты сгорания из помещения. У ИТГО такая возможность конструктивно заложена, и поэтому в Украине вывод продуктов сгорания от темных горелок предписан в обязательном порядке.
Неотведенные из помещения продукты сгорания приводят к:
❏ попаданию токсичного СО и NOx в помещение;
❏ выбросу 2,25 кг воды на каждый кг сжигаемого газа (1м3 газа имеет массу примерно 0.8 кг);
❏ выбросу 2,75 кг углекислого газа на каждый кг сжигаемого природного газа;
❏ синергетическим эффектам влияния на организм человека.
Попытаемся обосновать необходимость вентиляции при применении ГИИ с помощью несложных расчётов.
Условия для расчёта:
1)  вредные вещества выделяет в отапливаемое пространство ГИИ мощностью 50 кВт;
2) для выработки 50 кВт энергии при удельной теплоемкости газа 35 МДж\м3 необходимо сжечь примерно 5,16 м3 газа;
3)  в среднем  за 8-часовую смену ГИИ суммарно отработает 5-6 часов;
4) стандартные горелки ГИИ мощностью 50кВт вырабатывают 240 м3/ч выхлопных газов; из них СО - 15000...37500 мг/ч (среднее значение в течение смены); NOx≈3000 мг/ч (среднее значение в течение смены); СО2≈11400г/ч;
5) при естественном воздухообмене 50 кВт ГИИ в климатических условиях Украины реально обогревает ≈ 2000...2500 м3 объёма промышленных зданий;
6) кратность естественного воздухообмена в промышленных зданиях находится на уровне ≈ 0,5-0,7 (т.е. каждый час выбросы разбавляются естественным путём, для нашего примера: 2500 м3·0,7 = 1750 м 3 поступающего в помещение воздуха).
При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны нескольких вредных веществ сумма отношений фактических концентраций каждого из них (С1 , С2 ...Сn ) в воздухе к их ПДК (ПДК1 ,ПДК2 ...ПДКn ) не должна превышать единицы:
.

Расчет по СО: .

Расчет по NOx : .

Расчет по СО2 : = .

0,43 + 0,24 + 1,98 = 2,65 > 1.
Следовательно, даже с учётом того, что выбраны самые «щадящие» параметры функционирования ГИИ, для обеспечения выполнения гигиенических условий по качеству воздуха в зданиях, где применяются ГИИ, необходима вентиляция кратностью больше 2,65! Поэтому применение ГИИ в помещениях украинских предприятий обуславливается трёхкратным принудительным воздухообменом (ДБН В.2.5-20-2001 п. 6.92.)
Таким образом, применение ГИИ без принудительной вентиляции необходимо запретить, а для сокращения вредных выбросов ИТГО принимать соответствующие технические мероприятия.