بررسي آلاينده‌هاي يك نيروگاه سيكل تركيبي

با تشکر از مهندس پريدخت صديق‌ابراهيم‌نيا

توسعه صنعت‌برق كشور از سال 1346 شروع شده و همچنان ادامه يافته و هم‌اكنون توانسته است پاسخگوي انرژي مورد نياز بخش‌هاي مصرف (خانگي- صنعتي و كشاورزي و خدماتي) باشد.

با توجه به افزايش ميزان سرانه توليد انرژي برق و افزايش جمعيت سال 1374 نياز انرژي الكتريكي براي اين جعيت معادل 106*82719 كيلووات ساعت بوده و انرژي حرارتي مورد نياز معادل 106*206800 كيلوكالري خواهد بود كه 90 درصد آن با سوزاندن سوختهاي فسيلي به دست خواهد آمد به عبارتي ديگر معادل 22 ميليون تن مازوت براي تأمين كل توليد انرژي سالانه مورد نياز است. با توجه به فاكتورهاي انتشار آلودگي ناشي از سوخت‌هاي فسيلي كه هم عملاً‌ اندازه‌گيري و هم بطور تئوري محاسبه شده است مقدار بسيار زيادي ذرات معلق و گازهاي دي‌اكسيد‌گوگرد و اكسيدهاي ازت و هيدروكربورها و دي‌اكسيدكربن و منواكسيد كربن در هواي مناطق مختلف كشور تخليه مي‌شود.

مطالعات انجام شده در قالب بررسي اثرات زيست‌محيطي نيروگاههاي كشور همان طوري كه در ا ين مقاله ملاحظه خواهد شد نشان داده است كه نيروگاهها با تخليه آلاينده‌هاي گازي، ذرات و پسابها باعث آلودگي در محل استقرار شده‌اند لذا جلوگيري و يا كاهش اثرات آلودگي به پيشنهاداتي كه در اين گزارش براي رفع آلودگي شده است توجه لازم بعمل آيد و براي نيروگاههاي جديد و يا توسعه نيروگاههاي موجود به منظور حفاظت محيط‌زيست، پيش‌بيني‌هاي لازم انجام گيرد و گزينه بهينه براي كاهش اثرات نامطلوب انتخاب شود.

نيروگاههاي مولد برق و انواع آن
نيروگاهها محل تبديل انرژي سوخت (شيميايي) به انرژي الكتريكي است. اساس كار نيروگاههاي حرارتي بر تبديل انرژي حرارتي حاصل از سوخت ذغال‌سنگ- نفت- مازوت- گازوئيل- گاز يا انرژي حرارتي ناشي از فعل و  انفعالات هسته‌اي به انرژي الكتريكي قرار دارد. مخازن نفت خام يا گازهاي توليد شده در پالايشگاه و يا در فرآيندهاي شيميايي قابل دسترس است.

انواع سوخت نيروگاههاي حرارتي

سوخت گازي
سوخت گازي يكي از تميزترين نوع سوخت در حال حاضر شناخته شده است اين نوع سوخت بصورت گاز طبيعي در مجاورت مخازن نفت خام يا گازهاي توليد شده در پالايشگاه و يا در فرآيندهاي شيميايي قابل دسترس است. گاز طبيعي بهترين سوخت، آماده مصرف است كه تركيبي از متان (4CH) به ميزان 80 تا 90 درصد و 20 تا 10 درصد بقيه آن عمدتاً ‌اتان و ديگر گازها از جمله پروپان بوتان و نيتروژن است. ناخالص‌هايي مانند دي‌اكسيد‌كربن و دي‌هيدروژن سولفور (2(SH و تركيبات آلي سولفور به ميزان يك درصد نيز در گاز طبيعي موجود است. گاز مورد مصرف نيروگاهها از طريق لوله‌هاي گاز تحت فشار به محل نيروگاه انتقال داده مي‌شود و پس از تقليل فشار گاز و عبور از سيكلون‌ها در مجاورت محل مصرف مستقيماً‌به مشغل‌ها منتقل مي‌شود.

سوخت مايع
سوخت مايع كه از طريق تقطير، كراكينگ يا مخلوطي از آنها به دست مي‌آيد كه نوع سبك آن گازوئيل و نوع نيمه سنگين آن مازوت است مازوت كه يكي از پس‌مانده‌هاي پالايش نفت است كه داراي پايين‌ترين كيفيت از نظر سوخت و بالاترين درجه در آلوده‌سازي هوا است در حال حاضر 30 تا 40 درصد از توليد پالايشگاه ايران مازوت است. مواد اصلي تشكيل‌دهنده نفت كوره تركيبات پارافنيك، پارافين‌ها (2N-2(CH الفين‌هاي خطي N2CNH نفتن‌ها (الكانهاي حلقوي و تركيبات آروماتيك است گروگرد و خاكستر نيز از مواد زائد موجود در نفت كوره هستند ارزش حرارتي نفت كوره بطور متوسط 9230 كيلوكالري بر كيلوگرم است.

در صورتي كه نفت كوره بيش از 5/0 درصد وزني سولفور داشته باشد مسائل خوردگي جدي و مشكل رسوب‌گذاري بر صفحات انتقال حرارت را همراه خواهد داشت خاكستر موجود در نفت كوره موجب از بين رفتن مواد نسوز جدارهاي كوره خواهد بود. سيستم‌هاي اصلي نيروگاههاي حرارتي كه از نظر آلوده‌سازي داراي اهميت هستند:

بويلر
بويلر مهمترين قسمت يك نيروگاه بخاري است كه شامل درام‌ها- سوپرهيترها- ري‌هيترها- اكونومايز- تجهيزات كمكي آن، دمنده‌هاي هوا- گرمكن‌ها- جمع‌كننده خاكستر دي‌سوپرهيتر و ... است. بويلرها بصورت زير دسته‌بندي مي‌شوند.
بويلرها از لحاظ شكل ظاهري و ساختماني به دو قسمت تقسيم مي‌شوند.
بويلرهاي بدون پوشش،‌بويلرهاي با پوشش كه بيشتر در مناطق سردسير براي جلوگيري از اتلاف حرارتي مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

ازنظر سيكل آب و بخار بويلرهايي كه بالاي نقطه بحراني و زير نقطه بحراني كار مي‌كند.
- بويلرهاي درام دار و بدون دارم
- بويلرهاي يك بار گذر و چند بار گذر
- بويلرهاي با گردش آب طبيعي و گردش آب اجباري

از لحاظ محوطه احتراق يك عبور و دو عبوره تحت خلاء و تحت فشار مشعل‌ها
مشعل‌ها از دو قسمت اصلي تشكيل شده‌اند:
الف- اتمايزر كه سوخت ورودي را توسط بخار يا هوا و با فشار خود سوخت به شكل پودر در‌مي‌آيد.
ب- تنظيم‌كننده‌هاي هوا كه هواي لازم براي احتراق را تامين مي‌كنند.

قسمت اتمايزر در وسط مشعل قرار گرفته و ثابت‌كننده‌هاي هوا دور تا دور آن قرار دارند و داراي دمپرهاي تنظيم‌كننده هوا به طرف كوره است. دسته‌بندي مشعلها بر اساس سوخت مصرفي به صورت زير است.

مشعلهاي سوخت مايع
اكثر سوخت‌ها در فاز مايع به سختي محترق مي‌شوند. بدين علت احتراق بايد در فاز بخار صورت گيرد بنابراين اولين وظيفه مشعل ايجاد شرايط تبخير يا توليد ذرات زيرسوخت مايع است. بطوري كه سوخت به ذرات ريز در حد ميكرون تبديل و به محفظه احتراق پرتاب مي‌شوند. بر اساس نحوه پودر كردن سوخت مشعلها به انواع زير تقسيم‌بندي مي‌شوند.

مشعل پودركننده بخار آب
مشعل با پودركننده هوا
مشعل با پودركننده مكانيكي

فن‌ها
فن‌هاي دمنده هوا- مكنده هوا- فن‌گردش دهنده گاز
پارامترهايي كه در اندازه‌گيري گازهاي خروجي از دودكش مهم است به شرح زير دماي گاز دودكش FT
اين دما در مركز جريان گاز دودكش (مركز فلو) اندازه‌گيري مي‌شود در مركز فلو مقداري دي‌اكسيد كربن (2(CO و دما ماكزيمم و مقدار اكسيژن مينيمم است. منواكسيد كربن CO
در نيروگاههاي گازسوز ميزان غلظت گاز منو اكسيد كربن توسط سنسور اندازه‌گيري مي شود. غلظت CO در گاز دودكش در اين نوع نيروگاهها ثابت نيست در رسته‌هاي مخصوص وجود مي‌آيند از اين رو پراب mltihol براي اندازه‌گيري و متوسط‌گيري مقدار منواكسيدكربن كه از كانال دودكش عبور مي‌كند به كار برده مي‌شود.

اكسيدهاي نيتروژن
با اندازه‌گيري و كنترل اكسيدهاي نيتروژن روش براي كاهش اكسيدهاي نيتروژن كه از كوره‌ها در مرحله احتراق خارج مي‌شود به دست مي‌آيد اكسيدهاي نيتروژن شامل منواكسيد نيتروژن (NO) و دي‌اكسيد نيتروژن (2(NO است،‌منواكسيد نيتروژن را با دي‌اكسيد نيتروژن اندازه‌گيري كرده و جمع آنها معادل NOX خواهد بود.

(2NO+(NOX=NO از آنجايي كه دي‌اكسيدنيتروژن گاز قابل حل در آب است. بنابراين براي تعيين دي‌اكسيد نيتروژن بايد همواره از گاز دودكش خشك استفاده كرد در غير اين صورت مقدار دي‌اكسيد نيتروژن كه در رطوبت تراكم حل نشده اندازه گرفته شود.

اندازه‌گيري 2SO
دي‌اكسيدسولفور موجود در گاز دودكش از سوخت‌هاي گوگردي از قبيل نفت- ذغال‌سنگ و يا مخلوطي از اين سوخت‌ها ناشي مي‌شود كه مقدار كمي در آب حل مي‌شود. چنانچه دماي گاز تا زيرنقطه شبنم بخار آب تنزل كند احتمال مي‌رود كه اسيد سولفوريك توليد مي‌شود. از اين رو دودها در كانال دودكش بالا مي‌روند و باعث آلودگي شديد مي‌شوند.
به علت قابل حل بودن 2SO در آب بايد از گاز دودكش خشك استفاده شود و قبل از اندازه‌گيري گاز را با دستگاه خشك كرد.
در جايي كه غبار در گاز دودكش وجود دارد چون اين بخار باعث گرفتگي سنسور 2SO مي‌شود بايد حتماً‌از فيلتر استفاده كرد سپس اندازه‌گيري شود.

اندازه‌گيري 2CO
دي‌اكسيدكربن موجود در گاز دودكش به عنوان مشخصه‌اي براي كيفيت (راندمان) كوره است حرارت اتلافي گاز دودكش در صورتي كه مقدار 2CO حتي‌الامكان بالا باشد و همچنين ميزان هواي اضافي آن اندك باشد. كمترين مقدار خواهد بود هر كدام از سوختها داراي ماكزيمم مقداري براي 2CO موجود در گاز دودكش است كه البته در عمل دست نيافتني است.

اندازه‌گيري ميزان نسبت هوا
اكسيژن مورد نياز براي احتراق در بويلر توسط هواي احتراق فراهم مي‌آيد. براي رسيدن به احتراق كامل هواي مورد نياز واقعي بايد از مقدار تئوري آن بيشتر باشد.

راندمان خالص (Net effiqency)
راندمان خالص راندماني است كه در آناليز گاز دودكش محاسبه مي‌شود. البته هنگامي كه هيچگونه بخار آبي وجود نداشته باشد و حرارت در گاز دودكش محسوس باشد. پس براي محاسبه راندمان خالص بايد از مقدار گرماي خالص ايجاد شده توسط سوخت استفاده كرد.

راندمان غيرخالص
راندماني است كه در آناليز گاز دودكش محاسبه مي‌شود البته در صورتي كه در گاز دودكش حرارت نهايي بخار آب وجود داشته باشد بنابراين براي محاسبه گاز دودكش كه هدر رفته بايد از مقدار گرماي غيرخالص ايجاد شده توسط سوخت استفاده شود.

اندازه‌گيري آلاينده‌هاي هوا در دود خروجي دودكش‌هاي نيروگاههاي سيكل تركيبي
هدف اندازه‌گيري‌ ميزان آلاينده‌هاي موجود در هواي خروجي از دودكشها و مقايسه با استانداردها در جهت ارزيابي كيفيت هوا و در صورت لزوم اتخاذ استراتژي مناسب جهت حذف يا كاهش آلودگي و رساندن حد آلودگي به ميزان مجاز در جهت حفظ و صيانت محيط‌زيست پيرامون نيروگاه است.

اين سنجش‌ها با هماهنگيهاي قبلي با نيروگاه مورد نظر به منظور استقرار سيستم‌هاي مديريت كيفيت زيست‌محيطي (14001و مدريت كيفيت ايمني و بهداشت (ISO صورت پذيرفته است.

شرايط عمومي آماده‌سازي براي نمونه‌برداري
 تاريخ .................................................
مكان: نقاط مورد لزوم كه عبارتند از خروجي‌هاي بويلر و توربين
زمان: از ساعت 8 صبح لغايت 16 بعدازظهر

دستگاه اندازه‌گيري:
دستگاه اندازه‌گيري گازهاي خروجي از دودكش است تستو مدل 350 استفاده شد.

روش كاليبراسيون:
دستگاه سنجش گازهاي خروجي از دودكش‌ها كه گواهي كاليبراسيون معمولاً همراه دارد.

منطقه مورد اندازه‌گيري:
با توجه به ارزيابي زيست‌محيطي حاصل از اين سنجش‌ها كليه خروجيهاي دودكشها مورد سنجش و ارزيابي قرار گرفته است.

روش اندازه‌گيري:
پراب اندازه‌گيري در مركز خروجي دودكش فيكس كرده و نتايج آناليز دريافت شد.

استاندارد مورد استفاده:
دفتر بررسي آلودگي هوا ضوابط و استانداردهاي زيست‌محيطي انتشارات حفاظت محيط‌زيست 1382

بحث و نتيجه‌گيري
اندازه‌گيري مواد آلاينده خروجي از دودكش نيروگاه كه ميزان آلاينده موجود در محل اندازه‌گيري كه  ارتفاع آخر دودكش است با استانداردهاي خروجي از دودكش كارخانجات و  كارگاههاي صنعتي مطابقت داشته و در شرايط قابل قبول قرار داشت.

شرح تفصيلي تحليل و نتايج اندازه‌گيري
دود خروجي از دودكش نيروگاه نشان مي‌دهد كه احتراق در اين نيروگاه كامل بوده و در خروجي دودكش بويلر آنچه كه وارد محيط‌زيست مي‌شود در حد استاندارد است. از نظر آلاينده‌هاي ديگر همچنين 2CO و 2SO و NOX نيز ميزان اندازه‌گيري شده پايين‌تر از حد مجاز مطابق با استاندارد محيط‌زيست بوده و از اين نظر خطر آلودگي محيط‌زيست را به همراه ندارد. لازم به توضيح است بطور معمول نيروگاه گازسوز است آلاينده‌ 2SO زماني‌ كه گازسوز است در دود خروجي مقدار 2SO بين PPM4-12 مشاهده مي‌شود.

ولي زماني كه سوخت به گازوئيل تغيير پيدا مي‌كند مقدار 2SO  به PPm96-102 مي‌رسد اگر چه از حد استاندار PPm 800 خيلي پايين‌تر است ولي چرخش هوا و رطوبت موجود در هوا باعث مي‌شود مقدار 2SO در نقاط مختلف نيروگاه پخش شود و اثرات جانبي بجا بگذارد. لذا حتي‌المقدور از سوخت مايع نبايد استفاده كرد. مصرف زيادتر از حد گازوئيل مي‌تواند موجب افزايش 2SO  احتمالاً‌عدم انطباق با شرايط استاندارد را به دنبال داشته باشد. لذا پيشنهاد مي‌شود ضمن كنترل ميزان مصرف گازوئيل هر از گاه آناليز سوخت مصرفي در نيروگاه انجام گيرد.

براي پيشگيري از مسائل آلودگي در نيروگاهها اعمال مديريت در كنترل آلودگي هوا به شرح زير است:
1- تغيير در شرايط كار و تجهيزات و احتراق و سيستم كنترل مشعلها
2- احتراق با هواي اضافي اپتيمم به منظور كاهش CO و NOX
3- تغيير شرايط سوخت با روش گردش مجدد گاز دودكش
4- بكارگيري تكنيك‌هاي جريان (كنترل اختلاط هوا و سوخت)
5- استفاده از مشعل‌هاي LNB با ميزان كم‌آلودگي NOX
6- قابل توجه كه در فصول مختلف سال اندازه‌گيري‌هاي يكسان نخواهد بود.

سنجش صوت
يكي از آلاينده‌هاي نيروگاهي صوت است.
اندازه‌گيري ميزان سر و صداي توليد شده در محيط كارگاهها و محيط‌زيست بر اساس روشهاي توصيه شده به منظور بررسي ميزان آلودگي صوتي ناشي از فعاليت صنعتي و ارزيابي و تحليل و مقايسه با استانداردهاي موجود به منظور آگاهي از وضعيت فعلي توليد سرو صدا در كارگاهها و در صورت لزوم اتخاذ استراتژي مناسب در جهت كاهش سر و صداي توليد شده و كنترل مستمر در جهت حفظ صيانت از نيروي كار است اين سنجش به منظور استقرار سيستم‌هاي مديريت كيفيت زيست‌محيطي (14001ISO و مديريت كيفيت ايمني و بهداشت كار OH) (18001(OH SAS صورت پذيرفته است.
دستگاه اندازه‌گيري ساخت شركت CIRUS كشور انگلستان مدل دستگاه 274:CR داراي شبكه C و A و آناليزور جهت اندازه‌گيري.

شبكه مورد اندازه‌گيري
با توجه به لزوم استفاده از روش ايستگاه‌بندي براي سنجش سر و صدا در محوطه كارگاه و شبكه مورد استفاده شبكه A بوده و دستگاه در وضعيت SLOW قرار مي‌گيرد. همچنين جهت آناليز سر و صدا در نقاط مورد لزوم دستگاه روي شبكه LIN قرار مي‌گيرد و آناليز در فركانسهاي مختلف صورت مي‌پذيرد.
براي اندازه‌گيري صداي زيست‌محيطي (تراز معادل) نيز از شبكه A استفاده مي‌كنيم.
منطقه مورد اندازه‌گيري شامل كارگاههايي كه در هدف به آنها اشاره شد، است.

منابع مهم توليد سرو صدا
1- فعاليت صنعتي و توليدي در محوطه كارگاهها
2- روشن كردن هواكشهاي تهويه عمومي كارگاهها
3- سيستم آلارم و پيچينگ روش اندازه‌گيري:
جهت اندازه‌گيري ميزان سر و صدا در محوطه كارگاههاي صنعتي از روش ايستگاه‌بندي استفاده مي‌شود. دليل استفاده از اين روش نامنظم دستگاهها و وابسته به توليد است و با روش ايستگاه‌بندي كل كارگاهها به قطعات كوچكتر تقسيم شده و امكان بررسي دقيقتر آلودگي صوتي كارگاه و تهيه نقشه ايزودسيبل نيز حاصل مي‌شود. جهت جلوگيري از تاثير امواج بازتابي ارتفاع دستگاه از زمين 5/1 متر و فاصله از موانع و ديوارهاي پشت سر حداقل 2 متردر نظر گرفته شده است براي سنجش صداي زيست محيطي نيز از روش تراز معادل استفاده مي‌كنيم.

استاندارد مورد استفاده
1- دفترچه حدود تماس شغلي عوامل بيماريزا كميته فني بهداشت حرفه‌اي كشور معاونت بهداشتي دانشگاه علوم و خدمات بهداشتي درماني ايران 1381 معيارهاي پذيرفته شده حد تماس شغلي عوامل فيزيكي محيط كار – معيار پذيرفته شده.
2- ضوابط و استانداردهاي زيست‌محيطي معاونت محيط‌زيست انساني زمستان 1382 استاندارد صدا در هواي آزاد ايران ايستگاه آناليز شده سر و صدا در بخشهاي مختلف يك نيروگاه آناليز سر و صدا اندازه‌گيري شده در قسمت‌هاي مختلف نيروگاه

بحث و نتيجه‌گيري سر و صدا در نيروگاه مورد نظر
ميزان حد مجاز سرو صدا در واحدها به مدت 8 ساعت كار db85 است و در فاصله حداقل 2 متر از مركز سر و صدا اين ميزان نبايد بيش از db85 باشد وليكن نتايج اندازه‌گيري مويد اين واقعيت است كه جز نقاطي مثل اطاق اپراتور شيمي و اتاق آتش نشاني بقيه نقاط بيشتر از db85 است از سوي ديگر نكته‌هايي كه بايد به آن توجه داشت فركانس سر و صدا است. db85 استاندارد براي فركانس 2000-4000 است. از سوي ديگر ميزان ساعات توقف كاركرد در كنار اين مركز صوتي نيز حائز اهميت است كمتر اتفاق مي‌افتد كه كارگري 8 ساعت متوالي در كنار اين واحدهاي اشاره شده متوالي حضور داشته باشد.
بطوري كه دراين بخش‌ها توقف دقيقه‌اي و ثانيه‌اي در كنار واحدها هستند كه در آن صورت همه‌بخش‌ها در حد استاندارد قرار مي‌گيرند.
با تمام اوصاف براي كاهش نويز تمهيداتي براي كاهش نويز پيش‌بيني شده و رعايت نكات ايمني بهداشتي مثل داشتن گوشي الزامي شود.

سنجش ميدانهاي الكترومغناطيسي
مقادير حدود تماس شغلي در اين بخش با شدتهاي شار مغناطيسي با مقاديري اشاره دارد كه به نظر مي‌رسد چنانچه تقريباً‌كليه شاغلين بطور مكرر در روزهاي متوالي مواجهه با آن قرار گيرد. اثرات سوء بر سلامتي آن عارض نشود. مقادير تعيين شده بايد به عنوان راهنمايي جهت كنترل مواجهه با ميدانهاي پايا استفاده شود. ولي نبايد به عنوان مرز مشخص بين ايمني و خطر تلقي شود.
تماسهاي شغلي عادي براي تمام بدن نبايد از 60 ميلي تسلان (mt) معادل 6000 گوس (G) در روز و همچنين براي دستها و پاها از MT 600 و g)6000) در روز تجاوز كند. مقادير فوق بر اساس ميانگين وزني زماني TWA تعيين شده است.
(G)]گوس 104= (T) تسلا[
سقف مقادير توصيه شده براي تمام بدن مساوي T2 و براي دستها و پاها مساوي T5 است. احتمال دارد به علت نيروهاي مكانيكي وارده از ميدان مغناطيسي در وسايل و ابزار با خاصيت فرومغناطيسي و بعضي از وسايل پزشكي كاسته شده در بدن مشكلات ايمني واصل شود. افرادي كه از وسايل ضربان ساز قلبي و وسايل پزشكي الكترونيكي مشابه استفاده مي‌كنند نيز نبايد در مواجهه با ميدانهايي بيش از 5/0 ميلي تسلا (G) قرار گيرند. همچنين در شارژ با شدت بيشتر ممكن است اثرات سوء ايجاد شود كه حاصل نيروهاي ساير وسايل كاسته شده در بدن همانند انواع بخيه‌هاي فلزي و گيره‌ها است.

بحث و نتيجه‌گيري
در بررسي ميدانهاي الكترومغناطيسي نتايج حاصل در بررسي ميزان ميدان مغناطيسي در كليه رديف‌ها مقادير اندازه‌گيري شده بر حسب ميلي تسلا و در مقايسه با استاندارد آورده شده است و ارقام كه بالاتر از 60 ميلي‌تسلا است اثرات زيان‌بار آن قابل اغماض نيست.

منبع :ماهنامه صنعت برق
تاريخ چاپ : چهار شنبه، ١٣٨٧-٠٨-١٥
شماره چاپ :146