مصادر التلوث المرتبطة بوحدات توليد الطاقة وقياس الانبعاثات
مصادر التلوث المرتبطة بوحدات توليد الطاقة وقياس الانبعاثاتيختص هذا الفصل بتحديد مصادر التلوث في وحدات توليد الطاقة المختلفة.
وحدات توليد البخاريعتبر خط الوقود و خط المياه هما مصادر التلوث الرئيسية في وحدات توليد البخار.
خط الوقود
مخططاً لسريان دورة الوقود بدءاً من مراحل التخزين ثم التغذية و وصولاً إلى الاحتراق و خروج غازات العادم و مصادر التلوث المرتبطة بكل مرحلة منها.
نقل و تداول و تخزين الوقودتختلف مصادر التلوث المرتبطة بنقل و تداول و تخزين الوقود وفقاً لاختلاف أنواع الوقود.
الوقود السائل:
تقوم الشاحنات الثقيلة بنقل الوقود إلى المنشأة. و يشتري الوقود بكميات تقدر بالأطنان (الوقود الثقيل، المازوت) أو بآلاف الليترات (الوقود الخفيف ، السولار). و يتم تخزين الوقود السائل في خزانات تحت الأرض أو فوقها، و يطلق علها الخزانات (الصهاريج) الرئيسية. ويتم بناء الخزانات الموجودة تحت الأرض إما من الخرسانة المبطنة بحيث تصبح معزولة تماماً أو من الصلب. أما الخزانات المقامة فوق الأرض فتبنى عادة من الصلب. و يزود كل نوع من هذه الصهاريج بأنظمة تهوية مناسبة للتخلص من الأبخرة.
تزود خزانات المازوت و شبكة توزيع الوقود و التنكات الموزعة بالمنشأة بأجهزة تسخين الوقود المناسبة و ذلك للتغلب على مشاكل التداول التي تنشأ بسبب درجة اللزوجة العالية التي يتصف بها المازوت خاصة في فصل الشتاء. و عادة ما يستخدم
البخار الساخن أو السخانات الكهربية التي تلحق بخط الوقود في حالة عدم وجود مصدر لتوليد البخار.
يتم تخزين الوقود في غرفة الغلاية في تنك علوي تسمح سعته بتخزين الوقود الكافي ليوم تشغيل كامل على الأقل. و يزود هذا التنك بمقياس زجاجي جانبي أو أية وسيلة أخرى تسمح بالتحقق من كمية الوقود المتبقية به. و في حالة تخزين المازوت تزود هذه التنكات أيضاً بمعدات التسخين الأولى. كما تزود التنكات بنظام يعتمد على العوامات (نظاماً للطفو) يعمل على إرسال إشارات ارتجاعية (feedback signals) إلى الخزانات الرئيسية لوقف ضخ الوقود عند امتلاء التنك أو لبدء ضخ الوقود عند وصول محتويات الخزان إلى مستوى منخفض معين.
مصادر التلوث المحتملة في وحدات توليد الطاقة المدخلات
العملية
الهواء
المياه
المواد الصلبة
غلايات البخار
دورة الوقود
الوقود
غرفة الغلاية
المدخنة
الخزانات
مواد عضوية طيارة و ضوضاء
غازات عادم
انبعاثات متسربة
(مواد عضوية طيارة)
تسرب و انسكاب
تسرب و انسكاب
رماد و جسيمات
دورة المياه
مياه التغذية
كيماويات التلطيف
(Conditioning) (مضادات الرغوى، مانعات التآكل، مواد مانعة للتعفن)
الترويق
التيسير
توزيع البخار
الغلاية
الغسل العكسي (كيماويات: أملاح، قلويات، أحماض ...)
مياه الغسل العكسي
مخثرات (جير، شبه، كلوريد حديديك)
وحدة الضخ
حرارة و رطوبة
ضوضاء
مياه التفوير
حرارة و رطوبة
مواد عضوية طيارة، ضوضاء، حرارة و رطوبة
حاويات المواد الكيميائية الفارغة
الحمأة و حاويات المواد الكيميائية الفارغة
حاويات المواد الكيميائية الفارغة
مياه الغسل العكسي
موتورات الديزل
انبعاثات متسربة
(مواد عضوية طيارة)
دورة الوقود
الوقود
الخزانات
موتورات الديزل الغلاية
تسرب و انسكاب
المدخنة
غازات العادم
مواد عضوية طيارة، ضوضاء، حرارة و رطوبة
تسرب و انسكاب و زيوت تزليق مستهلكة
رماد و جسيمات من الفلاتر و المرسبات الكهروستاتيكية
الغاز الطبيعي
يتم توزيع الغاز الطبيعي عبر شبكة الغاز العمومية، حيث يصل الغاز إلى المنشأة عند مستوى ضغط 10 بار. لدى استلام الغاز يتم خفض مستوى الضغط إلى 2 بار في وحدة تعديل الضغط قبل استخدامه. و تقع الوحدة في مكان بعيد و آمن بحرم المنشأة و تكون مزودة بكافة وسائل الأمن الصناعي ومعدات القياس مثل:
· أجهزة الكشف عن تسرب الغاز.
· العدادات التي تتولى قياس كميات الغاز المستهلكة بالمتر المكعب.
· مقياس الضغط.
· معدات التحكم في سريان الغاز المزودة بصمامات الإغلاق للضغط العالي والضغط الخفيض.
تتم تغذية المعدات بالوقود الغازي عند مستوى ضغط 2 بار عبر شبكة خاصة بالمنشأة، و في الحارق يتم خفض الضغط إلى 300 مليبار أو إلى 500 مليبار وفقاً لشروط تشغيل الحارق. و يتضمن الحارق نظاماً للغاز (gas train) يتكون من وسائل الأمن ومعدات التحكم و القياس السابق ذكرها.
حرق الوقود
يتم خلال عملية الاحتراق إطلاق كمية كبيرة من الحرارة تصل إلى 32800 كيلو جول/كجم من مادة الكربون المحترقة و 142000 كيلو جول/كجم من الهيدروجين المحترق. و يهدف الاحتراق الأمثل إلى إطلاق كل هذه الطاقة الحرارية مع تقليص الفاقد الذي قد ينتج عن عدم توافر الشروط المناسبة للاحتراق. و لضمان الاحتراق
التام لمكونات الوقود في وجود الهواء يجب أن تراعى العناصر التالية عند تصميم نظام الاحتراق:
· توفير مستوى مناسب من الدفق الاضطرابي (turbulence level) يسمح باختلاط كافة مكونات الوقود بالهواء .
· توفير الزمن الكافي لإتمام عملية الاحتراق.
· توفير درجة حرارة عالية و مناسبة لإشعال كافة مكونات الوقود القابلة للاحتراق.
تمثل هذه العناصر الثلاث الشروط الفيزيائية لعملية الاحتراق. بالإضافة لهذه العناصر تعتبر نسبة الهواء إلى الوقود أثناء عملية الاحتراق عنصراً هاماً في تحديد كفاءة الاحتراق. لذلك ينبغي أن نشير هنا إلى أهمية المعلومات الكيميائية عن الاحتراق و التي يوضحها الملحق (D-1) ، بينما يوضح الملحق (D-3) معدلات إطلاق الحرارة.
انبعاثات المدخنة
توضح المعلومات الكيميائية عن احتراق الهيدروكربونات والواردة بالملحق (D-1) أن غازات العادم تحتوي أساساً على: ثاني أكسيد الكربون، الماء، النيتروجين و ثاني أكسيد الكبريت بالإضافة إلى الأكسجين الذي ينتج عن الهواء الزائد اللازم للاحتراق. كما تظهر أيضاً في غازات العادم آثار لأكاسيد النيتروجين NO2, NO , N2O و آثار ضئيلة للغازات العضوية مثل الألدهيدات (aldhydes) الناتجة عن احتراق بعض المواد العضوية التي قد تتواجد بالوقود و بخاصة الوقود الثقيل. و أهم الملوثات المنبعثة من المدخنة هي:
· ثاني أكسيد الكبريت (SO2)
· أكاسيد النيتروجين (Nox)
· ثاني أكسيد الكربون (CO2)
· الجسيمات
· المعادن الثقيلة
· مواد سامة أخرى تكون ملتصقة بالجسيمات المنبعثة.
تؤخذ قياسات نواتج الاحتراق لأغراض متنوعة، حيث يتم قياس انبعاثات أول أكسيد الكربون و ثاني أكسيد الكبريت و أكاسيد النيتروجين و الجسيمات بغرض مراقبة
الالتزام البيئي، بينما تؤخذ قياسات انبعاثات الأكسجين و ثاني أكسيد الكربون و أول أكسيد الكربون لتقييم أداء الغلاية و ضبط عمليات التشغيل. و يوضح الملحق (D-2) كيفية حساب الأكسجين الزائد. و فيما يلي عرضاً للأجهزة المستخدمة لتقييم أداء الغلاية و قياس الانبعاثات الغازية من المدخنة.
مقياس بكاراخ للاحتراق (Bacharach combustion tester)
يستخدم مقياس بكاراخ (مؤشر فايرايت : Fyrite indicator) لقياس تركيز الأكسجين أو ثاني أكسيد الكربون وفقاً لنوع المادة الكيميائية الموجودة في جهاز القياس، حيث تستخدم مادة البيرجالول (pyrgallol) لقياس تركيز الأكسجين و محلول الصودا الكاوية لقياس تركيز ثاني أكسيد الكربون. و قد أثبتت هذه الأجهزة كفاءتها في آخذ القياسات . و تتميز برخص أسعارها إضافة إلى سهولة استخدامها و عدم احتياجها لإجراءات صيانة خاصة و قدرتها على القيام بعمليات القياس المستمر للغازين. إلا أن هذه الأجهزة لا تعطي قياسات دقيقة فتتراوح فيها نسبة الخطأ بين + 0.5% .
الجهاز الإلكتروني للتحليل الكهروكيميائي للغازات
(Electronic electro-chemical gas analyzer)
تحتوي الأجهزة الإلكترونية لتحليل الغازات على خلايا كهروكيميائية تستطيع قياس الغازات المختلفة (خلية محددة لكل نوع من الغازات) حيث ينشأ فرق في الجهد بين قطبي الخلية (عند تعرضها للغاز) يتناسب مع تركيز الغاز، و يترجم فرق الجهد إلى رقم يعبر عن تركيز الغاز على شاشة جهاز التحليل. و تبلغ قيمة مثل هذه الأجهزة الإلكترونيـة بضعـة آلاف من الجنيهات وتحتاج إلى صيانة و مراجعة و معايرة مستمرة. إلا أنها أجهزة دقيقة (تتراوح نسبة الخطأ في قياس الأكسجين بين + 0.1%) و يمكن حملها من موقع لآخر، و تستخدم في عمليات الرصد المستمر. و تستطيع أجهزة تحليل الغاز القيام بقياسات لسبع أنواع مختلفة من الغازات في آن واحد. و تتضمن القياسات حسـاب تقديري لثاني أكسـيد الكربون، % الهواء الزائد، و كفاءة الاحتراق، كما تستطيع قياس درجة حرارة غازات العادم.
المجس (المسبار) الزركوني (Zirconia probe)
يعتمد هذا النوع من أجهزة القياس على قدرة أكسيد الزركونيوم (الزركونيا) على توصيل أيونات الأكسجين عند درجات حرارة أكبر من 650ْم. و يحفظ المجس عند درجة حرارة تصل إلى 800ْم تقريباً، و يتكون من خلية مسخنة ذات قطبين (electrodes) أحدهما محاط بغاز مرجعي (reference gas) (عادة الهواء) بينما يمر الغاز المراد تحليله على القطب الآخر. و ينشأ عن الفارق في محتوى الأكسجين عند القطبين فرق في الجهد يتم تحويله إلى ومضة إلكترونية.
رغم وجود معدات محمولة من أجهزة القياس الزركونية إلا أن معظم الأجهزة التي تعتمد على الخلايا الزركونيـة تكون كبيرة الحجم و ثقيلة نظراً لارتبـاط المجس بالسخانات و معدات التحكم اللازمة لحفظه عند درجة حرارة مرتفعة. لذلك فإن أنظمة القياس التي تعتمد على الخلايا الزركونية ترتبط بأجهزة تحليل الغاز التي يتم تركيبها على مداخن الغلايات المتوسطة و الكبيرة و الأفران و الغلايات الجاهزة. تمتد فترة صلاحية المجس الزركوني في مداخن الغلايات التقليدية إلى خمس سنوات على الأقل.
أجهزة تحليل الغاز العاملة بالأشعة تحت الحمراء (Infrared gas analyzers)
يعتمد هذا النوع من الأجهزة على امتصاص الغازات متنوعة الذرات (heteroatomic gases) للأشعة تحت الحمراء عند نطاقات طيفية محددة تختلف من غاز لآخر (الغازات متنوعة الذرات هي غازات تتكون من ذرات لعناصر مختلفة). وتصلح هذه التقنية في العديد من التطبيقات مثل قياس تركيز ثان أكسيد الكربون. ويتكون الجهاز من مصدر إشعاعي يتم تسخينه ليصدر إشعاعات يتم تضمينها طورياً (modulated in phase) بواسطة قرص المثقب (يقطع الضوء الساقط على خلية chopper) . ثم تنفذ الأشعة المضمنة عبر الخلية التي تحتوى على العينة المراد قياسـها قبل أن تصل إلى حجرة الكشاف (detector compartment) . أما في الجزء الخاص بالعينة المرجعية فتنفذ الأشعة المضمنة عبر خلية مرجعية تحتوي على النيتروجين إلى حجرة كشاف مطابقة تماماً لتلك الملحقة بخلية الغاز المجهول التركيز. وتغطي جميع الأجزاء بإحكام بواسطة زجاج منفذ للأشعة تحت الحمراء.
يفصل بين حجرات الكشاف مكثف غشائي (diaphragm capacitor) ، و تحتوي كل حجرة على غازات مجهولة التركيز لذلك فهي تستطيع امتصاص الأشعة تحت الحمراء عند نطاقات طيفية محددة وفقـاً لمكونات كل غاز. عند سريان عينة من الغاز في خلية العينات (sample cell) تتولى مكونات الغاز امتصاص جزء من الأشعة تحت الحمراء، لذلك فإن حجرة الكشاف المرتبطة بهذه الخلية ترتفع درجة
حرارتها بدرجة تقل عن الارتفاع في درجة حرارة حجرة الكشاف المرتبطة بالخلية المرجعية و التي تتعرض لكامل شدة الإشعاع دون نقصان. فينشأ بناء على هذه الحالة فرق في درجات الحرارة بين حجرات الكشاف، و يتغير هذا الفرق وفقاً لتغير تركيزات مكونات الغاز و وفقاً لتضمين التردد (frequency modulation) . على أية حال فإن هذا الفرق في درجات الحرارة يتسبب في انثناء غشاء المكثف الذي يترتب عليه حدوث تغير مضمن (modulated change) في سعة المكثف (capacitance) يؤدي بدوره إلى تغير في تيار متردد من خلال مقاوم كهربي (resistor) .
نفاثات السناج (Soot blowing)
لضمان المحافظة على أفضل أداء و أعلى كفاءة حرارية للغلاية يجب الحفاظ على أسطح التسخين نظيفة باستمرار، مما يستوجب الإزالة المستمرة للمواد التي تترسب على المواسير نتيجة احتراق الوقود. و يؤدي عدم إزالة تلك المترسبات إلى انخفاض معدل انتقال الحرارة من الغازات إلى أسطح التسخين و ارتفاع درجة حرارة الغاز . لذلك يتم تركيب نفاثات السناج في معظم الغلايات التي تستخدم الوقود الصلب و بعض الغلايات التي تستخدم الغاز و النفط في الإشعال (وفقاً لخصائص كل نوع) و كذلك في غلايات الحرارة المهدورة (waste heat boilers) ، و ذلك لضمان تنظيف أسطح التسخين أثناء تشغيل الغلاية. يوضح الشكل (3-3) نفاثات السناج الدوارة متعددة الفونيات (multi-nozzle rotary soot (blowers .
تستخدم نفاثات السناج عادة في غلايات المواسير المائية التي تعمل لفترات طويلة مما يستوجب وجود نظام للتنظيف المستمر. أما في غلايات مواسير اللهب، التي تعمل لفترات متقطعة فيتم التنظيف يدوياً في فترات توقف الغلاية بواسطة الفرش (brushes) و أنظمة تنظيف تعمل بالتفريغ لإزالة المترسبات السائبة. و هناك طريقة أخرى فعالة لإزالة المترسبات بإطلاق دفعات سريعة من الهواء المضغوط على كل ماسورة لهب بواسطة "حربة النقر" التي توجه يدوياً على كل ماسورة.
جدار الغلاية
و قد أدخلت حديثاً طريقة مبتكرة للتخلص من المواد المترسبة على مواسير الغلاية تعتمد على إطلاق نبضات سريعة و قصيرة من الهواء المضغوط في فراغ الغلاية. و يمكن ضبط تردد تلك النبضات لتتناغم مع تردد فراغ الغلاية الطبيعي مما يؤدي إلى تضخيم الصوت. و يؤدي إطلاق نبضات منضغطة إيجابية و سلبية متعاقبة إلى تمدد الغازات التي قد تتواجد في المواد المسامية المترسبة على المواسير لتتسبب في تفتيتها. و يتزايد حالياً الإقبال على استخدام النفاثات الصوتية (sonic blowers) في غلايات مواسير اللهب و غلايات مواسير المياه بسبب كفاءتها في عمليات التنظيف.
خط المياه (water cycle)
يتضمن خط المياه، أنظمة الإمداد بالمياه و أنظمة ضخ المياه، و ترويق المياه و تيسيرها، و توليد البخار و توزيعه. يوضح الشكل (3-1) مخططاً لسريان دورة المياه و مصادر التلوث المرتبطة بها .
مولدات الديزل
ينبغي التفتيش على كل من دورة الوقود و دورة المياه في مولدات الديزل التي يتم تبريدها بالماء.
دورة الوقود
تتشابه دورة الوقود في مولدات الديزل مع دورة الوقود في الغلايات حيث تبدأ بتخزين الوقود و خطوط إمداد غرفة الاحتراق، ثم احتراق الوقود وصولاً إلى انبعاث غازات العادم. و يحتوي وقود الديزل على نسبة كبريت أقل من المازوت. و ينبغي تحليل غازات العادم الصادرة عن المدخنة للكشف عن أول أكسيد الكربون و أكاسيد
النيتروجين و أكاسيد الكبريت و المواد العضوية الطيارة و الجسيمات الصدرية. أما زيوت التزليق فتقع ضمن المواد الخطرة و ينبغي رصد أساليب تداولها و كيفية التخلص من الزيوت المسـتهلكة وفقاً للقانون 4 لسنة 1994، و يوضح الشكل
(3-1) مخططاً لسريان دورة الوقود و مصادر التلوث المرتبطة بها.
دورة المياه
يتم تبريد موتورات الديزل بواسـطة الميـاه إمـا في دورة اسـتهلاك وحيدة (دائرة تبريد مفتوحة) (once-through) أو بتدوير مياه التبريد في أبراج التبريد لإعادة استخدامها. في الحالة الأولى تكون مياه التبريد المستهلكة ملوثة بالزيوت و ينبغي رصد درجة حرارتها. أما في حالة استخدام أبراج التبريد فإن نواتج تفوير البرج تمثل مصدر التلوث الرئيسي حيث تكون ذات تركيزات مرتفعة من المواد الصلبة الذائبة الكلية و تتم معالجة مياه التعويض لبرج التبريد لإزالة عسر المياه. و قد تم التعرض لمعايير الصرف السائل الناتج عن وحدات معالجة المياه في الجزء الخاص بغلايات البخار.
التوربينات الغازية
لا تحتاج التوربينات الغازية للتبريد و تتشابه خطوط إمدادها بالوقود بخطوط إمداد غلايات البخار بالوقود و تنشأ عنها نفس مشكلات التلوث . ينبغي مراجعة مستوى الضوضاء الناشئ عن تشغيل التوربينات دورياً.
- التأثيرات البيئية و الصحية للانبعاثات و الصرف السائل
تأثير الانبعاثات الغازية
تنشأ الانبعاثات الغازية عن عملية حرق الوقود (الشكل 3-1)، و تسرب البخار من شبكة توزيع البخار، و الأبخرة المتسربة من خزانات وشبكة توزيع الوقود
انبعاث غازات العادم
تختلف مكونات الغازات المنبعثة إلي الجو تبعـا لاختلاف أنواع الوقود المستخدم وسعة الغلاية وأنظمة تنقية الغاز المستخدمة . وفيما يلي عرضا لأهم الملوثات وتأثيراتها علي الصحة و البيئة .
الجسـيمات
(particulate matter)
تنشأ معظم الأضرار الصحية التي تتسبب فيها الجسيمات عن التعرض للجسيمات الأصغر من 2.5 ميكرومتر (PM2.5) و 10 ميكرومتر (PM10) . أما الأتربة فتكون أكبر من هذا الحجم و بالتالي لا تمتص بواسطة أنسجة الرئة على العكس من الجسيمات الأصغر حجماً . يتسبب امتصاص أنسجة الرئة للجسيمات الصغيرة في الإصابة بأنواع مختلفة من الأمراض مثل الأزمات الربوية و الالتهابات الشعبية. و تتضمن الجسيمات المنبعثة ، الرماد و السناج و المركبات العضوية الناشئة عن الاحتراق الغير تام للوقود. كما يمكن رصد المتكثفات الحمضيـة و الكبريتات والنترات و الرصاص و الكادميوم و العديد من المعادن الأخرى ضمن هذه الانبعاثات.
أكاسيد الكبريت
يمثل تلوث الهواء بأكاسيد الكبريت مشكلة بيئية خطيرة حيث تتسبب التركيزات المرتفعة منها في حدوث أضرار كبيرة بالحياة النباتية و الحيوانية و بمواد البناء. كما تمثل الترسيبات الحمضية الرطبة أو الجافة مشكلة إضافية، فذوبان أكاسيد الكبريت في قطرات المياه في الجو ينشأ عنه تكون حمض الكبريتيك الذي يترتب عليه تكون ظاهرة التحمض (acidification). إن ترسـب الأحمـاض يتسـبب في تـآكل المعادن و الحجر الجيري و مواد أخرى متعددة.
أكاسيد الكبريت
يمثل تلوث الهواء بأكاسيد الكبريت مشكلة بيئية خطيرة حيث تتسبب التركيزات المرتفعة منها في حدوث أضرار كبيرة بالحياة النباتية و الحيوانية و بمواد البناء. كما تمثل الترسيبات الحمضية الرطبة أو الجافة مشكلة إضافية، فذوبان أكاسيد الكبر
تقييم:
0
0
وحدات توليد البخاريعتبر خط الوقود و خط المياه هما مصادر التلوث الرئيسية في وحدات توليد البخار.
خط الوقود
مخططاً لسريان دورة الوقود بدءاً من مراحل التخزين ثم التغذية و وصولاً إلى الاحتراق و خروج غازات العادم و مصادر التلوث المرتبطة بكل مرحلة منها.
نقل و تداول و تخزين الوقودتختلف مصادر التلوث المرتبطة بنقل و تداول و تخزين الوقود وفقاً لاختلاف أنواع الوقود.
الوقود السائل:
تقوم الشاحنات الثقيلة بنقل الوقود إلى المنشأة. و يشتري الوقود بكميات تقدر بالأطنان (الوقود الثقيل، المازوت) أو بآلاف الليترات (الوقود الخفيف ، السولار). و يتم تخزين الوقود السائل في خزانات تحت الأرض أو فوقها، و يطلق علها الخزانات (الصهاريج) الرئيسية. ويتم بناء الخزانات الموجودة تحت الأرض إما من الخرسانة المبطنة بحيث تصبح معزولة تماماً أو من الصلب. أما الخزانات المقامة فوق الأرض فتبنى عادة من الصلب. و يزود كل نوع من هذه الصهاريج بأنظمة تهوية مناسبة للتخلص من الأبخرة.
تزود خزانات المازوت و شبكة توزيع الوقود و التنكات الموزعة بالمنشأة بأجهزة تسخين الوقود المناسبة و ذلك للتغلب على مشاكل التداول التي تنشأ بسبب درجة اللزوجة العالية التي يتصف بها المازوت خاصة في فصل الشتاء. و عادة ما يستخدم
البخار الساخن أو السخانات الكهربية التي تلحق بخط الوقود في حالة عدم وجود مصدر لتوليد البخار.
يتم تخزين الوقود في غرفة الغلاية في تنك علوي تسمح سعته بتخزين الوقود الكافي ليوم تشغيل كامل على الأقل. و يزود هذا التنك بمقياس زجاجي جانبي أو أية وسيلة أخرى تسمح بالتحقق من كمية الوقود المتبقية به. و في حالة تخزين المازوت تزود هذه التنكات أيضاً بمعدات التسخين الأولى. كما تزود التنكات بنظام يعتمد على العوامات (نظاماً للطفو) يعمل على إرسال إشارات ارتجاعية (feedback signals) إلى الخزانات الرئيسية لوقف ضخ الوقود عند امتلاء التنك أو لبدء ضخ الوقود عند وصول محتويات الخزان إلى مستوى منخفض معين.
مصادر التلوث المحتملة في وحدات توليد الطاقة المدخلات
العملية
الهواء
المياه
المواد الصلبة
غلايات البخار
دورة الوقود
الوقود
غرفة الغلاية
المدخنة
الخزانات
مواد عضوية طيارة و ضوضاء
غازات عادم
انبعاثات متسربة
(مواد عضوية طيارة)
تسرب و انسكاب
تسرب و انسكاب
رماد و جسيمات
دورة المياه
مياه التغذية
كيماويات التلطيف
(Conditioning) (مضادات الرغوى، مانعات التآكل، مواد مانعة للتعفن)
الترويق
التيسير
توزيع البخار
الغلاية
الغسل العكسي (كيماويات: أملاح، قلويات، أحماض ...)
مياه الغسل العكسي
مخثرات (جير، شبه، كلوريد حديديك)
وحدة الضخ
حرارة و رطوبة
ضوضاء
مياه التفوير
حرارة و رطوبة
مواد عضوية طيارة، ضوضاء، حرارة و رطوبة
حاويات المواد الكيميائية الفارغة
الحمأة و حاويات المواد الكيميائية الفارغة
حاويات المواد الكيميائية الفارغة
مياه الغسل العكسي
موتورات الديزل
انبعاثات متسربة
(مواد عضوية طيارة)
دورة الوقود
الوقود
الخزانات
موتورات الديزل الغلاية
تسرب و انسكاب
المدخنة
غازات العادم
مواد عضوية طيارة، ضوضاء، حرارة و رطوبة
تسرب و انسكاب و زيوت تزليق مستهلكة
رماد و جسيمات من الفلاتر و المرسبات الكهروستاتيكية
الغاز الطبيعي
يتم توزيع الغاز الطبيعي عبر شبكة الغاز العمومية، حيث يصل الغاز إلى المنشأة عند مستوى ضغط 10 بار. لدى استلام الغاز يتم خفض مستوى الضغط إلى 2 بار في وحدة تعديل الضغط قبل استخدامه. و تقع الوحدة في مكان بعيد و آمن بحرم المنشأة و تكون مزودة بكافة وسائل الأمن الصناعي ومعدات القياس مثل:
· أجهزة الكشف عن تسرب الغاز.
· العدادات التي تتولى قياس كميات الغاز المستهلكة بالمتر المكعب.
· مقياس الضغط.
· معدات التحكم في سريان الغاز المزودة بصمامات الإغلاق للضغط العالي والضغط الخفيض.
تتم تغذية المعدات بالوقود الغازي عند مستوى ضغط 2 بار عبر شبكة خاصة بالمنشأة، و في الحارق يتم خفض الضغط إلى 300 مليبار أو إلى 500 مليبار وفقاً لشروط تشغيل الحارق. و يتضمن الحارق نظاماً للغاز (gas train) يتكون من وسائل الأمن ومعدات التحكم و القياس السابق ذكرها.
حرق الوقود
يتم خلال عملية الاحتراق إطلاق كمية كبيرة من الحرارة تصل إلى 32800 كيلو جول/كجم من مادة الكربون المحترقة و 142000 كيلو جول/كجم من الهيدروجين المحترق. و يهدف الاحتراق الأمثل إلى إطلاق كل هذه الطاقة الحرارية مع تقليص الفاقد الذي قد ينتج عن عدم توافر الشروط المناسبة للاحتراق. و لضمان الاحتراق
التام لمكونات الوقود في وجود الهواء يجب أن تراعى العناصر التالية عند تصميم نظام الاحتراق:
· توفير مستوى مناسب من الدفق الاضطرابي (turbulence level) يسمح باختلاط كافة مكونات الوقود بالهواء .
· توفير الزمن الكافي لإتمام عملية الاحتراق.
· توفير درجة حرارة عالية و مناسبة لإشعال كافة مكونات الوقود القابلة للاحتراق.
تمثل هذه العناصر الثلاث الشروط الفيزيائية لعملية الاحتراق. بالإضافة لهذه العناصر تعتبر نسبة الهواء إلى الوقود أثناء عملية الاحتراق عنصراً هاماً في تحديد كفاءة الاحتراق. لذلك ينبغي أن نشير هنا إلى أهمية المعلومات الكيميائية عن الاحتراق و التي يوضحها الملحق (D-1) ، بينما يوضح الملحق (D-3) معدلات إطلاق الحرارة.
انبعاثات المدخنة
توضح المعلومات الكيميائية عن احتراق الهيدروكربونات والواردة بالملحق (D-1) أن غازات العادم تحتوي أساساً على: ثاني أكسيد الكربون، الماء، النيتروجين و ثاني أكسيد الكبريت بالإضافة إلى الأكسجين الذي ينتج عن الهواء الزائد اللازم للاحتراق. كما تظهر أيضاً في غازات العادم آثار لأكاسيد النيتروجين NO2, NO , N2O و آثار ضئيلة للغازات العضوية مثل الألدهيدات (aldhydes) الناتجة عن احتراق بعض المواد العضوية التي قد تتواجد بالوقود و بخاصة الوقود الثقيل. و أهم الملوثات المنبعثة من المدخنة هي:
· ثاني أكسيد الكبريت (SO2)
· أكاسيد النيتروجين (Nox)
· ثاني أكسيد الكربون (CO2)
· الجسيمات
· المعادن الثقيلة
· مواد سامة أخرى تكون ملتصقة بالجسيمات المنبعثة.
تؤخذ قياسات نواتج الاحتراق لأغراض متنوعة، حيث يتم قياس انبعاثات أول أكسيد الكربون و ثاني أكسيد الكبريت و أكاسيد النيتروجين و الجسيمات بغرض مراقبة
الالتزام البيئي، بينما تؤخذ قياسات انبعاثات الأكسجين و ثاني أكسيد الكربون و أول أكسيد الكربون لتقييم أداء الغلاية و ضبط عمليات التشغيل. و يوضح الملحق (D-2) كيفية حساب الأكسجين الزائد. و فيما يلي عرضاً للأجهزة المستخدمة لتقييم أداء الغلاية و قياس الانبعاثات الغازية من المدخنة.
مقياس بكاراخ للاحتراق (Bacharach combustion tester)
يستخدم مقياس بكاراخ (مؤشر فايرايت : Fyrite indicator) لقياس تركيز الأكسجين أو ثاني أكسيد الكربون وفقاً لنوع المادة الكيميائية الموجودة في جهاز القياس، حيث تستخدم مادة البيرجالول (pyrgallol) لقياس تركيز الأكسجين و محلول الصودا الكاوية لقياس تركيز ثاني أكسيد الكربون. و قد أثبتت هذه الأجهزة كفاءتها في آخذ القياسات . و تتميز برخص أسعارها إضافة إلى سهولة استخدامها و عدم احتياجها لإجراءات صيانة خاصة و قدرتها على القيام بعمليات القياس المستمر للغازين. إلا أن هذه الأجهزة لا تعطي قياسات دقيقة فتتراوح فيها نسبة الخطأ بين + 0.5% .
الجهاز الإلكتروني للتحليل الكهروكيميائي للغازات
(Electronic electro-chemical gas analyzer)
تحتوي الأجهزة الإلكترونية لتحليل الغازات على خلايا كهروكيميائية تستطيع قياس الغازات المختلفة (خلية محددة لكل نوع من الغازات) حيث ينشأ فرق في الجهد بين قطبي الخلية (عند تعرضها للغاز) يتناسب مع تركيز الغاز، و يترجم فرق الجهد إلى رقم يعبر عن تركيز الغاز على شاشة جهاز التحليل. و تبلغ قيمة مثل هذه الأجهزة الإلكترونيـة بضعـة آلاف من الجنيهات وتحتاج إلى صيانة و مراجعة و معايرة مستمرة. إلا أنها أجهزة دقيقة (تتراوح نسبة الخطأ في قياس الأكسجين بين + 0.1%) و يمكن حملها من موقع لآخر، و تستخدم في عمليات الرصد المستمر. و تستطيع أجهزة تحليل الغاز القيام بقياسات لسبع أنواع مختلفة من الغازات في آن واحد. و تتضمن القياسات حسـاب تقديري لثاني أكسـيد الكربون، % الهواء الزائد، و كفاءة الاحتراق، كما تستطيع قياس درجة حرارة غازات العادم.
المجس (المسبار) الزركوني (Zirconia probe)
يعتمد هذا النوع من أجهزة القياس على قدرة أكسيد الزركونيوم (الزركونيا) على توصيل أيونات الأكسجين عند درجات حرارة أكبر من 650ْم. و يحفظ المجس عند درجة حرارة تصل إلى 800ْم تقريباً، و يتكون من خلية مسخنة ذات قطبين (electrodes) أحدهما محاط بغاز مرجعي (reference gas) (عادة الهواء) بينما يمر الغاز المراد تحليله على القطب الآخر. و ينشأ عن الفارق في محتوى الأكسجين عند القطبين فرق في الجهد يتم تحويله إلى ومضة إلكترونية.
رغم وجود معدات محمولة من أجهزة القياس الزركونية إلا أن معظم الأجهزة التي تعتمد على الخلايا الزركونيـة تكون كبيرة الحجم و ثقيلة نظراً لارتبـاط المجس بالسخانات و معدات التحكم اللازمة لحفظه عند درجة حرارة مرتفعة. لذلك فإن أنظمة القياس التي تعتمد على الخلايا الزركونية ترتبط بأجهزة تحليل الغاز التي يتم تركيبها على مداخن الغلايات المتوسطة و الكبيرة و الأفران و الغلايات الجاهزة. تمتد فترة صلاحية المجس الزركوني في مداخن الغلايات التقليدية إلى خمس سنوات على الأقل.
أجهزة تحليل الغاز العاملة بالأشعة تحت الحمراء (Infrared gas analyzers)
يعتمد هذا النوع من الأجهزة على امتصاص الغازات متنوعة الذرات (heteroatomic gases) للأشعة تحت الحمراء عند نطاقات طيفية محددة تختلف من غاز لآخر (الغازات متنوعة الذرات هي غازات تتكون من ذرات لعناصر مختلفة). وتصلح هذه التقنية في العديد من التطبيقات مثل قياس تركيز ثان أكسيد الكربون. ويتكون الجهاز من مصدر إشعاعي يتم تسخينه ليصدر إشعاعات يتم تضمينها طورياً (modulated in phase) بواسطة قرص المثقب (يقطع الضوء الساقط على خلية chopper) . ثم تنفذ الأشعة المضمنة عبر الخلية التي تحتوى على العينة المراد قياسـها قبل أن تصل إلى حجرة الكشاف (detector compartment) . أما في الجزء الخاص بالعينة المرجعية فتنفذ الأشعة المضمنة عبر خلية مرجعية تحتوي على النيتروجين إلى حجرة كشاف مطابقة تماماً لتلك الملحقة بخلية الغاز المجهول التركيز. وتغطي جميع الأجزاء بإحكام بواسطة زجاج منفذ للأشعة تحت الحمراء.
يفصل بين حجرات الكشاف مكثف غشائي (diaphragm capacitor) ، و تحتوي كل حجرة على غازات مجهولة التركيز لذلك فهي تستطيع امتصاص الأشعة تحت الحمراء عند نطاقات طيفية محددة وفقـاً لمكونات كل غاز. عند سريان عينة من الغاز في خلية العينات (sample cell) تتولى مكونات الغاز امتصاص جزء من الأشعة تحت الحمراء، لذلك فإن حجرة الكشاف المرتبطة بهذه الخلية ترتفع درجة
حرارتها بدرجة تقل عن الارتفاع في درجة حرارة حجرة الكشاف المرتبطة بالخلية المرجعية و التي تتعرض لكامل شدة الإشعاع دون نقصان. فينشأ بناء على هذه الحالة فرق في درجات الحرارة بين حجرات الكشاف، و يتغير هذا الفرق وفقاً لتغير تركيزات مكونات الغاز و وفقاً لتضمين التردد (frequency modulation) . على أية حال فإن هذا الفرق في درجات الحرارة يتسبب في انثناء غشاء المكثف الذي يترتب عليه حدوث تغير مضمن (modulated change) في سعة المكثف (capacitance) يؤدي بدوره إلى تغير في تيار متردد من خلال مقاوم كهربي (resistor) .
نفاثات السناج (Soot blowing)
لضمان المحافظة على أفضل أداء و أعلى كفاءة حرارية للغلاية يجب الحفاظ على أسطح التسخين نظيفة باستمرار، مما يستوجب الإزالة المستمرة للمواد التي تترسب على المواسير نتيجة احتراق الوقود. و يؤدي عدم إزالة تلك المترسبات إلى انخفاض معدل انتقال الحرارة من الغازات إلى أسطح التسخين و ارتفاع درجة حرارة الغاز . لذلك يتم تركيب نفاثات السناج في معظم الغلايات التي تستخدم الوقود الصلب و بعض الغلايات التي تستخدم الغاز و النفط في الإشعال (وفقاً لخصائص كل نوع) و كذلك في غلايات الحرارة المهدورة (waste heat boilers) ، و ذلك لضمان تنظيف أسطح التسخين أثناء تشغيل الغلاية. يوضح الشكل (3-3) نفاثات السناج الدوارة متعددة الفونيات (multi-nozzle rotary soot (blowers .
تستخدم نفاثات السناج عادة في غلايات المواسير المائية التي تعمل لفترات طويلة مما يستوجب وجود نظام للتنظيف المستمر. أما في غلايات مواسير اللهب، التي تعمل لفترات متقطعة فيتم التنظيف يدوياً في فترات توقف الغلاية بواسطة الفرش (brushes) و أنظمة تنظيف تعمل بالتفريغ لإزالة المترسبات السائبة. و هناك طريقة أخرى فعالة لإزالة المترسبات بإطلاق دفعات سريعة من الهواء المضغوط على كل ماسورة لهب بواسطة "حربة النقر" التي توجه يدوياً على كل ماسورة.
جدار الغلاية
و قد أدخلت حديثاً طريقة مبتكرة للتخلص من المواد المترسبة على مواسير الغلاية تعتمد على إطلاق نبضات سريعة و قصيرة من الهواء المضغوط في فراغ الغلاية. و يمكن ضبط تردد تلك النبضات لتتناغم مع تردد فراغ الغلاية الطبيعي مما يؤدي إلى تضخيم الصوت. و يؤدي إطلاق نبضات منضغطة إيجابية و سلبية متعاقبة إلى تمدد الغازات التي قد تتواجد في المواد المسامية المترسبة على المواسير لتتسبب في تفتيتها. و يتزايد حالياً الإقبال على استخدام النفاثات الصوتية (sonic blowers) في غلايات مواسير اللهب و غلايات مواسير المياه بسبب كفاءتها في عمليات التنظيف.
خط المياه (water cycle)
يتضمن خط المياه، أنظمة الإمداد بالمياه و أنظمة ضخ المياه، و ترويق المياه و تيسيرها، و توليد البخار و توزيعه. يوضح الشكل (3-1) مخططاً لسريان دورة المياه و مصادر التلوث المرتبطة بها .
مولدات الديزل
ينبغي التفتيش على كل من دورة الوقود و دورة المياه في مولدات الديزل التي يتم تبريدها بالماء.
دورة الوقود
تتشابه دورة الوقود في مولدات الديزل مع دورة الوقود في الغلايات حيث تبدأ بتخزين الوقود و خطوط إمداد غرفة الاحتراق، ثم احتراق الوقود وصولاً إلى انبعاث غازات العادم. و يحتوي وقود الديزل على نسبة كبريت أقل من المازوت. و ينبغي تحليل غازات العادم الصادرة عن المدخنة للكشف عن أول أكسيد الكربون و أكاسيد
النيتروجين و أكاسيد الكبريت و المواد العضوية الطيارة و الجسيمات الصدرية. أما زيوت التزليق فتقع ضمن المواد الخطرة و ينبغي رصد أساليب تداولها و كيفية التخلص من الزيوت المسـتهلكة وفقاً للقانون 4 لسنة 1994، و يوضح الشكل
(3-1) مخططاً لسريان دورة الوقود و مصادر التلوث المرتبطة بها.
دورة المياه
يتم تبريد موتورات الديزل بواسـطة الميـاه إمـا في دورة اسـتهلاك وحيدة (دائرة تبريد مفتوحة) (once-through) أو بتدوير مياه التبريد في أبراج التبريد لإعادة استخدامها. في الحالة الأولى تكون مياه التبريد المستهلكة ملوثة بالزيوت و ينبغي رصد درجة حرارتها. أما في حالة استخدام أبراج التبريد فإن نواتج تفوير البرج تمثل مصدر التلوث الرئيسي حيث تكون ذات تركيزات مرتفعة من المواد الصلبة الذائبة الكلية و تتم معالجة مياه التعويض لبرج التبريد لإزالة عسر المياه. و قد تم التعرض لمعايير الصرف السائل الناتج عن وحدات معالجة المياه في الجزء الخاص بغلايات البخار.
التوربينات الغازية
لا تحتاج التوربينات الغازية للتبريد و تتشابه خطوط إمدادها بالوقود بخطوط إمداد غلايات البخار بالوقود و تنشأ عنها نفس مشكلات التلوث . ينبغي مراجعة مستوى الضوضاء الناشئ عن تشغيل التوربينات دورياً.
- التأثيرات البيئية و الصحية للانبعاثات و الصرف السائل
تأثير الانبعاثات الغازية
تنشأ الانبعاثات الغازية عن عملية حرق الوقود (الشكل 3-1)، و تسرب البخار من شبكة توزيع البخار، و الأبخرة المتسربة من خزانات وشبكة توزيع الوقود
انبعاث غازات العادم
تختلف مكونات الغازات المنبعثة إلي الجو تبعـا لاختلاف أنواع الوقود المستخدم وسعة الغلاية وأنظمة تنقية الغاز المستخدمة . وفيما يلي عرضا لأهم الملوثات وتأثيراتها علي الصحة و البيئة .
الجسـيمات
(particulate matter)
تنشأ معظم الأضرار الصحية التي تتسبب فيها الجسيمات عن التعرض للجسيمات الأصغر من 2.5 ميكرومتر (PM2.5) و 10 ميكرومتر (PM10) . أما الأتربة فتكون أكبر من هذا الحجم و بالتالي لا تمتص بواسطة أنسجة الرئة على العكس من الجسيمات الأصغر حجماً . يتسبب امتصاص أنسجة الرئة للجسيمات الصغيرة في الإصابة بأنواع مختلفة من الأمراض مثل الأزمات الربوية و الالتهابات الشعبية. و تتضمن الجسيمات المنبعثة ، الرماد و السناج و المركبات العضوية الناشئة عن الاحتراق الغير تام للوقود. كما يمكن رصد المتكثفات الحمضيـة و الكبريتات والنترات و الرصاص و الكادميوم و العديد من المعادن الأخرى ضمن هذه الانبعاثات.
أكاسيد الكبريت
يمثل تلوث الهواء بأكاسيد الكبريت مشكلة بيئية خطيرة حيث تتسبب التركيزات المرتفعة منها في حدوث أضرار كبيرة بالحياة النباتية و الحيوانية و بمواد البناء. كما تمثل الترسيبات الحمضية الرطبة أو الجافة مشكلة إضافية، فذوبان أكاسيد الكبريت في قطرات المياه في الجو ينشأ عنه تكون حمض الكبريتيك الذي يترتب عليه تكون ظاهرة التحمض (acidification). إن ترسـب الأحمـاض يتسـبب في تـآكل المعادن و الحجر الجيري و مواد أخرى متعددة.
أكاسيد الكبريت
يمثل تلوث الهواء بأكاسيد الكبريت مشكلة بيئية خطيرة حيث تتسبب التركيزات المرتفعة منها في حدوث أضرار كبيرة بالحياة النباتية و الحيوانية و بمواد البناء. كما تمثل الترسيبات الحمضية الرطبة أو الجافة مشكلة إضافية، فذوبان أكاسيد الكبر
تقييم:
0
0
مشاركة:
