7213
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
А.В. Гордеев
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА
ТОПЛИВОСЖИГАЮЩИХ УСТАНОВОК
Учебно-методическое пособие
по подготовке к лекциям, практическим занятиям
для обучающихся по дисциплине «Экологическая оценка топливосжигающих установок»
по направлению подготовки 08.03.01 Строительство
Профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов (заочная форма обучения с организацией основной части контактной работы обучающихся с преподавателем по выходным дням)
Нижний Новгород
2016
2
УДК 621.182 (075.8)
Гордеев А.В. / Экологическая оценка топливосжигающих установок [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / А.В. Гордеев; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – __ с.– 1 электрон. опт. диск (CD-RW).
В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Экологическая оценка топливосжигающих установок» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебнометодического пособия — это помощь в усвоении лекций и в подготовке к практическим занятиям.
Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Экологическая оценка топливосжигающих установок» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов (заочная форма обучения с организацией основной части контактной работы обучающихся с преподавателем по выходным дням).
Учебно-методическое пособие ориентировано на обучение в соответствии с календарным учебным графиком и учебным планом по основной профессиональной образовательной программе направления 08.03.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение, вентиляция, водоснабжение и водоотведение зданий, сооружений, населенных пунктов, утв. решением учёного совета ННГАСУ от 03.04.2015 г., протокол № 9
© А.В. Гордеев, 2016
© ННГАСУ, 2016
3 |
|
Содержание |
|
Введение.................................................................................................................... |
5 |
1. Технологические и вентиляционные выбросы систем ТГВ -.......................... |
7 |
источники загрязнения окружающей среды ......................................................... |
7 |
2. Стационарные топливосжигающие установки как источники..................... |
9 |
загрязнения воздушного и водного бассейнов...................................................... |
9 |
2.1 Токсичные ингредиенты продуктов сгорания органических топлив. |
|
Свойства. Гигиеническая характеристика. ........................................................ |
9 |
2.2. Механизм образования токсичных веществ при сжигании топлив ....... |
15 |
2.3 Экологическая характеристика промышленных печей............................ |
25 |
2.4. Экологическая характеристика выбросов и сбросов............................ |
32 |
котельных установок на органическом топливе ............................................. |
32 |
2.4.1. Концентрации вредных веществ в продуктах сгорания котлов....... |
32 |
2.4.2. Расчет массы загрязняющих веществ в выбросах котельной........... |
37 |
2.4.3. Характеристика сточных вод котельных установок.......................... |
47 |
2.4.4. Расчет массы загрязняющих веществ в сточных водах [26,27]........ |
53 |
3. Топливная промышленность как источник загрязнения ............................... |
56 |
окружающей среды ................................................................................................ |
56 |
3.1. Газовая и нефтяная отрасли промышленности ........................................ |
56 |
3.1.1 Добыча газа и нефти .............................................................................. |
57 |
3.1.2 Транспортировка газа и нефти.............................................................. |
66 |
3.1.3.Использование газа и нефти.................................................................. |
68 |
3.2 Угольная отрасль топливной промышленности........................................ |
68 |
3.2.1 Добыча каменного угля ......................................................................... |
68 |
3.2.2 Переработка угля.................................................................................... |
69 |
4. Характеристика вентиляционных выбросов окрасочных производств ...... |
70 |
4.1 Образование токсичных веществ в окрасочном производстве................ |
70 |
4.2 Расчет массы загрязняющих веществ......................................................... |
71 |
4 |
|
4.2.1 Расчет количества загрязняющих веществ в виде аэрозолей ........... |
71 |
4.2.2 Расчет количества летучей части каждого компонента..................... |
73 |
4.2.3 Расчет количества загрязняющих веществ в виде паров................... |
73 |
органических растворителей.......................................................................... |
73 |
5. Характеристика вентиляционных выбросов сварочных................................ |
76 |
производств............................................................................................................. |
76 |
5.1 Характеристика сварочных процессов в промышленности..................... |
76 |
5.2 Расчет выбросов загрязняющих веществ при сварочных работах [6] .... |
77 |
6. Характеристика вентиляционных выбросов гальванических ....................... |
79 |
процессов................................................................................................................. |
79 |
6.1. Образование токсичных веществ при нанесении покрытий................... |
80 |
6.2. Расчет выбросов загрязняющих веществ ................................................. |
80 |
6.2.1 Расчет количества газообразных загрязняющих веществ.................. |
80 |
6.2.2 Расчет количества загрязняющих веществ в виде аэрозолей............ |
80 |
6.2.3 Расчет количества паров органических растворителей ..................... |
81 |
7. Характеристика вентиляционных выбросов................................................... |
83 |
механических цехов............................................................................................... |
83 |
7.1 Образование загрязняющих веществ при механической обработке и |
|
резке металлов..................................................................................................... |
83 |
7.2 Расчет выбросов загрязняющих веществ ................................................ |
85 |
Список использованных источников ................................................................... |
86 |
Приложения…………………………………………………………………..…..89 |
|
5
Введение
Установки теплогазоснабжения и вентиляции (ТГВ) являются одним из крупных загрязнителей окружающей среды, т.к негативно воздействуют на все компоненты окружающей среды – воздух, почву, недра, водный бассейн,
растительность и животный мир.
Атмосфера, вода, недра и почва образуют единую взаимосвязанную систему биосферы, в которой обитает все живое. Совокупность живых и не-
живых компонентов биосферы составляет экосистему. Биосфера чрезвы-
чайно восприимчива к внешним воздействиям. Несмотря на кажущуюся при-
способленность живого оно может существовать только в очень узком диапа-
зоне параметров (состав атмосферы, воды, почвы; атмосферное давление.
влажность воздуха, температура, и др.).
Вмешательство человека в природные процессы привело к уничтоже-
нию лесов, исчезновению малых рек, загрязнению воды, почвы и атмосфер-
ного воздуха.
Исходными проблемами глобальных экологических проблем стал де-
мографический взрыв и одновременно научно-техническая революция 20 ве-
ка. Если численность населения Земли в вначале 20 века была равной 2,5
млрд. человек, то к 1984г она удвоилась, а в 2000г превысила 6 млрд. чело-
век. Отсюда возрастание антропогенного воздействия на окружающую среду.
До начала 20 века проблемы охраны окружающей среды не существо-
вало, т.к природа сама справлялась с негативным воздействием того времени.
Во 2-ой половине 20 века произошел интенсивный рост промышленно-
го и сельскохозяйственного производства во всех странах мира. Технический прогресс привёл к глобальному расходованию природных ресурсов. Резко возросло негативное воздействие на окружающую среду. Возникла объек-
тивная необходимость в рациональном использовании природных ресурсов и
6
уменьшения воздействия различных технологий на состояние окружающей среды.
Тем не менее, грозящую экологическую опасность представляли лишь ученые некоторых специальностей: медики, метеорологи, биологи. В 1971г в ООН было передано Обращение 2200 ученых всего мира с просьбой обратить безотлагательное внимание на состояние окружающей среды.
Это мнение было услышано всеми государствами, и как результат, рез-
ко возросла организационная работа, усилилось законодательное творчество.
В начале 90х годов в связи с распадом СССР появилось Российское законода-
тельство, которое вобрало в себя все основные положения и разработки в об-
ласти экологии, утвердило новые законы и нормативные акты [1-8].
В настоящее время для всех технологических процессов утверждены нормативы выбросов загрязняющих веществ, в том числе необходимые для экологической оценки технологических и вентиляционных выбросов систем теплогазоснабжения и вентиляции (ТГВ) [3-8 и др.].
Задача данного курса – получить необходимые экологические знания и умения для выполнения экологической оценки технологий ТГВ на уровне проектирования систем ТГВ, а также в процессе строительства, монтажа и эксплуатации этих систем.
7
1. Технологические и вентиляционные выбросы систем ТГВ - источники загрязнения окружающей среды
Различные технологические процессы связаны с образованием загряз-
няющих веществ, которые выбрасываются в окружающую среду и оказыва-
ют на неё негативное воздействие.
Промышленные выбросы можно разделить на технологические и вен-
тиляционные.
Состав как технологических, так и вентиляционных выбросов зависит от специфики технологических процессов, в том числе качества исходного сы-
рья, объема выпускаемой продукции, количества технологических звеньев, в
которых выделяются загрязнения и пр.
Для конкретных областей народного хозяйства характерны различные формы воздействия на компоненты окружающей среды.
Рассмотрим отрасли промышленности, дающие наибольший вклад в за-
грязнение окружающей среды (в порядке убывания).
Воздушный бассейн (вклад в % ):
Энергетика - 27, цветная металлургия - 17,9; черная металлургия -14,
нефтедобывающая отрасль - 8,6; нефтеперерабатывающая -5,1; газовая - 4,4;
промышленность строительных материалов - 4,0; угольная -3.5; химическая и нефтехимическая - 2,8; ….. легкая -0,5
Водный бассейн (вклад в % ):
Деревообрабатывающая и целлюлозная - 19.6; химическая и нефтехи-
мическая - 17,7; энергетика - 14,5; машиностроение - 9,8; черная металлургия
- 8,3; нефтеперерабатывающая - 7,5; цветная металлургия - 6,0; нефтедобы-
вающая - 2,6; промышленность строительных материалов -1, угольная - 0,3;
газовая - 0,1.
Анализ представленных данных показывает, что наибольшее загрязне-
ние воздушного и водного бассейнов создают энергетические процессы,
8
все отрасли топливодобывающей и топливоперерабатывающей промышлен-
ности.
Наибольший выброс загрязняющих веществ в атмосферу имеют топли-
восжигающие установки (печи, котлы) и вентиляционные выбросы промыш-
ленных производств.
Значительный сброс загрязняющих веществ в водный бассейн осу-
ществляет энергетический комплекс, практически все отрасли топливной промышленности, особенно нефтедобывающие предприятия и нефтепере-
рабатывающие заводы.
Для экологической оценки вредных выбросов систем ТГВ необходимо ознакомиться как с нормативными методиками по расчету количества выбро-
сов и сбросов, так и с результатами натурных замеров воздействия суще-
ствующих систем ТГВ и оборудования на различные компоненты окружаю-
щей среды.
Расчет выбросов вредных веществ в атмосферу и сбросов в водный бассейн производится по отраслевым методикам, утвержденным Госкомпри-
роды России [3-8 и др.].
9
2. Стационарные топливосжигающие установки как источники
загрязнения воздушного и водного бассейнов
Основным загрязнителем атмосферного воздуха являются процессы сжигания органических топлив, в том числе в стационарных топливоисполь-
зующих установках – котлах (производственных, отопительных) и промыш-
ленных печах.
Об увеличении антропогенного воздействия на окружающую среду можно проследить по динамике потребления тепловой и электрической энер-
гии:
В 1970 г. в мире произведено 5 триллионов кВт×ч энергии
1980 |
10 |
- |
2000 |
30 |
- |
Следует отметить, что тепловая и электрическая энергия производится в основном из органического топлива.
Особенно велико воздействие сжигания органических топлив на состо-
яние воздушного бассейна. Токсичные вещества, образующиеся в процессах сжигания топлив, переносятся воздушными потоками на значительные рас-
стояния от источника загрязнения.
Котельные установки, сжигающие органическое топливо, являются не только источником выброса вредных веществ в атмосферный воздух, но и за-
грязняют водный бассейн сточными водами водоподготовительных устано-
вок, топливного хозяйства и др. (см. раздел 2.4.4)
2.1 Токсичные ингредиенты продуктов сгорания органических топлив. Свойства. Гигиеническая характеристика
Воздействие процессов сжигания топлив на качество атмосферного
воздуха зависит от состава используемого топлива и способа его сжигания
10 |
|
Элементарный состав рабочей массы топлива |
|
СР + НР + SР + ОР + NР + WР + АР = 100% |
(2.1) |
Все элементы топлива участвуют в образовании |
токсичных веществ в |
процессе горения. Наименьшую экологическую опасность представляет сжи-
гание топлив, состоящих из углерода СР и водорода НР и не содержащих серы
SР, топливного азота NР, минеральной составляющей АР (например, природ-
ного газа).
Продукты полного сгорания углеводородной части топлив – СО2 и Н2О
– не являются токсичными. Тем не менее, процесс даже полного сгорания топлив оказывает негативное воздействие на окружающую среду:
-возрастание содержания СО2 в атмосфере способствует парниковому эф-
фекту;
-увеличивается тепловое загрязнение атмосферы вследствие достаточно высокой температуры уходящих газов;
-процессы горения расходуют большой объём кислорода из зоны дыхания.
Вслучае неполного сгорания воздушный бассейн загрязняется веще-
ствами, большинство из которых токсичны ( СО, сажа, углеводороды, в т.ч
бенз/а/пирен БП и др.)
При сжигании всех видов топлив в условиях высоких температур обра-
зуются оксиды азота – NO X (NO+NO2). Содержание NO составляет – 95-98%,
а NO2 только 2-5%. При движении по газовому тракту соотношение NOx не изменяется, но при выбросе в атмосферу более 70%NO окисляется до NO2.
Содержание NOx в топочной камере увеличивается при наличии азота NP в
рабочей массе топлива.
Содержание серы (SP) в составе топлива приводит к образованию в то-
почной камере и выбросу в атмосферу оксидов SOX (SO2+SO3), причём SO2 –
(98 –99)%SO X, а SO3 –( 1-2)%SO X.