3334

Экспериментальные исследования проводились в условиях, близких к реальным для малых котлов, работающих на естественной тяге, в два этапа: без излучателей и с излучателями в виде стальных пластин толщиной 3 мм. Изменение относительного поперечного шага в конвективных пучках труб ( 1 =1,47; 1,765; 2,0;

2,23) позволило интенсифицировать теплообмен в них на 8…21 % без увеличения их аэродинамического сопротивления. Степень черноты промежуточных излучателей ( = 0,8; 0,85; 0,87; 0,9) менялась за счёт использования покрытий на основе алюмохромофосфатного связующего с добавлением карбида кремния и шамота в разных пропорциях. Результаты исследований обобщены зависимостью

которая достоверно аппроксимирует опытные данные и позволяет использовать её для газоходов с различным соотношением охлаждаемых и неохлаждаемых поверхностей. Влияние промежуточного излучателя на интенсификацию теплообмена в конвективном газоходе будет тем значительнее, чем выше коэффициент конвективной теплоотдачи к его поверхности, больше степень его черноты и чем меньше коэффициент поглощения газовой среды.

Установка промежуточных излучателей в конвективных газоходах позволит повысить энергоэффективность как вновь проектируемых, так и существующих водотрубных котлов малой мощности без увеличения их аэродинамического сопротивления.

Использование промежуточных излучателей возможно не только в потоке излучающих продуктов сгорания, но и в лучепрозрачной среде. Так, например, при нагреве воздуха в трубчатых рекуператорах, где установка в каналах промежуточных излучателей позволит увеличить эффективную поверхность теплоотдачи к перемещаемому потоку.

Литература 1. Страхова, Н.А. Концепция энергоресурсосберегающей дея-

тельности в промышленности / Н.А. Страхова, Н.Ю. Горлова // Инженерный вестник Дона. – 2011. – № 1. – С. 298–309.

171

2.Широков, В.А. Влияние выбора способа генерирования энергии на состояние воздушного бассейна / В.А. Широков, Е.Е. Новгородский, Н.Ю. Горлова // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2010.– № 1. – C. 21.

3.Басок, Б.И. Численное моделирование процессов аэродинамики в топке водогрейного котла со вторичным излучателем / Б.И. Басок, В.Г. Демченко, М.П. Мартыненко // Промышленная теплотехника. – 2006. – № 1. – С. 17–22.

4.Гришкова, А.В. Уменьшение выбросов оксидов азота от водогрейных котлов путем внесения в топку промежуточного излучателя с оптимальными параметрами / А.В. Гришкова, Б.М. Красовский, А.Ю. Ракитин // Промышленная энергетика. – 2004. – № 5. – С.

32–33.

5.Петриков, С.А. Прогрессивные способы интенсификации теплообмена в отопительных котлах / С.А. Петриков, Н.Н. Хованов

//Промышленная энергетика. – 2003. – № 12. –С. 18–22.

6.Сорока, Б.С. Интенсификация высокотемпературного теплообмена путем установки вторичных излучателей в трубах / Б.С. Сорока, П. Шандор, К.Е. Пьяных, А.В Педоренко // Промышленная теплотехника. – 2003. – Т. 25. – № 4. – С. 349–352.

Воронежский государственный технический университет

172

УДК502:514.018

Н.А. Матвеева, студент; А.И. Урывская, студент; Л.Н. Звягина, к.п.н., доцент

ГОРОДСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ

Аннотация: в данной работе приведены результаты анализа стационарных источников загрязнения атмосферного воздуха города Воронежа. Систематизированы данные мониторинговых исследований на территории Воронежа

Ключевые слова: окружающая среда, загрязнение, атмосфера, экология, санитарно–гигиенические нормативы, атмосферный воздух

Атмосферный воздух – важный компонент окружающей среды. Загрязнение атмосферы связано с высоким риском для здоровья населения. В связи с этим одним из основных приоритетов в охране окружающей среды является мониторинг за качеством атмосферного воздуха. Мониторинг атмосферного воздуха на территории городского округа город Воронеж осуществляется лабораторией Воронежского ЦГМС – филиала ФГБУ «Центрально–Черноземное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» на 5 стационарных постах наблюдения за загрязнением (ПНЗ). Посты расположены как в районах жилой застройки, так и в местах интенсивного движения автотранспорта и в промышленных зонах.

По данным лаборатории Воронежского ЦГМС в атмосферном воздухе над городом максимально–разовые концентрации временами достигали превышений санитарно–гигиенических нормативов по оксиду углерода – в 1,6 ПДК (предельно допустимая концентрация); по пыли – в 3,6 ПДК и диоксиду азота – в 1,45 ПДК.

Загрязнение атмосферы представляет собой изменение состава атмосферы в результате наличия в ней примеси. Загрязняющее вещество – примесь в атмосфере, оказывающая неблагоприятное действие на окружающую среду и здоровье населения.

Предельно допустимый выброс вредных веществ в атмосферу устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы. При этом выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности других источников города с учётом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземистую концентрацию, превышающую

173

их предельно допустимую концентрацию для населения, растительного и животного мира.

Химическое загрязнение атмосферы Воронежа в значительной степени зависит от стационарных источников выбросов. Наиболее крупные предприятия, осуществляющие деятельность на территории городского округа город Воронеж, выбрасывают до 85 % всех вредных веществ, ежегодно поступающих в атмосферу от объектов промышленности и теплоэнергетики.

Значения ПДВ устанавливаются как для строящихся, так и для действующих предприятий при полной нагрузке технологического и газоочистительного оборудования и их нормальной работе.

В отличии от ПДК значения ПДВ веществ не являются постоянными, поскольку они зависят от состояния загрязнения атмосферы вредными выбросами в районе расположения предприятия – фоновой концентрации.

Поэтому нормативы ПДВ устанавливаются на срок до 5 лет и пересматриваются по графику. Установленные нормативы ПДВ могут быть изменены по требованию комитета по экологии и до истечения их срока действия в зависимости от экологической обстановки в регионе, появления новых или уточнения параметров существующих источников выбросов. Значение допустимого выброса с учётом фоновой концентрации должно быть таким, чтобы в результате рассеивания в атмосфере над всей территорией населённых пунктов уровень загрязнения воздушного бассейна региона в любой точке не превышал максимально разовую предельно допустимую концентрацию этого вещества в воздухе населённых мест.

При неблагоприятных метеорологических условиях концентрация примесей в приземном слое атмосферы может достигать опасных для человека и окружающей среды значений. Она определяется расчётным путём.

Практические занятия по курсу «Экология» содержат ряд работ по рассматриваемой теме, что позволяет студентам самостоятельно провести расчёты и оценить степень опасности разных источников загрязнения атмосферы.

Распространение в атмосфере промышленных выбросов подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывает состояние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характер местности, физические и химические свойства выбрасываемых веществ,

174

высота источника, диаметр устья выброса. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, а вертикальное – распределением температур в вертикальном направлении.

По мере удаления от трубы высотой более 50 м в направлении распространения выбросов условно выделяют следующие зоны загрязнения атмосферы: неорганизованное загрязнение; переброс факела выброса, характеризующийся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы; задымление с максимальным содержанием загрязняющих веществ; постепенное снижение уровня загрязнения. Зона задымления является наиболее опасной для населения, проживающего вблизи источника выброса.

В настоящее время суммарные выбросы в атмосферу за год составляют в среднем около 360–400 тысяч тонн.

Это твёрдые вещества, оксиды углерода, сернистый ангидрид, оксиды азота, органические соединения. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят: Воронежская ТЭЦ–1, ОАО «Амтел– Черноземье», ОАО «Воронежсинтезкаучук», ОАО «ВАСО», ОАО «Рудгормаш», ОАО «Тяжмехпресс», ОАО «Станкостроительный завод», ОАО «Минудобрения» в г. Россошь, ОАО «Семилукский огнеупорный завод», ОАО «Павловскгранит», ОАО «Подгоренский цементник» и др.

Однако намного больший вред атмосфере наносит автотранспорт, объёмы выбросов которого достигают 280–370 тысяч тонн в год.

Мониторинг состояния атмосферного воздуха проводится Воронежским ЦГМС – филиалом ФГБУ «Центрально–Черноземное УГМС» на 5 стационарных постах наблюдения за загрязнением

(ПНЗ).

За последние 3 года отмечается тенденция роста загрязнения атмосферного воздуха пылью, диоксидом азота и формальдегидом, а также некоторого снижения – оксида углерода. Содержание в атмосферном воздухе диоксида серы, фенола, аммиака, сажи, оксида азота и тяжёлых металлов остаётся на прежнем уровне и не превышает предельно–допустимых норм.

На основании информационной справки Росгидромета за май 2017 года погодные условия определялись чередованием циклонической и антициклонической деятельности. Экологическая обстановка была неблагоприятной. Этому способствовало преобладание ветра восточного и юго–восточного направления со средней скоро-

175

стью в приземном слое менее 5 м/с и большое количество дней с приземной инверсией.

Состояние загрязнения атмосферного воздуха отдельными примесями в мае 2017 г. характеризовалось следующими данными:

–пыль. Содержание пыли в атмосферном воздухе города в мае по сравнению с апрелем повысилось. Приземная среднемесячная концентрация пыли составила 0,57 мг/м3 (3,8 ПДК средне– суточной). Максимальная из разовых концентраций 2,2 мг/м3 (4,4 ПДК максимально–разовой) наблюдалась на ПНЗ №7 2 мая в 13 часов при ЮЮВ направлении ветра и на ПНЗ №8 8 мая в 19 часов при ЮЮВ направлении ветра;

–диоксид азота. Содержание диоксида азота в атмосферном воздухе незначительно повысилось. Приземная среднемесячная концентрация диоксида азота составила 0,089 мг/м3 (2,2 ПДК среднесуточной). Максимальная из разовых концентраций составила 0,249 мг/м3 (1,2 ПДК максимально–разовой) и наблюдалась на ПНЗ №7 31 мая в 19 часов при З направлении ветра;

–оксид углерода. Содержание оксида углерода осталось на уровне предыдущего месяца. Максимальная из разовых концентраций данной примеси составила 7,8 мг/м3 (1,6 ПДК максимально– разовой) и наблюдалась на ПНЗ № 7 19 мая в 7 часов при штиле.

Загрязнение атмосферного воздуха диоксидом серы, аммиаком, сажей, оксидом азота, фенолом и формальдегидом в мае не превышало допустимых норм.

Таким образом, загрязнение атмосферного воздуха в городе в мае по сравнению с апрелем повысилось по содержанию пыли и диоксида азота, а по содержанию оксида углерода осталось на прежнем уровне.

Содержание в воздухе суммации этих двух веществ в мае превысило допустимые нормы в 8 случаях. По проведённым исследованиям зафиксировано наибольшее загрязнение атмосферы частицами пыли, формальдегида, диоксида азота на юго–востоке Воронежа, где сконцентрированы ТЭЦ–1, ООО «Воронежский завод по производству шин», ОАО «Воронежсинтезкаучук», а также в местах прохождения магистрали с интенсивным движением автотранспорта.

Химическое загрязнение атмосферы Воронежа в значительной степени зависит от стационарных источников выбросов. Наиболее крупные предприятия, осуществляющие деятельность на территории городского округа, выбрасывают до 85 % всех вредных веществ,

176

ежегодно поступающих в атмосферу от объектов теплоэнергетики и промышленности. Они сосредоточены в промузлах Левобережного, Коминтерновского и Советского районов. Исторически сложившиеся в Воронеже промышленные зоны характеризуются высокой плотностью этих предприятий и примыканием к ним жилых зон.

Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят предприятия теплоэнергетики, химической промышленности, транспортного и специального машиностроения.

Предприятия нефтехимической и машиностроительной отраслей промышленности (ОАО «Воронежсинтезкаучук», ЗАО «Воронежский шинный завод», ОАО «ВАСО», ЗАО «Воронежстальмост», ОАО «ТМП», «Воронежский механический завод – филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В.Хруничева» и др.), а также производства стройматериалов (ОАО ПКФ «Воронежский керамический завод», ЗАО «ВКСМ», и др.), являются основными вкладчиками в химическое загрязнение атмосферного воздуха специфическими загрязняющими веществами. В выбросах указанных предприятий содержатся железа оксид, марганец и его соединения, оксид меди, метан, бутадиен, бензол, ксилол, толуол, стирол, фенол, формальдегид, пыль кремния и другие вредные вещества.

Таблица Распределение валового выброса по отраслям промышленности

177

Наибольший вклад от стационарных источников в выброс в атмосферу оксидов азота вносит теплоэлектроэнергетическая отрасль промышленности: производственные подразделения ТЭЦ–1, ТЭЦ–2 филиала ОАО «Квадра» – «Воронежская региональная генерация»; котельные ООО «Воронежская теплосетевая компания». Выбросы от стационарных источников в производстве электроэнергии и теплоносителей увеличиваются в более холодные зимы, а также за счёт ввода новых производств. С учётом указанного общий валовый выброс загрязняющих веществ в атмосферу в 2016 году по сравнению с предыдущим годом увеличился на 0,297 тыс. тонн.

Литература

1.Лозовая, В.Ю. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Экология» для студентов всех специальностей очной формы обучения. Ч. 2 / В.Ю. Лозовая, Л.Б. Сафонова, Л.Н. Звягина. Воронеж. – ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет». – 2009. – 34 с.

2.Департамент природных ресурсов и экологии воронежской области. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://dprvrn.ru/ index.php/work/education/item/192930062016newsecop001.

3.ГОСТ 17.2.2.03–87 Охрана природы (ССОП). Атмосфера. Нормы и методы измерений содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Требования безопасности.

Воронежский государственный технический университет

178

УДК 621.1.016.4

В.В. Чмыхова, студент; Д.А. Коновалов, к.т.н.

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПОРИСТОГО РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

С ОХЛАЖДЕНИЕМ «НЕРАБОЧЕЙ» ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ

Аннотация: в настоящей работе рассмотрены две конструкционные схемы пористого теплообменного аппарата. Осуществлено синтезирование математической модели в виде системы дифференциальных уравнений. Интегральным преобразованием Лапласа и применением второй теоремы Ващен- ко–Захарченко получено решение системы уравнений математической модели. С использованием математической модели в трёхмерной постановке произведён анализ эффективности интенсификации пористого теплообменного элемента с охлаждением «нерабочей» поверхности

Ключевые слова: тепловой поток, рекуперативный теплообменник, эффективность, теплообменный процесс

Во многих отраслях техники, в том числе авиационной, ракет- но–космической, лазерной, важной проблемой является создание компактных высокоэффективных теплообменных аппаратов различного назначения. Нагрев или охлаждение компактных поверхностей может быть реализовано при интенсификации процессов теплообмена. Одним из таких перспективных способов интенсификации является использование в теплообменных устройствах пористых материалов [1].

Как правило, при моделировании теплообмена в пористых теплообменниках предполагается теплоизолированность корпуса, однако теплообмен между корпусом и окружающей средой присутствует. В последнее время предлагается идея подачи теплоносителя через внешнюю поверхность корпуса пористого рекуперативного теплообменника, что увеличивает градиент температуры при охлаждении компактных поверхностей и ведёт к интенсификации процесса теплообмена [2].

Применяемые на практике рекуперативные пористые теплообменники подсоединяются по схеме, представленной на рис. 1.а. В этом случае предполагается, что тепловой поток с корпуса теплообменника равен нулю [3]. Для интенсификации указанной схемы организуем подачу теплоносителя на корпус с той же температурой, с которой он подаётся в теплообменник (рис. 1.б).

179

Рис. 1. Схемы подсоединения пористого теплообменника

Схеме, представленной на рис. 1.а соответствует постановка задачи для локального поля температур в условиях теплового равновесия между температурами пористого скелета и теплоносителя:

где Т f – локальная температура теплоносителя.

Применим к системе дифференциальных уравнений (1) преобразование Лапласа по переменной Х , получим: