995

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. Ю. Чадов

Охрана воздушного бассейна от вредных выбросов

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы)

для обучающихся по дисциплине «Охрана воздушного бассейна от вредных выбросов»

по направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность профиль Безопасность технологических процессов и производств

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

2

УДК 620.9.

Чадов А.Ю. Охрана воздушного бассейна от вредных выбросов. [Электронный ресурс]: учебно.- метод. пос. /А.Ю.Чадов; Нижегород. гос. архит.-строит. ун-т., Нижний Новгород: ННГАСУ, 2016. – 15.; ил. 1 электрон.опт. диск (CD-RW).

В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Охрана воздушного бассейна от вредных выбросов» даются конкретные рекомендации студентам для освоения, как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций, включая рекомендации по организации самостоятельной работы.

Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Охрана воздушного бассейна от вредных выбросов» по направлению подготовки 20.03.01 Техносферная безопасность, профиль Безопасность технологических процессов и производств.

Учебно-методическое пособие ориентировано на обучение в соответствии с календарным учебным графиком и учебным планом по основной профессиональной образовательной программе направления 20.03.01 Техносферная безопасность, направленность (профиль) Безопасность технологических процессов и производств, утв. решением учёного совета ННГАСУ от 02.09.2016 г., протокол № 1.

3

Оглавление

4

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины «Охрана воздушного бассейна от вредных выбросов» являются:

−формирование знаний по основным методам защиты воздушного бассейна от выбросов стационарных технологических установок и экозащитному оборудованию;

−умений выбрать схему очистки от вредных выбросов на основе экологической оценки и подобрать перспективное экозащитное оборудование для снижения загрязнения воздушного бассейна

Впроцессе освоения дисциплины студент должен

Знать:

−специфику технологических процессов с позиции загрязнения воздушного бассейна;

−перспективные схемы очистки выбросов установок с позиции загрязнения окружающей среды.

−условные обозначения и особенности выполнения проектных работ в данной области.

Уметь:

−подобрать комплекс мероприятий по сокращению загрязнения воздушного бассейна;

−выявить необходимую степень очистки выбросов технологического оборудования с помощью автоматизированных систем проектирования и соответствующих компьютерных программ решать поставленные инженерные задачи.

−получать и обрабатывать информацию о способах снижения загрязнения окружающей среды.

Владеть:

−приемами технико-экономического обоснования природоохранных мероприятий;

−приемами выбора и обоснования перспективного экозащитного оборудования;

−компьютерными программами по расчету и подбору соответствующих агрегатов и оборудования.

−информационными ресурсами с целью решения экологических проблем.

Данная дисциплина позволит студентам не только систематизировать полученные теоретические знания, укрепить исследовательские навыки, но и даст возможность ориентироваться в выборе оборудования для защиты атмосферы от выбросов различных технологических установок.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины «Охрана воздушного бассейна от вредных выбросов» сгруппирован по следующим разделам:

1. Экологическая оценка различных технологических процессов.

Антропогенное загрязнение атмосферы выбросами технологических установок. Физикохимические свойства вредных веществ и их воздействие на человека. Определение расхода выбросов и массы вредных веществ технологической установкой. Нормирование выбросов. Нормативы санитарнозащитных зон (СЗЗ) промышленных предприятий.

5

2. Технологические методы снижения вредных выбросов технологических установок.

Использование малоотходных и безотходных технологий в промышленности. Применение энергосберегающих технологий. Использование возобновляемых источников энергии. Применение технологических методов в топливосжигающих установках.

3. Методы очистки вредных выбросов технологического оборудования.

Очистка технологических выбросов от твердых частиц. Методы термического обезвреживания. Дожигание. Каталитическая очистка. Катализаторы окислительные и восстановительные. Термохимические методы восстановления оксидов азота.

Сорбционная очистка. Адсорбция. Абсорбция. Хемосорбция. Сорбенты.

4. Экозащитное оборудование для технологических установок.

Классификация. Оборудование для очистки продуктов сгорания от твердых частиц. Оборудование для термического обезвреживания выбросов. Дожигательные устройства. Каталитические реакторы.

Оборудование для сорбционных процессов. Адсорберы. Абсорберы. Сорбенты. Регенерация сорбентов.

Пуск, эксплуатация и наладка экозащитного оборудования.

6

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция является главным звеном дидактического цикла обучения. Ее цель — формирование основы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции преподаватель в устной форме, а также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.

Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладении необходимых знаний и применения их на практике.

Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлагаемой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточнения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффективности лекционных занятий.

2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленного записывания, обеспечивает наличие опорных материалов при подготовке к семинару, зачету, экзамену.

Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.

Вслучае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве случаев неусвоенность материала дисциплины.

2.3Общие рекомендации по изучению материала лекций

Раздел 1. Экологическая оценка различных технологических процессов. — 3 лекции.

В соответствии с «Экологической доктриной Российской Федерации», законами «Об охране окружающей среды» и «Об охране атмосферного воздуха» для всех технологических установок, выбрасывающих вредные вещества, должны быть предусмотрены природоохранные мероприятия, сокращающие или устраняющие вредное воздействие на атмосферный воздух.

Технологические методы – это комплекс технологических решений и режимов работы технологического оборудования, которые направлены на снижение образования токсичных веществ в данном технологическом процессе. Технологические методы менее затратные, чем очистка.

Методы подавления оксидов азота в топочной камере основаны на создании процессов горения с минимальным образованием NO. Эти методы базируются на механизме образования оксидов азота. Анализ условий образования NO показывает, что для образования оксидов азота необходимы высокие температуры в топочной камере, локальные высокотемпературные участки в зоне факела, избыток кислорода в зоне синтеза NO и высокое тепловое напряжение топочного объёма.

7

В настоящее время разработано и внедрено в промышленность большое количество технических решений, обеспечивающих снижение образования оксидов азота.

Классификация методов подавления образования оксидов азота:

–ступенчатая подача окислителя в топочную камеру котла;

–ввод воды или пара в топочную камеру;

–рециркуляция продуктов сгорания в топочную камеру котла;

–специальные горелочные устройства с минимальным образованием оксидов азота.

Раздел 2. Технологические методы снижения вредных выбросов технологических установок. - 2 лекции.

Для очистки вредных выбросов в атмосферу энергетических установок, в том числе котельных, используются следующие методы очистки продуктов сгорания:

–восстановительные методы – для снижения оксидов азота восстановлением оксидов азота до азота N2 газами– восстановителями в присутствии катализаторов или без них;

–методы термического обезвреживания – для очистки продуктов сгорания от горючих токсичных компонентов продуктов неполного сгорания (СО, сажи, бенз(а)пирена;

–сорбционные методы – для очистки продуктов сгорания от оксидов серы и азота адсорбцией, абсорбцией или хемосорбцией;

–методы механической очистки продуктов сгорания от зольных частиц (сухие и мокрые);

–радиационно-химические методы очистки дымовых газов от оксидов азота и серы.

В последние годы широко применяются восстановительные методы применительно к очистке от оксидов азота. Восстановительные методы основаны на реакции восстановления оксидов азота до азота специальными веществами, называемыми восстановителями. В качестве восстановителей используются водород, оксид углерода, метан и другие углеводороды, аммиак, аммиачная вода, раствор карбамида и др. По способу воздействия восстановители разделяются: на селективные, действующие избирательно (аммиак, аммиачная вода, раствор карбамида), и неселективные - водород, оксид углерода, метан и другие углеводороды.

Раздел 3. Методы очистки вредных выбросов технологического оборудования. – 2 лекции

Комплексными являются схемы, в которых используется комплекс мероприятий, направленный на снижение различных токсичных веществ или одного вещества, но разными способами.

Комплексные схемы разбиты на отдельные блоки, различающиеся набором экозащитного оборудования и его элементов в зависимости от конструкции, срока службы котельного оборудования и требуемой степени очистки выбрасываемых в атмосферу продуктов сгорания.

Комплексная схема очистки выбросов котлов от оксидов азота и продуктов неполного сгорания. В основу схемы положен наиболее простой метод одновременной очистки выбросов от NOX и

продуктов неполного сгорания (СО,сажи,БП), не требующий значительной реконструкции топочных устройств. Метод основан на проведении топочного процесса в условиях подавления образования NOХ c последующим дожиганием образовавшихся продуктов неполного сгорания в специальных дожигательных устройствах.

Для глубокого снижения выброса оксидов азота предлагается сочетание технологических методов снижения токсичных оксидов азота и методов восстановления (высокотемпературного или каталитического) оксидов азота с дожиганием.

Комплексные схемы глубокой очистки продуктов сгорания от оксидов азота и серы можно разделить на окислительно-абсорбционные и хемосорбционные.

8

Комплексная схема №6 глубокой очистки продуктов сгорания от твердых частиц. В данной схеме возможно сочетание двух аппаратов разной степени сухой очистки (блок циклонов, электрофильтр) или аппарата сухой очистки (блок циклонов) и аппарата мокрой очистки – скруббера.

Раздел 4. Экозащитное оборудование для технологических установок. — 2 лекции.

Экозащитная техника выбирается в зависимости от состава загрязняющих веществ, количества выбросов, специфики технологического процесса и других факторов.

Правильный выбор очистного аппарата, его надёжная работа и высокая степень очистки выбросов зависит, в первую очередь, от физикохимических и санитарно-гигиенических свойств содержащихся в них вредных веществ. Поэтому эти свойства должны быть хорошо изучены при проектировании систем, их наладке и эксплуатации.

Вгравитационных аппаратах осаждение ТВЧ происходит под действием только гравитационных сил (осадительные камеры) или с использованием сил инерции (инерционные аппараты) и центробежного эффекта (циклоны) для отделения ТВЧ от потока с последующим их осаждением под действием гравитационных сил.

Во всех фильтрующих аппаратах используется принцип фильтрации газовой смеси через пористый материал, задерживающий твердые частицы.

Вмокрых аппаратах сепарация достигается либо промыванием запыленного газа жидкостью, либо осаждением твердых частиц на жидкостной пленке

Электрофильтры улавливают твердые частицы из потока за счет действия электростатических сил, вызываемых электрическим полем.

Экспресс-опрос по лекционному материалу:

1. Что такое предельно-допустимые концентрация (ПДК) токсичного вещества? Назовите виды ПДК вредного вещества: в рабочей зоне, максимально-суточные и среднесуточные.

2.Назовите класс опасности вредных веществ, выделяющихся в процессах сжигания органического топлива.

3.Какой вред организму человека могут нанести атомные станции?

4.Приведите гигиенические характеристики вредных веществ, содержащихся в выбросах котлов

ипечей.

5.По каким параметрам проводится экологическая оценка котельных установок?

6.Какие исходные данные нужно иметь для выбора метода очистки и экозащитного оборудова-

ния?

7.Назовите класс опасности вредных веществ, выделяющихся в процессах сжигания органического топлива.

8.Какова зависимость предельно-допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ от характеристик источника загрязнения?

9.Какова зависимость предельно-допустимых выбросов (ПДВ) вредных веществ от характеристики местности?

10.Проанализируйте воздействие шума на организм человека? Каковы различия между воздействием шума в дневные и ночные часы? Назовите нормативы предельно допустимого уровня шума

(ПДУ).

11.Как разделяются оксиды азота по механизму образования?

12.Какие параметры топлива и котлов влияют на термический механизм образования оксидов

азота?

13.Что такое «топливные» оксиды азота и в каком температурном диапазоне они образуются в топочных камерах котлов?

9

14.Приведите распределение оксидов азота в факеле в зависимости от механизма их обра-

зования.

15.По какому механизму осуществляется синтез оксидов углерода в топочных камерах кот-лов и

печей?

16.Какова зависимость образования оксидов серы от свойств жидкого и твердого топлив?

17.Каковы условия образования бенз(а)пирена в в топочных камерах котлов и печей?

18.Назовите этапы расчета распределения вредных веществ в атмосферном воздухе.

19.Какова зависимость максимального вклада вредных веществ в загрязнение воздушного бассейна от характеристик продуктов сгорания топлива?

20.Какова зависимость максимального вклада вредных веществ в загрязнение воздушного бассейна от характеристик местности?

Контрольная работа:

1.Приведите физико-химические свойства вредных веществ, образовавшихся в процессе сжигания топлива. 2. Каковы особенности нормирования технологических выбросов?

2.Сопоставьте технологические методы снижения оксидов азота. Назовите преимущества и недостатки каждого из методов.

3.Как определить массу бенз/а/пирена в продуктах сгорания?

4.Что такое санитарно-защитная зона промышленного предприятия? Как определить границы са- нитарно-защитной зоны?

5.Каковы направления использования возобновляемых источников энергии?

13.Сопоставить класс опасности, предельно-допустимые концентрации в рабочей зоне и атмосферном воздухе диоксида серы и оксида углерода.

14.Как определить допустимые концентрации вредных веществ на границе санитарно-защитной

зоны?

15.Сопоставьте условия распределения выбросов в атмосферном воздухе (точечный источник - площадный источник - линейный источник).

16.Сопоставьте условия распределения выбросов в атмосферном воздухе ( горячий источникхолодный источник; высокий источникнизкий источник).

10

2.4Контрольные вопросы

1.Какие нормативы качества атмосферного воздуха Вы знаете? Каковы различия в значениях ПДК вредных веществ в рабочей зоне и в атмосферном воздухе? Приведите примеры.

2. Что такое предельно допустимый выброс (ПДВ) вредного вещества от источника загрязнения? Как определяется ПДВ?

3.Что такое санитарно-защитная зона (СЗЗ)? Приведите примеры санитарной классификации промышленных предприятий. Каким образом определяются и как отсчитываются границы санитарнозащитной зоны (СЗЗ)? Как проводится корректировка СЗЗ по румбам?

4.Технологические методы снижения загрязнения атмосферы. Классификация. Дайте краткую характеристику технологических методов. Приведите примеры.

5.Проанализируйте разницу в распределении концентраций загрязняющих веществ от горячих и холодных источников загрязнения.

6.Охарактеризуйте воздействие физических факторов на состояние человека. Назовите нормативы предельно допустимого уровня шума (ПДУ).

7.Токсичные ингредиенты продуктов сгорания органических топлив. Свойства. Гигиеническая характеристика

8.Поясните механизм образования продуктов неполного сгорания – оксида углерода, сажи, бенз/а/пирена в топочных камерах энергетических установок.

9.Каков механизм образования оксидов азота в топочных камерах топливосжигающих установок? Сопоставьте температурный уровень образования топливных и термических оксидов азота.

10.По какому механизму образуются оксиды серы и пары серной кислоты в топочных камерах

котлов?

11.Что такое технологические методы снижения загрязнения атмосферного воздуха? Оцените результативность их применения в топливосжигающих установках

12.Оцените уровень шума, создаваемого оборудованием топливосжигающих установок. Приведите основные методы защиты от шума. Приведите характеристики шумопоглощающих материалов.

13.Приведите классификацию методов защиты атмосферы от вредных выбросов топливосжигающих установок. Оцените степень снижения загрязнения при использовании различных методов очистки.

14.Каковы изменения в распределении концентраций, если источник загрязнения размещен в зоне аэродинамической тени?

15.Проанализируйте особенности расчета рассеивания выбросов от площадных источников загрязнения.

16.Оцените снижение выбросов вредных веществ от топливосжигающих установок при использовании энергосберегающего оборудования.

17.Каковы основы расчета рассеивания выбросов от линейного источника загрязнения?

18.Назовите основные этапы экологической оценки топливосжигающих установок с позиции загрязнения воздушного бассейна. Как определить необходимую степень снижения выбросов в атмосферу?

19.Технологические методы снижения образования оксида углерода, сажи, бенз(а)пирена

20.Какими способами можно снизить одновременно выбросы углеродистых и азотистых соединений. Приведите схемы.

21.Что такое технологические методы снижения вредных выбросов и сбросов? Приведите схемы (выборочно).

22.Приведите основные положения теории распределения выбросов в атмосферном воздухе.

23.Какими образом подсчитывется максимальная приземная концентрация вредных веществ от источника загрязнения.