3551

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

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.А.Лебедева

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ОХРАНА ТРУДА В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЯХ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к лекционным, практическим и семинарским занятиям по дисциплине «Экологическая безопасность и охрана труда в теплоэнергетике и теплотехнологиях» для обучающихся по направлению подготовки 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника профиль Тепломассообменные процессы и установки

Нижний Новгород

ННГАСУ

2016

УДК 620.9:502.3+331.45 (0,75)

Лебедева Е.А Экологическая безопасность и охрана труда в теплоэнергетике и теплотехнологиях [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. /Е.А.Лебедева; Нижегор. гос архитектур. - строит. ун – т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 27 с; ил. 1 электрон.

опт. диск (CD-RW)

Представлена информация о воздействии теплоэнергетического комплекса на качество атмосферного воздуха и водоемов; приведена характеристика вредных веществ, содержащихся в выбросах и сбросах топливосжигающих установок, рассмотрены комплексные мероприятия по снижению загрязнения воздушного и водного бассейна оборудованием теплоэнергетическим оборудованием.

Приведены указания по содержанию лекций, практических и семинарских занятий по дисциплине «Экологическая безопасность и охрана труда в теплоэнергетике и теплотехнологиях», даны рекомендации по выполнению индивидуальных заданий и курсовой работы, подготовке к промежуточной аттестации.

Учебно-методическое пособие ориентировано на обучение в соответствии с календарным учебным графиком и учебным планом по основной образовательной программе направления 13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника, профиль Тепломассообменные процессы и установки, одобренной решением научно-технического совета (НТС) от «9» июня 2015г. Протокол № 2.

.

© ЕА.Лебедева, 2016

© ННГАСУ, 2016.

2

3

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины «Экологическая безопасность и охрана труда в теплоэнергетике и теплотехнологиях» являются:

-формирование теоретических знаний и практических навыков по передовым технологиям в области защиты воздушного и водного бассейнов от выбросов и сбросов стационарных топливосжигающих установок и охраны труда в теплоэнергетике;

-формирование умений выбрать схему очистки от вредных выбросов и сбросов на

основе экологической оценки, применять перспективное экозащитное оборудование, соблюдать мероприятия по охране труда в теплоэнергетике

В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:

-современную нормативную и законодательную базу по охране окружающей среды

ипроблемы техногенной и экологической безопасности энергетических систем;

-инженерные методики расчета содержания загрязняющих веществ в выбросах и сбросах котельных и ТЭЦ, способы предотвращения выбросов и сбросов вредных веществ теплоэнергетическими установками;

-методы совершенствования технологического процесса генерации тепловой энергии с позиции техносферной безопасности и охраны окружающей среды.

Уметь:

- действовать в нестандартных ситуациях, систематизировать природоохранные мероприятия и условия безопасной работы в теплоэнергетике;

-выполнить расчет массы загрязняющих веществ в выбросах и сбросах топливосжигающих установок и разработать комплекс природоохранных мероприятий по экологической безопасности теплоэнергетических систем;

-разрабатывать мероприятия по совершенствованию процессов сжигания топлива

иполучения тепловой энергии с позиции экологической безопасности и охраны труда в теплоэнергетике.

Владеть:

-способами предотвращения техногенных катастроф в области теплоэнеретики и инженерными методами расчетов загрязнения окружающей среды при эксплуатации энергетических систем;

-способами разработки схем очистки продуктов сгорания топливосжигающего оборудования и снижения вредных веществ в сточных вод котельных и ТЭЦ;

-техникой расчетов экозащитного оборудования и способами охраны труда в теплоэнергетике

Данная дисциплина позволит студентам систематизировать полученные теоретические знания в области загрязнения воздушного и водного бассейнов вредными выбросами и сбросами и укрепить практические навыки расчета и обоснования экозащитных технологий и оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

Объем дисциплины в зачетных единицах приведен в таблице 1.

4

Таблица 1. Объем дисциплины в зачетных единицах

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

Раздел 1. Экологическая оценка выбросов и сбросов теплогенерирующих установок

Физико-химические и гигиенические свойства вредных веществ, содержащихся в выбросах топливосжигающих установок. Механизм образования вредных веществ при сжигании органического топлива. Расчет массы вредных веществ и необходимой степени очистки продуктов сгорания. Физико-химические и гигиенические свойства вредных веществ, содержащихся в стоках теплогенерирующих установок. Расчет массы вредных веществ в сбросах и необходимой степени очистки стоков.

Раздел 2. Технологические методы снижения содержания вредных веществ в выбросах и стоках теплогенерирующих установок

Технологические методы снижения содержания вредных веществ в продуктах сгорания органического топлива. Технологические методы снижения содержания вредных веществ в стоках химводоочистки и продувки котлов.

Раздел 3. Способы очистки выбросов и стоков теплогенерирующих установок от загрязняющих веществ

Способы очистки продуктов сгорания от загрязняющих веществ. Схемы очистки. Экозащитное оборудование. Способы очистки стоков теплогенерирующей установки. Схемы очистки. Экозащитное оборудование.

Раздел 4. Охрана труда в теплоэнергетике и теплотехнике. Правовые основы. Оценка негативных факторов техносферы.

Правовые основы регулирования отношений в области охраны труда. Негативные факторы техносферы. Опасные технические системы. Сертификат безопасности.

Раздел 5. Мероприятия по промышленной безопасности в теплоэнергетике и теплотехнике.

Методы анализа и оценки промышленной безопасности. Мероприятия по снижению уровня взрыво и пожароопасности теплогенерирующей установки. Мероприятия по снижению уровня шума, вибрации, электромагнитного излучения, радиационного излучения оборудования.

5

1.3 Порядок освоения материала

Студенты предварительно знакомятся с программой курса; в качестве раздаточного материала выдается «Перечень практических занятий», озвучивается основной и дополнительный список рекомендуемой литературы, включающий учебники, учебные пособия по дисциплине.

В течение курса со студентами проводятся практические занятия, семинары - дискуссии, индивидуальные и групповые консультации по вопросам выполнения индивидуальных расчетных заданий и выполнению расчетно-графической работы.

Весь часовой объем курса делится на академический (аудиторный) и самостоятельный. Основными формами реализации дисциплины являются практические занятия, включающие семинары-дискуссии и расчеты, а также формы самостоятельной работы: подготовка к семинарам - дискуссиям, практическим занятиям, подготовка к промежуточной аттестации (экзамену).

2. Методические рекомендации по подготовке к практическим занятиям

2.1.Общие рекомендации по проведению практических занятий

В соответствии с рабочей программой курса предусмотрено 17 часов практических занятий. Практические занятия в аудитории состоят из семинаров-дискуссий, на которых рассматриваются: научные основы механизма образования вредных веществ в теплоэнергетических системах и теория распределения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе; разрабатываются способы очистки выбросов, а также учебных занятий по расчету загрязнения, разработке схем очистки выбросов, расчету и обоснованию экозащитного оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

Выдаваемый студентам «Перечень практических занятий» позволяет сориентировать студентов в направлении поиска информации по конкретной теме семинара-дискуссии, поиску технических решений по индивидуальным заданиям.

Предлагается широкий спектр литературных источников, позволяющий расширить возможности студентов при самостоятельной подготовке к семинару-дискуссии, выполнению индивидуальных заданий, курсовой работы и экзамену. Кроме того, студентам необходимо знакомиться с дополнительной литературой, а также с новыми публикациями в периодических изданиях. При этом необходимо учесть рекомендации преподавателя и требования учебной программы. Желательно готовить конспекты по изучаемым темам. Это особенно относится к тематике семинарских занятий, на которых производится дискуссия по предложенной тематике. При этом студент может дополнить список использованной литературы современными источниками, не представленными в списке рекомендованной литературы, и в дальнейшем использовать собственные подготовленные учебные материалы при выполнении курсовой работы.

Впроцессе проведения практических занятий используются различные методики

иформы работы: экспресс-опрос, семинар-дискуссия, демонстрация разработанных схем

итехнических решений на доске, тестирование, обучающие игры. Обязательно используются наглядные пособия.

На практических занятиях осуществляется текущий контроль работы обучающихся, включая контроль выполнения индивидуальных заданий.

6

2.2. Рекомендации по проведению семинаров-дискуссий

Подготовка к семинарским занятиям призвана сформировать у студентов навыки самостоятельного анализа информации по теме, умение дать по тому или иному техническому решению или проблеме аргументированный ответ, умение ориентироваться в литературных источниках, формулировать собственные оценки, выводы, мнения по предложенной тематике.

Важной функцией семинарских занятий является углубление знаний, полученных в процессе подготовки к семинару - дискуссии, их закрепление и применение при подготовке к выполнению индивидуальных заданий.

Семинарские занятия включают в себя такие формы учебной деятельности как устные выступления с докладами и их обсуждения, экспресс-опрос по теме и анализ особенностей решения обсуждаемой технической проблемы.

Особенно высоко оценивается выполнение презентаций по предложенной тематике.

Таким образом, семинарские занятия как активная форма изучения темы, являются оптимальным средством контроля учебной деятельности студентов, а итоговые оценки, полученные на семинарских занятиях, влияют на результаты промежуточной аттестации.

2.3.Содержание практических и семинарских занятий

Втаблице 2 приведен перечень планируемых практических занятий разной формы: семинар - дискуссии и занятия, связанные с проведением экологической оценки теплоэнергетических технологий, выбором и обоснованием экозащитного оборудования.

Таблица 2. Разделы дисциплины и форма контроля

7

Занятие 1

Семинар-дискуссия

Тема: Характеристика вредных веществ, содержащихся в выбросах топливосжигающих установок

В процессии дискуссии должны быть обсуждено негативное воздействие систем теплогазоснабжения на состояние воздушного бассейна [2,11-12,15], рассмотрены загрязняющие вещества, содержащиеся в продуктах сгорания, выявлены физикохимические и гигиенические характеристики [11,12].

Особое внимание уделяется изучению и обсуждению механизмов образования вредных веществ и степени воздействия на организм человека [11].

В процессе дискуссии должны быть проанализированы ответы на следующие вопросы:

1.Какие токсичные вещества образуются при сжигании газообразного топлива?

2.Назовите их физико-химические свойства и воздействие на организм человека.

3.Назовите физико-химические свойства токсичных веществ, которые образуются при сжигании мазута? Чем отличается воздействие золы мазута от нейтральной золы?

4.Какие токсичные вещества образуются при сжигании твёрдого топлива? При каких условиях образуются твёрдые частицы в виде кокса и золы?

5.Какие условия топочного процесса определяют образование бенз(а)пирена (см. расчётные зависимости)?

6.Как различаются оксиды азота по механизму образования? Изменяется ли соотношение NO/NO2 при движении по газовому тракту и при выбросе в атмосферу?

7.Каковы различия в низкотемпературном и высокотемпературном механизме образования бенз(а)пирена? Приведите примеры образования БП при сжигании природного газа и мазута.

8.Поясните механизм образования продуктов неполного сгорания – оксида углерода и сажи в топочных камерах топливосжигающих установок.

9.По какому механизму образуются оксиды серы и пары серной кислоты в топочных камерах котлов?

8

Расчеты

1. Расчет расхода выбросов от теплогенерирующей установки

Выбросы теплогенерирующей установки – продукты сгорания на выходе их дымовой трубы. Расход выбросов от теплогенерирующей установки может быть рассчитан двумя способами [12]:

-по известному составу топлива (компонентному – для газового, элементному – для твердого и жидкого топлив), расходу топлива и температуре уходящих газов;

-по известным значениям V 0 и Vг0 , расходу топлива и температуре уходящих

газов;

Исходными данными для расчета продуктов сгорания являются:

-количество и типоразмер установленных котлов;

-температура дымовых газов на выходе из дымовой трубы.

2.Расчет массы загрязняющих веществ в выбросах топливосжигающей

установки

При проектировании и реконструкции котельных установок с паровыми котлами производительностью менее 30 т/ч и водогрейными котлами мощностью до 35 МВт (30 Гкал/ч) расчет выбросов загрязняющих веществ проводится в соответствии с методикой

[7].

Расчет выбросов токсичных веществ (CO, NOх, SO2, твердых частиц, бенз(а)пирена) производится [12] для двух временных промежутков: годовой (валовый) выброс веществ, т/год (необходим для подсчета платы за загрязнение) и секундный выброс загрязняющих веществ, г/c (необходим для расчета рассеивания токсичных веществ в атмосфере).

Результаты расчета массы загрязняющих веществ (г/с, т/год) применительно к основному и резервному топливу сводятся в таблицу.

Занятие №2

Семинар-дискуссия

Основы методики расчета распределения загрязняющих веществ в атмосфере

Для практических расчетов рассеивания вредных веществ в атмосфере используется нормативный метод [10], разработанный геофизической обсерваторией (ОНД–86). Метод основан на математической модели рассеивания газообразных и аэрозольных примесей в атмосфере воздуха.

Используя нормативный метод (ОНД–86) можно:

–рассчитать концентрации вредных и любых других примесей в составе выбрасываемых газов в двухметровом слое над уровнем земли (“ приземные” концентрации);

–рассчитать концентрации вредных веществ в вертикальном и горизонтальном

9

сечениях факела выбросов.

Нормативный метод позволяет рассчитать поля концентраций токсичных веществ, создаваемые как дымовыми трубами, так и плоскостными и линейными источниками.

При проведении дискуссии обсуждаются и анализируются следующие вопросы:

1.Каковы основы расчета рассеивания выбросов от одиночного точечного источника загрязнения?

2.Каким образом подсчитывается максимальная приземная концентрация вредных веществ от источника загрязнения?

3.Что такое значение Хм, и как рассчитывается эта величина для горячих и холодных источников?

4.Что такое «зона влияния источника» и как она определяется?

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

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

7.Проанализируйте разницу в распределении концентраций загрязняющих веществ от точечных, линейных и площадных источников.

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

9.Что такое санитарно-защитная зона и как она устанавливается для промышленного предприятия?

10.Как проверяется расчетом ССЗ, принятая по санитарной классификации

предприятия?

Расчеты

1. Расчет распределения выбросов от котельной в атмосферном воздухе.

Для расчета рассеивания вредных веществ, содержащихся в выбросах котельной, в атмосферном воздухе используется нормативный метод [10].

Дымовая труба относятся к одиночным источникам загрязнения, поэтому их расчет выполняется в соответствии с формулами, приведенными в разделе 2 методики ОНД-86 [10].

Порядок расчета распределения (рассеивания) выбросов в атмосфере приведен в

[12]на примере рассеивания выбросов от дымовой трубы котельной установки

2.Расчет степени очистки выбросов

Расчет нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) токсичных веществ,

содержащихся в уходящих газах котельной установки, следует проводить в соответствии с методикой ОНД-86 [10]. Для расчета ПДВ котельной можно использовать учебнометодическое пособие [12], где учтены изменения, внесенные в нормативы [8].

Предельно допустимый выброс (ПДВ) определяется для каждого из вредных веществ, выбрасываемых источниками загрязнения.

Значение ПДВ, г/с от одиночного источника (для веществ, не обладающих эффектом суммации) рассчитывается по формуле 6.1 [12], Полученные значения ПДВ сопоставляются с массой загрязняющих веществ М, выбрасываемых источником.

10