3753

М И Н О Б Р Н А У К И Р О С С И И Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. Ю. Чадов

Технические средства защиты от выбросов топливосжигающих установок

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению расчетно-графических работ)

для обучающихся по дисциплине «Технические средства защиты от выбросов топливосжигающих установок»

по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение и вентиляция

Нижний Новгород

2023

М И Н О Б Р Н А У К И Р О С С И И Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. Ю. Чадов

Технические средства защиты от выбросов топливосжигающих установок

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям, практическим занятиям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы и выполнению расчетно-графических работ)

для обучающихся по дисциплине «Технические средства защиты от выбросов топливосжигающих установок»

по направлению подготовки 08.03.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение и вентиляция

Нижний Новгород ННГАСУ

2023

УДК 620.9.

Чадов А.Ю. Технические средства защиты от выбросов топливосжигающих установок.: учеб.- метод. пос. /А.Ю.Чадов; Нижегородский государственный архитектурно - строительный университет.

–Н. Новгород: ННГАСУ, 2023. – 17 с; ил. – Текст: электронный .

Внастоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Технические средства защиты от выбросов топливосжигающих установок» 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, в подготовке к практическим занятиям, а также в написании расчетнографических работ.

Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Технические средства защиты от выбросов топливосжигающих установок» по направлению подготовки 08.03.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение и вентиляция.

© А.Ю. Чадов, 2023 © ННГАСУ, 2023

Оглавление

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины «Технические средства защиты от выбросов топливосжигающих установок» являются:

формирование знаний по основным методам защиты воздушного бассейна от выбросов стационарных топливосжигающих 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

В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:

особенности топливосжигающих установок с позиции загрязнения окружающей среды.

информацию о токсичности выбросов систем теплоэнергетики и методах ее снижения.

условные обозначения и особенности выполнения проектных работ в данной области.

Уметь:

с помощью автоматизированных систем проектирования и соответствующих компьютерных программ решать поставленные инженерные задачи.

выполнить экологическую оценку систем промышленной теплоэнергетики.

получать и обрабатывать информацию о способах снижения загрязнения окружающей среды. Владеть:

навыками и способами оценки экологических проблем промышленной теплоэнергетики;

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 топливосжигающих установок.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины «Технические средства защиты от выбросов топливосжигающих установок» сгруппирован по следующим разделам:

1.Антропогенное загрязнение атмосферы и водного бассейна. Экологическое законодательство.

Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ (ПДК) в атмосферном воздухе. Нормативы предельно допустимого уровня шума (ПДУ). Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ (ПДК) в водоемах. Нормативы предельно допустимых выбросов в атмосферу (ПДВ). Нормативно-допустимые сбросы (НДС) в водный бассейн. Санитарная классификация предприятий. Нормативы санитарно-защитных зон (СЗЗ).

2.Основные загрязняющие вещества. Физико-химические свойства. Механизм образования вредных веществ.

Механизм образования оксидов азота и серы. Механизм образования твердых частиц в выбросах систем ТГС.

3.Экологическая оценка загрязнения воздушного и водного бассейнов выбросами топливосжигающих установок.

Способы определения расхода выбросов в атмосферу и сбросов в водный бассейн. Расчет массы вредных веществ в выбросах топливосжигающих установок. Расчет распределения вредных веществ в атмосферном воздухе от топливосжигающих установок. Акустический расчет. Расчет ПДВ вредных веществ от топливосжигающих установок.

4.Схемы очистки выбросов топливосжигающих установок.

Технологические методы снижения загрязнения воздушного и водного бассейнов котельными установками. Классификация. Область применения. Методы защиты от шума. Классификация. Область применения. Методы очистки вредных выбросов в атмосферу от топливосжигающего оборудования.Термическое обезвреживание. Дожигание. Каталитическая очистка. Катализаторы. Каталитические реакторы.

Термохимические методы восстановления оксидов азота. Гомогенное и каталитическое восстановление. Сорбционная очистка. Адсорбция. Абсорбция. Хемосорбция. Сорбенты. Схемы сухой очистки от твердых частиц. Схемы мокрой очистки от твердых частиц.

Экозащитное оборудование для топливосжигающих установок. Классификация. Оборудование для очистки продуктов сгорания от твердых частиц. Оборудование для термического обезвреживания выбросов. Дожигательные устройства. Каталитические реакторы. Камеры термического обезвреживания. Оборудование для сорбционных процессов. Адсорберы. Абсорберы.

Комплексные схемы очистки выбросов топливосжигающих установок.

Сочетание оборудования в комплексных схемах для очистки от газообразных вредных веществ. Сочетание оборудования в комплексных схемах для очистки от твердых частиц.

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. Антропогенное загрязнение атмосферы и водного бассейна. Экологическое законодательство. — 1 лекция.

ГН 2.1.6.1338-03 (с доп. и изм. №1–5). Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ (ПДК). ПДКмр и ПДКсс. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. Уровни предельно допустимого шума (ПДУ).

В настоящее время нормативно-методическая база по охране атмосферного воздуха продолжает развиваться на основе научно-исследовательской и методической деятельности НИИ Атмосфера по

обоснованию и развитию методических аспектов охраны атмосферного воздуха. Это касается широкого круга вопросов: процедуры инвентаризации выбросов вредных веществ в атмосферный воздух с использованием как инструментальных, так и расчетных методов, организации и проведения расчетов загрязнения атмосферы, формирования предложений по нормативам ПДВ (ВСВ), а также определению периодичности производственного контроля за соблюдением установленных нормативов выбросов и объемов регулирования выбросов в периоды НМУ.

Актуальность дальнейшего совершенствования воздухоохранной деятельности обусловлена двумя основными причинами:

-обязательностью введения в практику воздухоохранной деятельности положений Федерального Закона «Об охране атмосферного воздуха», а с 2002 г. и Федерального Закона «Об охране окружающей среды»;

-необходимостью с одной стороны большего обоснования требований, предъявляемых к природопользователям, и с другой стороны необходимостью упрощения системы нормирования выбросов.

В тесной связи с введением в практику нормирования экологических критериев качества атмосферного воздуха является и вопрос о переходе от термина «санитарно-защитная зона» (СЗЗ) к

термину «экозащитная зона» (ЭЗЗ), т.е. зона за пределами которой обеспечивается соблюдение соответствующих нормативов качества атмосферного воздуха.

Нормативы предельно-допустимых выбросов котельных установок. ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями, 1978.

Нормативы санитарно-защитных зон (СЗЗ) промышленных предприятий.

Положения Федерального Закона и подзаконных актов [3, 4, 18, 54 и др.] уточняют требования к нормированию выбросов и предусматривают установление нормативов ПДВ с учетом ряда критериев качества атмосферного воздуха: гигиенических, экологических, предельных критических нагрузок и других экологических требований (в том числе, к сырью, топливу), а также с учетом технических нормативов выбросов.

Всоответствии с Федеральным Законом в целях государственного регулирования выбросов наряду

собщепринятым нормативом - ПДВ предусматривается установление технического норматива выброса

(ТНВ).

Раздел 2. Основные загрязняющие вещества. Физико-химические свойства. Механизм образования вредных веществ. — 3 лекции.

Основной вклад в загрязнение воздушного бассейна вносят процессы сжигания органического топлива, в том числе котельные установки и промышленные печи.

При сжигании топлива образуются следующие токсичные вещества: оксид углерода СО (4-й класс опасности), диоксид серы SО2 (3-й класс опасности), диоксид азота NO2 (3-й класс опасности),

полициклические углеводороды (главным образом бенз(а)пирен С20Н12 (1-й класс опасности)), а также взвешенные вещества (зола, сажа и коксовые остатки), токсичность которых зависит от содержащихся в них примесей.

При сжигании всех видов топлив в условиях высоких температур образуются оксиды азота – NOх

(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.

Образование NOx в топочной камере увеличивается при наличии азота N в рабочей массе топлива.

Содержание серы (Sr) в составе топлива приводит к образованию в топочной камере и выбросу в атмосферу оксидов SOх (SO2+SO3), причём SO2 – (98 –99)% SOх, а SO3 – (1-2)% SOх .

Минеральная составляющая Аr обуславливает выброс частиц золы с продуктами сгорания в воздушный бассейн.

По температурным параметрам можно выделить низкотемпературный и высокотемпературный механизмы образования бенз(а)пирена (С20Н12).

Низкотемпературный механизм заключается в испарении высокомолекулярных углеводородных фракций, т.е. проходит при температурах лишь несколько больших, чем температура парообразования бенз(а)пирена. Следовательно, этот механизм присущ всем процессам нагрева тяжелых углеводородных фракций. Например, нагрев битума, выполнение асфальтовых покрытий (особенно выгрузка асфальтовой смеси) и др. Аналогичный процесс имеет место и в топочных камерах на уровне деструкции высокомолекулярных соединений органического топлива, т.е. в начальной фазе факела. Основное же количество бенз(а)пирена (БП) образуется по высокотемпературному механизму.

Высокотемпературный механизм образования БП – это синтез БП из углеводородных фракций топлива в высокотемпературной части камеры сгорания при отсутствии кислорода в зоне синтеза.

Термическое воздействие на нефтепродукты, особенно высокомолекулярные (например, мазут-

остаточный продукт переработки нефтяных фракций) приводит к разрушению периферийной части молекул с отрывом заместителей в ароматическом ядре. Этот процесс сопряжен с явлениями конденсации циклической части и образованием все более и более конденсированных систем в направлении:

Раздел 3. Экологическая оценка загрязнения воздушного и водного бассейнов выбросами топливосжигающих установок. — 3 лекции.

Источники выброса вредных веществ. Классификация. Определение расхода выбросов и массы вредных веществ энергетической установкой. Климатологические данные местности, влияющие на распределение вредных веществ в атмосфере. Расчет распределения в атмосфере выбросов от дымовых труб. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час.

Раздел 4. Схемы очистки выбросов топливосжигающих установок. — 2 лекции.

Всоответствии 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.

Внастоящее 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.

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.