4440

2

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

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. Ю. Чадов

Охрана воздушного бассейна

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы)

для обучающихся по дисциплине «Охрана воздушного бассейна»

по направлению подготовки 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника профиль Промышленная теплоэнергетика

Нижний Новгород

ННГАСУ

2023

3

УДК 620.9.

Чадов А.Ю. Охрана воздушного бассейна. : учеб.- метод. пос. /А.Ю.Чадов; Нижегородский госу-

дарственный архитектурно - строительный университет. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2023. – 15 с; ил. –

Текст: электронный .

Приведены рекомендации по изучению курса лекций по методам и аппаратам по защите окружаю-

щей среды. Приведены основные особенности изучения лекций, изложены основные положения по осво-

ению студентами основных тем курса: основные особенности формирования знаний, умений и владений данным предметом.

Предназначено студентам, обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным занятиям по учебной дисциплине «Охрана воздушного бассейна» по направлению подготовки 13.03.01 Теплоэнерге-

тика и теплотехника, профиль Промышленная теплоэнергетика.

© А.Ю. Чадов, 2023

© ННГАСУ, 2023

4

Оглавление

5

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины «Охрана воздушного бассейна» являются:

формирование знаний по основным методам защиты воздушного бассейна от выбросов стацио-

нарных 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 про-

грамм 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 методов и оборудования для защиты окружающей среды.

1.2 Содержание дисциплины

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

6

1. Основные загрязняющие вещества в выбросах энергетических установок.

Антропогенное загрязнение атмосферы выбросами стационарных топливосжигающих установок. Физико-химические свойства вредных веществ в выбросах энергетических установок. Механизм образования вредных веществ при сжигании органического топлива. Характеристика вредных выбросов тепловых атомных станций.

2. Экологическое законодательство. Нормирование качества атмосферного воздуха.

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).

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.

3. Экологическая оценка энергетической установки.

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.

4. Основы выбора схемы природоохранных мероприятий и экозащитного оборудования в

энергетике.

Определение необходимой степени снижения концентрации загрязнителей в выбросе от источника. Определение степени защиты от шума. Методы защиты воздушного бассейна. Классификация. Общие сведения о комплексных схемах природоохранных мероприятий в энергетике. Экозащитное оборудование в энергетике. Классификация. Общие сведения.

7

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 изучае-

мой дисциплины.

Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дис-

циплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладе-

нии 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, предлагае-

мой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточне-

ния правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом слу-

чае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффективно-

сти лекционных занятий.

2.2 Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспект по-

могает 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 ли-

тературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.

В случае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве слу-

чаев неусвоенность материала дисциплины.

8

2.3 Общие рекомендации по изучению материала лекций

Раздел 1. Основные загрязняющие вещества в выбросах энергетических установок.

Основной вклад в загрязнение воздушного бассейна вносят процессы сжигания органического топ-

лива, 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), полицик-

лические углеводороды (главным образом бенз(а)пирен С20Н12 (1-й класс опасности)), а также взвешен-

ные вещества (зола, сажа и коксовые остатки), токсичность которых зависит от содержащихся в них при-

месей.

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. Обра-

зование NOx в топочной камере увеличивается при наличии азота N в рабочей массе топлива. Содержа-

ние серы (Sr) в составе топлива приводит к образованию в топочной камере и выбросу в атмосферу ок-

сидов SOх (SO2+SO3), причём SO2 – (98 –99)% SOх, а SO3 – (1-2)% SOх .

Минеральная составляющая Аr обуславливает выброс частиц золы с продуктами сгорания в воз-

душный бассейн.

Образование бенз(а)пирена. 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 высокомо-

лекулярных 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 топ-

лива в высокотемпературной части камеры сгорания при отсутствии кислорода в зоне синтеза. Термиче-

ское воздействие на нефтепродукты, особенно высокомолекулярные (например, мазутостаточный про-

дукт 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:

9

Раздел 2. Экологическое законодательство. Нормирование качества атмосферного воздуха.

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

10

выбросов.

Всоответствии с Федеральным Законом в целях государственного регулирования выбросов наряду

собщепринятым нормативом - ПДВ предусматривается установление технического норматива выброса

(ТНВ).

Раздел 3. Экологическая оценка энергетической установки.

Источники выброса вредных веществ. Классификация. Определение расхода выбросов и массы вредных веществ энергетической установкой. Климатологические данные местности, влияющие на рас-

пределение вредных веществ в атмосфере. Расчет распределения в атмосфере выбросов от дымовых труб. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в кот-

лах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час.

Раздел 4. Основы выбора схемы природоохранных мероприятий и экозащитного оборудования в энергетике.

Определение необходимой степени снижения концентрации загрязнителей в выбросе от источника.

Определение степени защиты от шума. Методы защиты воздушного бассейна. Классификация. Общие сведения о комплексных схемах природоохранных мероприятий в энергетике. Экозащитное оборудо-

вание в энергетике. Классификация. Общие сведения.

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

меры термического обезвреживания. Оборудование для сорбционных процессов. Адсорберы. Абсор-

беры. Регенерация сорбентов.

Термическое обезвреживание. Дожигание. Использование топочных камер котлов и печей в каче-

стве инсенераторов. Каталитическая очистка. Катализаторы. Каталитические реакторы. Термо-химиче-

ские 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.

Оборудование и аппараты, используемые в комплексных схемах для очистки от газообразных вред-

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

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 оборудо-