10864

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

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.А.Лебедева

ЭФФЕКТИВНЫЕ ЭКОЗАЩИТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к практическим и семинарским занятиям для обучающихся по дисциплине «Эффективные экозащитные технологии в системах теплогазоснабжения» направлению подготовки 08.04.01 Строительство

профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий Очная форма обучения

Нижний Новгород

2016

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

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.А.Лебедева

ЭФФЕКТИВНЫЕ ЭКОЗАЩИТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к практическим и семинарским занятиям для обучающихся по дисциплине «Эффективные экозащитные технологии в системах теплогазоснабжения»

направлению подготовки 08.04.01 Строительство профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий

Очная форма обучения

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

1

УДК 620.9:502.3 (0,75)

Лебедева Е.А. Эффективные экозащитные технологии в системах теплогазоснабжения [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. /Е.А.Лебедева; Нижегор. гос. архитектур. - ст роит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 76 с; ил. 1 электрон. опт. диск

(CD-RW)

Представлена информация по способам повышения экологической эффективности котельных установок, приведены указания по содержанию и последовательности проведения лекционных, практических и семинарских занятий по дисциплине «Эффективные экозащитные технологии в системах теплогазоснабжения», даны рекомендации по выполнению самостоятельной работы.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ по проведению лекционных, практических, семинарских занятий, выполнения индивидуальных заданий и расчетнографической работы по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий

Учебно-методическое пособие ориентировано на обучение в соответствии с календарным учебным графиком и учебным планом по основной образовательной программе направления 08.04.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий, одобренной решением научно-технического совета (НТС) от «9 » июня 2015г. Протокол № 2

.

© ЕА.Лебедева, 2016

© ННГАСУ, 2016.

2

Оглавление

3

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины «Эффективные экозащитные технологии

всистемах теплогазоснабжения» являются:

-формирование теоретических знаний и практических навыков, а также передовых технологий в области экозащитного оборудования систем ТГС,

-формирование умений владеть способами подбора и расчета экозащитных технологий с целью предотвращения негативного воздействия систем ТГС на качество окружающей среды.

В процессе освоения дисциплины студент должен Знать:

-современные методы исследования технологических процессов генерации тепловой и электрической энергии с позиции воздействия на окружающую среду;

-методики определения антропогенного воздействия систем ТГС на свойства биосферы.

-охарактеризовать объекты теплоэнергетики как загрязнители окружающей среды, определить степень очистки выбросов энергетического оборудования;

-назначение и принцип работы исследовательского оборудования и приборов для анализа продуктов сгорания на наличие вредных веществ;

-способы модернизации действующего технологического оборудования с целью повышения экологической безопасности технологического объекта; комплексы природоохранных мероприятий для снижения вредных выбросов и сбросов

Уметь:

-выявить источники антропогенного загрязнения и охарактеризовать степень экологической опасности

-выполнить экологическую оценку действующего или проектируемого объекта системы ТГС (котельной установки, промышленного цеха с топливосжигающим оборудованием печи, компрессорной станции);

-прогнозировать направления экологического совершенствования систем теплогазоснабжения

-разработать эффективный комплекс природоохранных мероприятий для оборудования систем ТГС

Владеть:

-методиками численных исследований в области загрязнения окружающей среды, особенно воздушного бассейна;

-способами обработки результатов экспериментальных исследований в области области загрязнения окружающей среды, особенно воздушного бассейна;

-информацией о способах очистки вредных веществ и экозащитном оборудовании;

-современными способами газового анализа с целью определения концентраций загрязняющих веществ в выбросах оборудования систем ТГС;

-методиками расчета экозащитного оборудования и экозащитных технологий.

4

Данная дисциплина позволит студентам систематизировать полученные теоретические знания в области разработки природоохранных мероприятий применительно к топливосжигающим установкам; выявить наиболее экологически опасных технологии топ- ливно-энергетического комплекса; укрепить практические навыки расчета и обоснования природоохранных технологий и оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

Таблица 1. Очная форма обучения.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

Раздел 1. Оценка экологически опасного оборудования систем ТГС

Экологическая оценка систем теплогазоснабжения расчетными методами. Расчет расхода выбросов и сбросов. Расчет массы загрязняющих веществ в выбросах и сбросах. Расчет ПДВ и НДС. Определение степени очистки экологически опасного оборудования систем ТГС. Экологическая оценка систем теплогазоснабжения инструментальными методами.

Раздел 2. Комплексные экозащитные технологии для снижения химического и физического загрязнения выбросами и сбросами оборудования систем ТГС

Технологические методы снижения концентрации оксидов углерода, азота,серы, сажи и бенз(а)пирена в продуктах сгорания органического топлива. Методы очистки продуктов сгорания от оксидов азота. Методы очистки продуктов сгорания от оксидов серы. Методы чистки продуктов сгорания от оксида углерода, сажи, бенз(а)пирена. Использование топок существующих котлов и печей в качестве инсинераторов. Экозащитные технологии снижения негативного воздействия оборудования систем ТГС на водный бассейн.

Раздел 3. Эффективное экозащитное оборудование систем ТГС

Классификация экозащитного оборудования. Основы выбора природоохранного оборудования. Оборудование для термической очистки выбросов от токсичных веществ. Дожигательные устройства. Основы расчета. Конструирование. Оборудование для каталитической очистки газовых выбросов. Конструкции каталитических реакторов. Выбор и

5

расчет каталитических реакторов. Оборудование для сорбционной очистки выбросов. Конструкции адсорберов и абсорберов. Выбор конструкции. Основы расчета процесса сорбционной очистки. Золоулавливающие аппараты. Классификация. Сухие золоуловители. Конструкции. Преимущества и недостатки различных конструкций. Область применения. Основы расчета. Мокрые золоуловители: Конструкции. Преимущества и недостатки различных конструкций. Область применения.Основы расчета.Оборудование для очистки стоков систем ТГС. Основные правила монтажа, пуска и эксплуатации природоохранного оборудования.

1.3 Порядок освоения материала

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

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

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

2. Методические рекомендации по подготовке к лекционным занятиям

2.1.Общие рекомендации по проведению лекционных занятий

Лекции позволяют в максимально сжатые сроки представить значительный объем структурированной информации. Лекционные материалы по курсу имеют проблемнотематическую структуру и выстраиваются по принципам систематичности, последовательности и научности. Это дает возможность сформировать необходимые экологические знания, соответствующие уровню современной науки, обеспечить создание верных представлений о воздействии теплоэнергетических технологий на окружающую среду и способах его нейтрализации.

Лекция - форма учебного занятия, цель которого состоит в рассмотрении теоретических вопросов излагаемой дисциплины в логически выдержанной форме. Важно понять, что лекция не является копией учебника, а скорее – обобщением многочисленной литературы, авторской разработкой, которая отражает опыт преподавателя его представления о том, что студент должен знать [8].

Правильно законспектированный лекционный материал позволяет студенту создать устойчивый фундамент для самостоятельной подготовки, дает возможность получить и закрепить полезную информацию. Именно на лекции создаются основы для эффективной и плодотворной работы с информацией, которая требуется студенту, как в профессиональной, так и в повседневной жизни.

6

Восприятие лекции, и ее запись – это процесс постоянного сосредоточенного внимания, направленного на понимание рассуждений лектора, обдумывание полученных сведений, их оценку и сжатое изложение на бумаге в удобной для восприятия форме. То есть, самостоятельная работа студента на лекции заключается в осмыслении новой информации, и ее краткой рациональной записи. Правильно записанная лекция позволяет глубже усвоить материал, успешно подготовиться к практическим занятиям, зачетам и экзаменам.

2.2. Содержание лекционных занятий

Тема: Экологическая оценка систем теплогазоснабжения расчетными методами.

Данная лекция является по существу повторением материала, изученного в курсе «Экологическая безопасность систем теплогазоснабжения и вентиляции» в части загрязнения окружающей среды выбросами и сбросами топливосжигающих установок.

Расход выбросов (продуктов сгорания) топливосжигающих установок (котлов, печей, газоперекачивающих агрегатов может быть рассчитан двумя способами:

-по известному расходу топлива системой ТГС [Дел, норм. мет];

-по известному составу топлива (компонентному – для газового, элементному – для твердого и жидкого топлив), расходу топлива и температуре уходящих газов [3, 11-13];

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

зов [9,12]; - по известным значениям коэффициента избытка αух или коэффициента расхода

воздуха h ух

Расчет массы загрязняющих веществ в выбросах топливосжигающих установок определяется в соответствии с методиками [4,5], а также с применением компьютерных программ фирмы «Интеграл»- Эколог-ПРО, программного комплекса «Экоцентр» и др.

Расчет выбросов токсичных веществ (CO, NOх, SO2, твердых частиц, бенз(а)пирена) производится [9] 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 заданному типу топливосжигающей установки сводятся в таблицу.

Расчет расхода сбросов котельной установки и массы вредных веществ, содержащихся в сточных водах химводоочистки и продувки паровых котлов, определяются в соответствии с [10]

Тема: Экологическая оценка систем теплогазоснабжения инструментальными методами

Экологическая оценка систем теплогазоснабжения инструментальными методами осуществляется в процессе проведения режимно-наладочных или пусковых испытаний основного и вспомогательного котельного оборудования [8]. Студенты встречаются с инструментальными методами определения концентраций вредных веществ, как правило, в процессе прохождения различных видов практики, а также на практических занятиях в вузе.

7

Содержание режимно-наладочных испытаний котлов и составление графических зависимостей образования вредных веществ в зависимости от режима работы котлов подробно будет приведено в разделе «Технологические методы очистки продуктов сгорания».

Содержание вредных веществ определяется экспериментально с использованием различного типа газоанализаторов.

Наибольшее распространение среди компьютерных автоматических газоанализаторов получил измерительный прибор ДАГ–500.

Переносной газоанализатор ДАГ-500 предназначен для измерения концентрации продуктов сгорания - кислорода (О2), оксида углерода (СО), оксида азота (NO), диоксида азота (NO2), диоксида серы (SO2), а также измерения температуры, давления и коэффициента разбавления сухих продуктов сгорания избыточным воздухом.

Таблица 2. Метрологические характеристики прибора ДАГ-500

Большой выбор диапазонов измерения позволяет эксплуатировать его на самых разных объектах промышленности, как с низкими, так и высокими выбросами загрязняю-

8

щих веществ. Дополнительно к газоанализатору подключается внешний термопринтер «ТП-500» для регистрации результатов измерения на месте и внешний датчик дифференциального давления.

Аналогичный прибор – компьютерный газоанализатор 1М-3000Р фирмы «ДИТАНГАЗ» используется на практических занятиях в ННГАСУ

Тема: Технологические методы снижения концентрации оксидов углерода, азота, серы, бенз(а)пирена и сажи в продуктах. сгорания органического топлива

В современных условиях низкого качества окружающей среды неизбежно возникает необходимость обеспечения экологической безопасности любых объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, в том числе воздушный бассейн. Это прежде всего относится к топливосжигающим установкам, использующим органическое топливо.

Наиболее действенными с позиции защиты воздушного бассейна оказываются технические методы, которые следует разделить на две крупные группы: технологические методы и методы очистки.

Технологические методы – это комплекс технологических решений и режимов работы технологического оборудования, которые направлены на снижение образования токсичных веществ в данном технологическом процессе[8]. Технологические методы менее затратные, чем очистка.

Технологические методы снижения загрязнения атмосферы выбросами стационарных топливосжигающих установок можно классифицировать так:

−повышение доли использования топлив с высокими экологическими характеристиками в топливном балансе;

−снижение расхода топлива путем повышения эффективности сжигания и снижения потерь теплоты при ее транспортировке и использовании;

−использование энергосберегающего оборудования;

−энерготехнологическая переработка твердых топлив;

−эффективное оборудование для выведения вредных выбросов с целью их рассеивания в атмосфере;

−использование методов подавления образования вредных веществ при сжигании различных видов топлива.

Рассмотрим некоторые из технологических методов, позволяющих снижать уровень загрязнения атмосферы.

Повышение доли топлива с высокими экологическими характеристиками в топливном балансе [8]

При неполном сгорании углеводородного топлива в атмосферный воздух выбрасывается большое количество токсичных веществ. Это оксид углерода, углеводороды, в том числе канцерогенный бенз(а)пирен, сажа, альдегиды и др.

Легче всего обеспечить полноту сгорания газообразных топлив, так как топливо и окислитель находятся в одном агрегатном состоянии, интенсивнее перемешиваются и вступают в реакцию горения (гомогенное горение). Среди газообразных топлив экологическое преимущество имеют легкие углеводороды, например метан. Чем больше в газооб-

9