Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Обеспечение экологической безопасности при эксплуатации котельных городского хозяйства. Монография

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

1 / 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Е.П. Лысова, В.И. Беспалов,

О.Н. Парамонова, Н.В. Юдина

ОБЕСПЕЧЕНИЕ

ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

КОТЕЛЬНЫХ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Монография

Ростов-на-Дону

ДГТУ

2020

УДК 504.75.05-06 Л88

Рецензент

кандидат технических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности

в строительстве и городском хозяйстве» ВолгГТУ Н.С. Жукова

Лысова, Екатерина Петровна.

Л88 Обеспечение экологической безопасности при эксплуа-

тации котельных городского хозяйства : моногр. / Е.П. Лысова, В.И. Беспалов, О.Н. Парамонова, Н.В. Юдина ; Донской

ISBN 978-5-7890-1731-9

гос. техн. ун-т. – Ростов-на-Дону : ДГТУ, 2020. – 113 с.

Представлено решение актуальной проблемы по повышению экологической безопасности городских территорий за счет снижения негативного воздействия котельных на состояние окружающей среды путем выбора экологически эффективных и энергетически экономичных инженерно-экологических мероприятий по реализации очистки отходящих газов на базе использования основных положений теории устойчивости дисперсных систем. Даны практические рекомендации по повышению экологической эффективности и энергетической экономичности технологий гидродинамической очистки отходящих газов котельных городского хозяйства на основе анализа и управления функционально независимыми параметрами результирующих зависимостей – эффективности и энергоемкостного показателя процесса очистки.

Может быть полезна при изучении дисциплин направления 20.03.01 «Техносферная безопасность» профилей «Инженерная защита окружающей среды», «Охрана природной среды и ресурсосбережение».

УДК 504.75.05-06

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Донского государственного технического университета

ISBN 978-5-7890-1731-9 технический университет, 2020

Введение

Территории городской застройки призваны обеспечить благоприятную жизнедеятельность людей и, следовательно, должны иметь развитую инфраструктуру (объекты производственного, жилого, культурно-социального назначения). Исключительная роль в создании благоприятных условий для жизни, труда и отдыха населения принадлежит системе жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) [8, 11, 33]. При этом все объекты городской застройки нуждаются в тех ресурсах, которые поставляют им системы жизнеобеспечения (СЖО) – системы теплоснабжения, газоснабжения, электроснабжения, водоснабжения, связи и транспорта.

Известно [6, 39, 46, 73, 74, 90, 120], что в современных условиях развития городов наиболее остро стоит проблема загрязнения воздушного бассейна, который подвержен максимальной антропогенной нагрузке и является наиболее динамичным из всех компонентов окружающей среды. Анализ работ различных авторов [6, 14, 39, 40, 44, 46, 74, 90, 120] показывает, что значимыми по вкладу объектами, загрязняющими воздушный бассейн городов, являются уже не промышленные предприятия, которые в современных условиях развития городской застройки размещают за ее пределами, а автотранспорт и объекты городского хозяйства – предприятия жилищно-коммунальной сферы. Последние размещаются на территории городов и не могут быть вынесены за ее пределы, что связано с минимизацией потерь (материальных, энергетических и прочих) при предоставлении услуг потребителям. Экологический парадокс заключается в том, что, с одной стороны, объекты ЖКХ должны находиться рядом с потребителями, т. е. на территории городской застройки, а с другой стороны – они негативно влияют на состояние воздушной среды городов.

Одним из важнейших элементов системы жизнеобеспечения городской среды и объектов городского хозяйства, обеспечивающих надежное функционирование производственной и социально-бытовой сферы, а также существенным загрязнителем компонентов окружающей среды, в первую очередь, атмосферного воздуха, являются энергоснабжающие предприятия – теплоэлектростанции (ТЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), отопительные котельные различных форм собственности (муни-

ципальные и котельные промышленных предприятий), а также автономные источники тепла, относящиеся к ТСЖ, ЖСК [8, 22, 65, 105].

По мнению ряда авторов [2, 40, 44, 48, 64], основная масса загрязняющих веществ от котельных поступает в атмосферу с отходящими (дымовыми) газами. Причем состав отходящих газов зависит от вида сжигаемого топлива [2, 14, 32, 73, 85, 87, 89]. Так, например, при сжигании природного газа основными загрязняющими веществами (ЗВ) являются оксиды азота (азота оксид и азота диоксид), оксид углерода и бенз(а)пирен. Токсичность отходящих газов связана в первую очередь с оксидaми азота, содержание бенз(a)пиренa незначительно.

Оксиды серы и зола добавляются к вышеперечисленным веществам в случае сжигания жидкого топлива [2, 14, 48, 73, 85, 87, 89].

При сжигании твердого топлива, помимо указанных ЗВ, выделяется значительное количество твердых частицы, состоящих из золовых частиц, несгоревшего твердого топлива и сажи, причем основную долю составляют золовые частицы. Бенз(а)пирен также содержится в составе жидкого и твердого топлива. Поэтому возможен его переход из топлива в продукты сгорания вместе с невыгоревшими сажистыми и коксовыми частицами. При сжигании твердого топлива образуются золошлаковые отходы, для размещения которых требуется отчуждение значительного количества земель [2, 14, 48, 73, 85, 87, 89].

Реализация комплекса мероприятий, где наряду с организационными и технологическими значимое место занимают специальные инженерно-экологические мероприятия – очистка отходящих газов и их рассеивание, позволит снизить концентрацию ЗВ, содержащихся в отходящих газах котельных.

Для рационального управления работой систем очистки отходящих газов и их рассеивания требуется знание сущности процессов, реализуемых в этих системах по отношению к ЗВ. Изучению свойств загрязняющего аэрозоля посвящено множество работ [27, 37, 49, 53, 82, 111].

Изученные нами методические подходы к оценке свойств и особенностей поведения загрязняющих аэрозолей целесообразно разделить на два основных направления [116]. Первое направление предполагает рассмотрение частиц токсичных компонентов как дискретных материальных тел, поведение которых подчиняется законам ньютоновской механики [116]. Однако, учитывая полидисперсность аэрозолей, содержащих токсичные компоненты, такое направление достаточно точно опи-

сывает поведение относительно крупных частиц (размеры частиц более 100 мкм), обладающих значительными размерами и массой, но с большой погрешностью описывает поведение мелких частиц (размеры частиц менее 1 мкм), обладающих относительно малыми размерами и массой. В результате не удается с достаточной степенью достоверности спрогнозировать поведение загрязняющего аэрозоля.

Второе направление предполагает рассмотрение загрязняющего аэрозоля, включающего частицы токсичных компонентов, как сплошной среды, поведение которого должно подчиняться законам теории сплошных сред [116]. Однако, учитывая полидисперсность аэрозолей, содержащих токсичные компоненты, такое направление достаточно точно описывает поведение относительно мелких частиц, обладающих достаточно малыми размерами и массой, но с большой погрешностью описывает поведение крупных частиц, обладающих относительно большими размерами и массой. В результате также не удается с достаточной степенью достоверности спрогнозировать поведение загрязняющего аэрозоля.

При этом в обоих случаях при описании поведения токсичного загрязняющего аэрозоля из рассмотрения выпадают либо крупные, либо мелкие частицы. Очевидно, что наиболее полную характеристику свойств и поведения ЗВ можно дать, используя комплексный подход к их исследованию: с одной стороны – с учетом особенностей сплошной среды, с другой – множества дискретных частиц различных размеров.

Работы В.И. Беспалова, В.Е. Глузберга, Н.Ф. Гращенкова, В.В. Дьякова, В.К. Журавлева, В.П. Журавлева, Г.С. Забурдяева, И.Г. Ищука, Б.Ф. Кирина, Ф.С. Клебанова, В.В. Кудряшова, И.Ф. Ливчака, И.Н. Логачева, С.И. Луговского, А.Б. Лукьянова, М.А. Менковского, В.А. Минко, В.С. Никитина, Н.В. Перцева, Г.А. Позднякова, В.И. Саранчука, Н.А. Страховой, А.А. Цыцуры, Л.А. Шварцмана и многих других авторов посвящены изучению загрязняющего аэрозоля как дисперсной системы, его поведения в условиях внешних воздействий, исследованию ряда задач, связанных с очисткой, а также совершенствованием техники и технологии очистки воздуха.

Однако энергетические параметры и устойчивость загрязняющего аэрозоля, которые характеризуют условия его зарождения, развития и разрушения, остаются мало изученными. Кроме того, важно еще на стадии проектирования осуществить правильный выбор конструктивных

особенностей и рабочих характеристик каждого функционального элемента систем борьбы с загрязняющими веществами.

Целью данной работы является повышение степени экологической безопасности городских территорий на основе применения высокоэффективных и экономичных способов и средств очистки отходящих газов котельных, выбор которых базируется на положениях теории устойчивости дисперсных систем, позволяющих при учете параметров свойств и энергетических параметров управлять поведением загрязняющих аэрозолей с целью уменьшения устойчивости и в конечном счете их разрушения.

Идея исследования заключается в применении теории дисперсных систем к описанию свойств и поведения загрязняющих веществ, содержащихся в отходящих газах котельных, в выборе рациональных средств очистки на основе математического описания и последующей оптимизации эффективности и энергетической экономичности процесса снижения загрязнения воздушного бассейна городских территорий.

1. УСЛОВИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Виды загрязнителей атмосферного воздуха

Вклад в загрязнение

атмосферного воздуха, %

1. Передвижные источники (различные виды транспорта)

50–98

2. Стационарные источники:

 предприятия теплоэнергетики и электроэнерге-

тики, включая угольную и газовую промышленность

25–35

 строительство и производство строительных ма-

териалов

15–20

 цветная металлургия

14–18

 черная металлургия

12–15

 нефтедобыча

7–8

 нефтепереработка

5–5,5

 машиностроение

3–4

 химическая промышленность

2–3

 деревообработка

2–6

 пищевая промышленность

1–2

 оборонная промышленность

0,5–1

 легкая промышленность

0,2–0,4

ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА

КОТЕЛЬНЫМИ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

1.1. Характеристика котельных

как объектов городского хозяйства

Основными загрязнителями воздушного бассейна городов являются две группы источников (табл. 1.1):

1 группа – передвижные источники (автомобильный, железнодорожный, воздушный, морской и речной транспорт);

2 группа – стационарные источники, к которым относят промышленные предприятия (химические, нефтехимические и металлургические заводы), строительство объектов и производство строительных конструкций и материалов, предприятия систем жизнеобеспечения городов (системы теплоснабжения, водоснабжения, водоотведения, электроснабжения, газоснабжения, связи).

Таблица 1.1

Вклад различных групп источников

в загрязнение воздушного бассейна крупных городов

Причем в различных городах это соотношение может меняться в зависимости от местных условий: развития промышленности и роли в ней отдельных отраслей, насыщенности автомобильным транспортом, климатических условий, требований к защите окружающей среды, состояния техники, эффективности очистки выбросов [74, 78, 120].

По данным Росстата [74] предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭК) являются значимыми стационарными источниками загрязнения компонентов окружающей среды. В ТЭК России входят отрасли добычи топливных ресурсов, их транспортировки и переработки, а также преобразования и последующего распределения и сбыта конечным потребителям [22]. Сфера деятельности ТЭК включает также жилищно-коммунальное хозяйство и промышленную энергетику – энергоснабжающие предприятия (теплоэлектростанции (ТЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), отопительные котельные различных форм собственности – муниципальные и котельные промышленных предприятий, а также автономные источники тепла, относящиеся к ТСЖ, ЖСК), где продолжаются процессы преобразования энергетических ресурсов и их конечного потребления [8, 33].

Котельные городского хозяйства являются значимым объектом жилищно-коммунального хозяйства городской среды и необходимым элементом системы жизнеобеспечения населенных мест городских территорий (рис. 1.1) [22]. Их нельзя вынести за пределы городской застройки, что связано с минимизацией потерь как материальных, так и энергетических. В качестве технологической подсистемы системы теплоснабжения как элемента СЖО выступает сама котельная, точнее котлоагрегат, в качестве транспортно-коммуникационной подсистемы – теплотрасса, в качестве инженерно-экологической подсистемы – очистка отходящих газов, химводоочистка и теплоизоляция.

Следует отметить, что котельные рассредоточены по территории городской застройки и вносят существенный вклад в загрязнение компонентов окружающей среды, в первую очередь атмосферного воздуха

[14, 22, 39].

Работа котельных сопровождается также тепловым загрязнением, которое проявляется в повышении температуры окружающей среды в результате выброса в атмосферу нагретой газовоздушной смеси через дымовую трубу и теплопотерь в технологическом процессе [14, 39, 47].

Рис. 1.1. Структурная схема СЖО

Рис. 1.2. Структура потребления различных видов

органического топлива котельными

Проведя анализ современного состояния ТЭК России, можно сделать вывод о том, что в настоящее время наиболее распространенными источниками для получения тепловой и электрической энергии являются органические виды топлива [65, 69, 74]. По данным Минэнерго [69, 115] в структуре потребления различных видов органического топлива котельными преобладает природный газ (73,0%) и уголь (11,3%) (рис. 1.2). Именно природный газ и уголь, как наиболее распространенные виды органического топлива, а также мазут, часто используемый в качестве резервного топлива на котельных и являющийся одним из значительных поставщиков в воздушный бассейн существенного количества загрязняющих веществ с отходящими газами, приняты нами для дальнейшего рассмотрения.

1.2. Экологические особенности сжигания

различных видов топлива котельными городского хозяйства

Производство тепловой и электрической энергии сопровождается существенным материальным и энергетическим загрязнением окружающей среды. Работа котельных сопровождается непрерывным поступлением в атмосферу ЗВ – продуктов полного и неполного сгорания органических видов топлива, а также сбросом загрязненных вод, в том числе низкопотенциального тепла, в водоемы и водотоки и загрязнением почвенного покрова.

Загрязнения поверхностных водных объектов котельными обусловлено сбросом неочищенных или малоочищенных сточных вод, причем уровень загрязнения зависит от вида сжигаемого органического топлива, применяемой технологии сброса, типа охлаждающей системы, а следовательно, количества используемой воды и реагентов [48]. Котельные являются также источниками теплового загрязнения водоемов и водотоков, так как используют воду как охлаждающую среду.

Акустическое (шумовое и вибрационное) загрязнение от котельных связано в основном с использованием котлов, паровых и газовых турбин, а также процессами транспортировки и погрузки топлива, отходов и побочных продуктов, использованием крупных насосов и вентиляторов, предохранительных клапанов, систем охлаждения и т.п. Однако, как правило, зона воздействия шума и вибрации, производимых котельными, относительно невелика.

При сжигании твердого топлива образуются золошлаковые отходы, для размещения которых требуется отчуждение значительного количества земель. Земли, отведенные под золошлаковые отходы, практически безвозвратно изымаются из полезного использования, так как зо-

1 / 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]