Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Обеспечение экологической безопасности при эксплуатации котельных городского хозяйства. Монография
.pdf
Рис. 2.2. Схема трансформации дисперсных систем
в процессе снижения загрязнения воздушной среды
для котлоагрегатов котельных
Анализ схемы трансформации дисперсных систем в процессе
снижения загрязнения воздушной среды для котлоагрегата котельных
позволяет сделать следующие выводы:
снижения концентрации ЗВ, содержащихся в отходящих газах,
до уровня ПДК можно достичь реализацией второго цикла процесса;
реализация второго цикла процесса осуществляется целенаправ-
ленным воздействием на «Исходную – I» («И – I») дисперсную систему
соответствующими «дополнительными» дисперсными системами на
этапах очистки и рассеивании (в том случае, когда реализация процесса
очистки не позволяет достичь концентрации ЗВ, соответствующей
ПДК
или ПДС
м.р.
с.с.
).
Построение ФМП снижения загрязнения воздушной среды позволяет перейти к следующему этапу исследований – рассмотрению на
каждой стадии процесса загрязнения возможности применения целена-
51
правленных процессов, обеспечивающих снижение загрязнения воздушной среды.
2.2. Роль борьбы с загрязняющими веществами
для котельных в системе обеспечения нормативных параметров
воздушной среды
В соответствии с общепринятыми представлениями [19] система
обеспечения нормативных параметров воздушной среды (СОНПВС)
представляет собой упорядоченный комплекс специального оборудования, предназначенного для снижения содержания ЗВ в воздушной
среде. Принцип построения классификационной схемы СОНПВС базируется на основных положениях теории дисперсных систем с учетом
ФМП снижения загрязнения воздушной среды и трансформации дисперсных систем в этом процессе.
Назначение СОНПВС заключается в организации процесса снижения загрязнения воздушной среды на каждом этапе процесса ее загрязнения в конкретных функциональных элементах. В основу формирования СОНПВС заложен принцип достижения максимальных значений экологической эффективности и энергетической экономичности реализации процесса снижения загрязнения воздушной среды каждым
элементом [19]. Основное назначение каждого элемента заключается в
создании соответствующей «дополнительной» дисперсной системы,
подготовке её свойств к организации активного воздействия на ЗВ с целью уменьшения их устойчивости.
Первый уровень СОНПВС связан с инженерно-экологическими
системами (ИЭС), отвечающими за поддержание параметров воздушной среды в пределах нормативных: система борьбы с загрязняющими
веществами (СБЗВ), система обеспечения нормативных параметров
микроклимата (СОНПМ) и система вспомогательной защиты (СВЗ).
Второй уровень схемы соответствует системам, обеспечивающим
нормативное состояние воздушной среды по каждому её параметру.
Этому уровню соответствуют системы борьбы с промышленной пылью
(СБПП), газообразными веществами (СБГВ) и жидкостными аэрозолями (СБЖА).
Физическая сущность направленных на загрязняющий аэрозоль
внешних воздействий на соответствующем этапе реализации процесса
снижения загрязнения воздушной среды обусловливает выбор метода
реализации каждого функционального элемента СОНПВС, т.е. третий
уровень схемы характеризует функциональные элементы технологиче-
52
ских процессов в соответствующих системах: связывание ЗВ, задержание ЗВ, улавливание ЗВ, очистку воздуха от ЗВ и рассеивание ЗВ в воздушной среде.
Четвертый уровень содержит перечень методов (аэродинамический метод, гидродинамический, электромагнитный, механический и
т.д), позволяющих реализовать этапы снижения загрязнения воздушной
среды. Он строго соответствует выделенным направлениям устойчивости дисперсных систем.
Физическая форма направленных на загрязняющие вещества
внешних воздействий («дополнительных» дисперсных систем) определяет выбор способа, с помощью которого может быть реализован метод, т.е. пятый уровень характеризует способы реализации каждого из
перечисленных методов.
Дальнейшая классификация предполагает рассмотрение в каждом
способе технологических видов реализации процесса, характеризуемых
технологическими параметрами организации внешнего воздействия на
загрязняющие вещества. Последним уровнем классификации являются
технические средства реализации, представляющие собой конкретные
устройства, в которых реализуется определенная комбинация «метод –
способ – вид – технические средства» [19].
Применительно к котельным городского хозяйства в СОНПВС
рассматриваем только СБЗВ (рис. 2.3), а, учитывая агрегатное состояние ЗВ, поступающих в воздушный бассейн с отходящими газами, используем СБГВ и СБПП (в случае сжигания твердого органического
топлива), где в качестве функциональных элементов технологических
процессов выступают процесс очистки воздуха от ЗВ и, при необходимости, процесс рассеивания ЗВ в воздушной среде. Получаем, что в
нашем случае СБЗВ сводится практически всегда к элементу очистки,
что мы и будем подразумевать далее, заменяя СБЗВ на более точное
название – способы и средства очистки отходящих газов котельных.
Для очистки воздуха от ЗВ, содержащихся в отходящих газах котельных, преимущественно используют следующие основные методы
[56]:
1. Гидродинамический метод, основанный на использовании
жидкости в качестве внешних воздействий, управляющих устойчивостью газообразных и твердых ЗВ, содержащихся в отходящих газах котельных.
53
54
Система борьбы с загрязняющими веществами (СБЗВ)
Система борьбы с жидкостными аэрозо-
лями (СБЖА)
Система борьбы с газообразными
веществами (СБГВ)
Система борьбы с промышленной пылью
(СБПП)
Пылегазосвязывание
Пылегазорассеивание
Пылегазоочистка
Пылегазоулавливание
Пылегазозадержание
Аэродинамический
Гидродинамический
Электромагнитный
Теплофизический
Механический
Возд. потоки под избыт. давлением
…
Сплошным потоком
Барботажем
Орошением
Применением пара, тумана
…
…
Возд. потоки под разряжением
Низконапорное
Высоконапорное
Пневмогидроорошение
…
Соударением с макро-
телами
Адгезией на тв. частицы
…
Переменным полем
Постоянным полем
Ионная обл-ть в поле
коронного заряда
Аэродинамический
Гидродинамический
Электромагнитный
Теплофизический
Механический
…
Аэродинамический
Гидродинамический
Электромагнитный
Теплофизический
Механический
…
Аэродинамический
Гидродинамический
Электромагнитный
Теплофизический
Механический
…
Аэродинамический
Гидродинамический
Электромагнитный
Теплофизический
Механический
…
Применением пены
Прямым сжиганием
Дожиганием
…
Линейные
Вихревые
Комбинированные
…
…
…
…
…
Рис. 2.3. Система борьбы с загрязняющими веществами,
содержащимися в отходящих газах котельных городского хозяйства
1
2. Аэродинамический дымовой метод, основанный на использо-
вании газовых (воздушных) потоков в качестве внешних воздействий,
управляющих устойчивостью твердых ЗВ, содержащихся в отходящих
газах котельных.
3. Электромагнитный метод, основанный на использовании элек-
тромагнитного поля в качестве внешних воздействий, управляющих
устойчивостью твердых и газообразных ЗВ, содержащихся в отходящих
газах котельных.
4. Теплофизический метод, основанный на использовании тепло-
вого поля в качестве внешних воздействий, управляющих устойчивостью твердых и газообразных ЗВ, содержащихся в отходящих газах котельных.
Реализацию аэродинамического метода очистки отходящих газов
от твердых частиц (золы, сажи) целесообразно осуществлять следующими способами (и техническими устройствами):
линейными потоками (пылеосадительные камеры, жалюзийные
аппараты);
вихревыми потоками (циклонные аппараты);
комбинацией линейных и вихревых потоков.
Реализацию гидродинамического метода очистки отходящих газов
от газообразных веществ осуществляют следующими способами (и техническими устройствами):
применение пара, тумана (паровые камеры, туманообразователи);
применение пены (пенные аппараты);
барботажем через слой жидкости (барботеры различного типа);
поверхностно-контактным со статическим слоем жидкости;
орошением диспергированной жидкостью (низконапорное, вы-
соконапорное, пневмогидроорошение, орошаемые газоходы);
комбинацией перечисленных способов (скрубберы, мокрые
циклоны) в рамках этого метода.
Электромагнитный метод очистки отходящих газов ионизацией
чаще всего реализуют в ионизаторе, причем для газообразных ЗВ метод
преимущественно выступает в качестве вспомогательного, с целью перевода веществ в более химически активное состояние с последующим
применением гидродинамического метода очистки.
55
Теплофизический метод реализуют термическими способами –
прямого сжигания и дожигания.
Таким образом, классификационная схема СБЗВ является основой
для формирования методики выбора оптимальной для условий конкретной городской территории технологии очистки отходящих газов
котельных.
2.3. Совершенствование методики выбора
высокоэффективных и экономичных способов
и средств очистки отходящих газов котельных
Как отмечено выше, для выбора технологии и оптимизации рабо-
чих параметров процесса очистки отходящих газов котельных авторами
взята за основу комплексная методика формирования высокоэффективных и энергетически экономичных инженерных систем очистки воздуха
[23, 25] в рамках физико-энергетического подхода. Эффективность
очистки и энергоемкостный показатель – основные оптимизационные
критерии этой методики – для условий эксплуатации котлоагрегатов
котельных пока не имеют совершенного математического описания.
Следовательно, применительно к очистке отходящих газов котельных,
методика требует определенных доработок и уточнений.
Именно поэтому для выбора технологии и технических средств
реализации процессов очистки отходящих газов для условий эксплуатации котлоагрегата авторами усовершенствована известная методика
оценки и выбора высокоэффективных и энергетически экономичных
СБЗВ [25].
Предлагаемая авторами методика оценки и выбора максимально
экологически эффективных и энергетически экономичных средств
очистки отходящих газов котельных включает следующие основные
этапы (рис. 2.4) [117].
Первый этап предусматривает сбор информации о реально воз-
можных в условиях функционирования конкретной котельной технологических параметрах реализации процесса очистки отходящих газов от
ЗВ на конкретном источнике их выброса в атмосферу (возможность использования жидкости, пористого материала, вихревого воздушного
потока, пены, пара, электромагнитного поля, теплового потока и т.д.) и
формирование блока исходных данных по основным характеристикам
физических объектов, участвующих в процессе загрязнения и процессе
снижения загрязнения воздушной среды.
56
Cбор информации о технологических параметрах реализации процесса очистки отходящих газов котельной от загрязняющих веществ на источнике их выбро-
са в атмосферу
1
Формирование вариантов технологий (метод – способ – вид) реализации процесса очистки отходящих газов котельной от загрязняющих веществ
Сопоставление технологических особенностей и параметров вариантов технологий реализации процесса очистки отходящих газов котельной от загрязняющих веществ с характеристиками объекта городской среды и особенностями территории его расположения
Расчет энергоёмкостного показателя
ЕЭ для каждого варианта (если их несколько) технологии реализации процесса очистки отходящих газов котельных от
загрязняющих веществ
выбор технологии с максимальной эффективностью очистки, её технологическое усовершенствование с целью повышения эффективности до требуемого уровня, расчет технологических параметров
дополнительный отбор технологий очистки с учетом энергоемкостного показателя
да
да
Е
факт.
эф (о)
≥Е
треб.
эф (о)
ни для одного варианта
да
Е
факт.
эф(о)
≥Е
треб.
эф(о)
для нескольких вариантов
2
3.1
Отбор вариантов технологий (метод – способ – вид), приемлемых по соответствию технологических особенностей и параметров требуемым условиям
3.2
Расчет
Е
треб.
в заданных производственно-технологических условиях по каждому отобранному варианту технологий
4.1
Расчет
Е
факт.
эф (о)
в заданных производственно-технологических условиях по каждому отобранному варианту технологий, дополнительный отбор только тех
вариантов, которые обеспечивают достижение ПДК в приземном слое атмосферы на территории городской застройки
4.2
Проверка выполнения условия
Е
факт.
≥ Е
треб.
4.3
5
Е
факт.
эф (о)
≥Е
треб.
эф (о)
для одного варианта
выбор этой технологии очистки, расчет её технологических параметров
нет
да
да
расчет технологических параметров
максимальным значением ЕЭ обладает один вариант
технологии очистки
выбор оптимального варианта по минимальному из соответствующих значений
затраченной энергии N; расчет технологических параметров
максимальным (одинаковым) значением ЕЭ обладает
несколько вариантов технологии очистки
57
Рис. 2.4. Блок-схема реализации методики оценки и выбора максимально экологически эффективных
и энергетически экономичных средств очистки отходящих газов котельных городского хозяйства
55
На втором этапе выполняют формирование вариантов технологий («метод – способ – вид») реализации процесса очистки отходящих
газов от токсичных компонентов на основе собранной на первом этапе
информации и заданных условий функционирования конкретной котельной.
Третий этап заключается в сопоставлении технологических особенностей и параметров сформированных на втором этапе вариантов
технологий («метод – способ – вид») реализации процесса очистки отходящих газов от токсичных компонентов с характеристиками рассматриваемой котельной городской среды и особенностями территории ее
расположения (обеспечение условий взрыво-, пожаробезопасности,
электробезопасности и т.д.). Отбор только тех вариантов технологий,
которые соответствуют технологическим особенностям и параметрам
перечисленных требуемых условий.
Четвертый этап предполагает по каждому, отобранному на третьем этапе варианту технологий («метод – способ – вид») реализации
процесса очистки отходящих газов от токсичных компонентов расчет,
требуемой эффективности реализации процесса очистки в заданных
производственно-технологических условиях:
где С
– концентрация ЗВ, поступающих в активную зону очистки
факт.
,
(начальная концентрация) мг/м3;
С
– концентрация ЗВ в устье источника выброса (дымовая тру-
ПДВ
ба), соответствующая ПДК в экологически значимой точке, мг/м3.
Далее производится расчет фактической эффективности реализации процесса очистки по соответствующим усовершенствованным параметрическим зависимостям в заданных производственно-технологических условиях, дополнительный отбор только тех вариантов, которые
обеспечивают достижение предельно допустимой концентрации (ПДК)
в приземном слое атмосферы на территории городской застройки, и
определение максимального значения эффективности реализации про-
цесса очистки для каждого сформированного варианта –
.
Для дальнейшего рассмотрения отбираются только те варианты,
которые отвечают условию
58
(2)
Если условие соблюдения (2) не выполняется ни для одного варианта, то четвертый этап завершается выбором технологии, обладающей максимальной эффективностью очистки, её технологическим усовершенствованием с целью повышения эффективности до требуемого
уровня, расчетом её технологических параметров, проектированием и
реализацией с подбором соответствующих технических средств.
Если условию (2) отвечает только один вариант технологии, то он
и есть окончательное решение. Тогда четвертый этап завершается выбором именно этой технологии очистки, расчетом её технологических
параметров, проектированием и реализацией с подбором соответствующих технических средств.
Если условию (2) соответствует несколько вариантов, то необходим дополнительный отбор технологий очистки с учетом энергоемкостного показателя.
Пятый этап предполагает выполнение расчета по соответствую-
щей параметрической зависимости энергоёмкостного показателя
для
каждого отобранного на четвертом этапе варианта (если их несколько) технологии реализации процесса очистки отходящих газов от токсичных компонентов и окончательный выбор оптимальной технологии
очистки. При этом:
если максимальным значением
обладает только один вариант
технологии очистки, то именно для него, как для оптимального, выполняются расчет технологических параметров, проектирование и реализация с подбором соответствующих технических средств;
если максимальным (одинаковым) значением
обладают не-
сколько вариантов технологии очистки, то выбор оптимального варианта осуществляют по минимальному из соответствующих значений за-
траченной энергии
, после чего выполняется расчет технологических
параметров, проектирование и реализация с подбором соответствующих технических средств [16-18].
В случае если значения затраченной энергии для выбранных вариантов также окажутся равными, то окончательный выбор технологической схемы очистки проводят на основе минимального значения экономических затрат.
Завершающим этапом предложенной авторами методики является
расчет рабочих параметров процесса (обратная задача) по значениям
экологической эффективности и энергоемкостного показателя и подбор
59
по этим параметрам технического решения (либо из числа известных,
либо конструирование нового).
Таким образом, именно эта методика, на наш взгляд, может быть
положена в основу дальнейших исследований, так как она наиболее
полно учитывает совокупность различных свойств как ЗВ, так и компонентов городской среды.
Основным преимуществом предложенной методики, в отличие от
всех остальных, является то, что выбор способов и средств снижения
загрязнения воздушной среды городских территорий можно производить на стадии проектирования объекта.
2.4. Совершенствование математического описания процесса
очистки отходящих газов котельных
Для практической реализации усовершенствованной методики
необходимо уточнить параметрические зависимости фактической эффективности и энергоемкостного показателя процесса очистки отходящих газов котельных.
Как отмечено выше, на котельных для очистки отходящих газов
традиционно применяют гидродинамический метод, реализуемый различными видами орошения. Существенными достоинствами гидродинамического метода очистки орошением являются универсальность
(применимость для очистки отходящих газов как от твердых, так и от
газообразных ЗВ), высокая эффективность очистки, компактность, относительно высокая мобильность реализующих его средств.
В нашем случае основополагающим фактором выбора направлений реализации процесса снижения загрязнения воздушной среды для
котельных выступают параметры свойств загрязняющего аэрозоля, поскольку они являются основой ФМП снижения загрязнения воздушной
среды и предопределяют пути ее реализации в соответствии с классификационной схемой СБЗВ. Для токсичных компонентов отходящих газов наиболее существенными являются гидродинамические, теплофизические и физико-химические параметры свойств загрязняющего аэрозоля [43, 60]. На основе вышеизложенного, авторами предварительно
выбран к рассмотрению гидродинамический метод очистки, который
может быть реализован следующими вариантами технологий:
1 вариант: гидродинамический метод низконапорным орошением
(гидродинамическое давление 0,2–2,0 МПа, размер капель орошающей
жидкости 500–1000 мкм);
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]