Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Обеспечение экологической безопасности при эксплуатации котельных городского хозяйства. Монография
.pdf
Модель ионизатора 2 с центральным продольным электродом реализует в стенде электромагнитный метод очистки ионизацией газов.
Модель ионизатора подключена к сети воздуховодов соответствующими патрубками, установлена после выхода загрязненного воздушного
потока из печи 1 и подключена к блоку электрического питания 10.
Модель камер орошения 3, 4, совмещенная с электролизом жидкости, реализует гидродинамический метод очистки низконапорным орошением. Бак 6, подключенный к блоку энергоснабжения 10, представляет собой емкость с водой, в которую погружены два разнополюсных
электрода с разделением пространства между ними полупроницаемой
мембраной (мешковина) и служит для приготовления кислотной и щелочной воды.
К контрольно-измерительной аппаратуре относят: электронный
секундомер, термометр ртутный (воздушный и водяной), амперметр,
вольтметр, микроманометр, микропроцессорный иономер И-510, переносной мультигазовый газосигнализатор ГС «КОМЕТА-М» серии ИГС98 и пульт управления стендом.
Экспериментальный стенд работает следующим образом.
Движение газового потока в системе осуществляется с помощью
побудителя тяги 9, подключенного к блоку энергоснабжения 10, через
трансформатор ОСО – 25, позволяющий изменять напряжение побудителя тяги, так что в системе варьируется расход газового потока.
Газовый поток проходит последовательно через ионизатор 2 и камеры орошения 3, 4.
При прохождении загазованного воздуха через ионизатор малореакционно способные газообразные ЗВ переводятся в более химически
активное состояние.
В камерах орошения 3, 4 установлены форсунки, диспергирующие
жидкость до капель размером 100–150 мкм, что приводит к увеличению
площади взаимодействия орошающей жидкости и газового аэрозоля.
Орошение может осуществляться двумя классами жидкости – щелочной и кислотной активированной водой; предварительно подготовленной в баке 6 электролизом. Активированная вода под давлением
насосов 5 раздельно поступает к форсункам щелочной и кислотной камер орошения, образуя соответственно щелочной и кислотный факелы
81
орошения. В полости камер газовоздушный поток взаимодействует с
факелом орошения жидкости, образуя газожидкостной аэрозоль.
После прохождения системы очистки газовый поток направляется
на выброс в атмосферу.
Отбор проб воздуха с целью замера концентраций производится в
четырех точках: 1 – на выходе газовоздушной смеси из печи 1, 2 – после
модели ионизатора 2, 3 – после первой камеры орошения 3, 4 – перед
выходом газового потока в атмосферу.
Определение аэродинамических характеристик экспериментального стенда (скорость, расход газового потока, геометрические характеристики газоходов) производилось в соответствии с ГОСТ 17.2.4.06–90
[34]. Измерение температуры и давления газового потока производилось в соответствии с ГОСТ 17.2.4.07–90 [35]. Погрешность измерений
оценивали по ГОСТ Р 8563–2009 [36].
3.2. Предварительный этап
экспериментальных исследований
Целью предварительного этапа экспериментальных исследований
являлось выявление возможностей стенда по созданию требуемого диапазона изменения измеряемых параметров; определение варьируемых и
результирующих параметров работы стенда.
На предварительном этапе экспериментов определяли расходные
характеристики стенда:
а) расчет параметров для газовоздушного аэрозоля.
Варьируемые параметры: напряжение Uпт, В (U = 0–220 В), подаваемое на побудитель тяги; последовательность включения в систему
элементов стенда (только ионизатор, ионизатор и одна камера орошения, ионизатор и две камеры орошения, одна камера орошения, две камеры орошения).
Измеряемые параметры: динамическое давление Нд, Па, и полное
давление Нп, Па, в точках до и после каждого элемента, температура
воздуха [34, 35].
Расчетные параметры: скорость воздушного потока wг, м/с, в точках замеров, потери напора ∆Н, Па, в системе, расход воздуха Qг, м3/с, в
системе.
82
Результат: получены графики, свидетельствующие о том, что чем
больше расход загрязненного воздуха в системе, тем более высокое
напряжение необходимо подавать на побудитель тяги (прил. А,
рис. А1);
б) исследование свойств воды.
На предварительном этапе варьировали следующими параметрами:
напряжением, подаваемым на выпрямительное устройство U, В,
с помощью трансформатора (36 и 220 В);
расстоянием между графитовыми электродами l, м, перемещая
ползуна с закрепленным электродом по крышке емкости (от 0,1 до
0,14 м);
объемом рабочей жидкости в баке Vб, м3 (от 6 до 8 л).
Результирующие параметры следующие:
водородный показатель рабочей жидкости рН для щелочной и
кислотной фаз;
температура рабочей жидкости tж, °C;
сила тока в электрической цепи I,А;
время τ, мин.
Водородный показатель рН рабочей жидкости определяли с помощью микропроцессорного иономера И-510 по соответстветствующей
методике. Для этого пипеткой отбирали пробы отдельно щелочной и
кислотной воды в химические стаканы, в которых проводили замеры
рН. Температуру рабочей жидкости tж фиксировали с помощью ртутного термометра со шкалой 0…100 °C. Силу тока определяли по амперметру со шкалой 0…30 А.
Результат: графики (прил. А, рис. А2–А7), по которым можно сделать следующие выводы:
1) чем продолжительнее время воздействия, тем сильнее меняется
водородный показатель жидкости рН;
2) при постоянном напряжении с увеличением времени воздей-
ствия возрастает сила тока и температура жидкости;
3) степень активации рабочей жидкости достигает значения 3 для
кислой среды и 11 – для щелочной, при этом процесс активации жидкости идет интенсивнее при U = 220 В, l = 0,1м и V = 4,5 л.
4) время достижения минимального и максимального рН равня-
лось 5–10 мин. при U = 220 В и 50–70 мин. при U = 36 В.
83
3.3. Основной этап экспериментальных исследований
Цель основного этапа экспериментальных исследований – определить значения результирующих параметров в соответствующих диапазонах изменения варьируемых параметров. На основном этапе экспериментов производили исследование и оптимизацию процесса очистки
воздушного потока от оксидов азота, диоксида серы и оксида углерода.
Подготавливали к работе микропроцессорный иономер И-510 и
переносной мультигазовый газосигнализатор ГС «КОМЕТА-М» серии
ИГС-98.
Включали блок энергоснабжения для бака приготовления щелочной и кислотной воды.
Производили сжигание антрацитового штыба в печи.
Включали побудитель тяги.
Включали блок энергоснабжения для ионизатора.
Включали питательные насосы щелочной и кислотной воды.
В качестве варьируемых параметров были выделены:
– расход газов Qг, м3/с;
– рН щелочной воды (7, 8, 9, 10);
– рН кислотной воды (7, 6, 5, 4).
Измеряемые параметры:
концентрация оксидов азота, диоксида серы и оксида углерода
после ионизатора;
концентрация оксидов азота, диоксида серы и оксида углерода
после камеры орошения щелочной водой;
концентрация оксидов азота, диоксида серы и оксида углерода
после камеры орошения кислотной водой;
рН щелочной и кислотной воды;
температура tп, °C, газовоздушного потока на выходе из системы.
Рассчитываемые параметры: эффективность очистки ЕЭФ, %, газовоздушного потока от оксидов азота, диоксида серы и оксида углерода
и энергоемкостный показатель ЕЭ.
Подготавливали к работе микропроцессорный иономер И-510 и
переносной мультигазовый газосигнализатор ГС «КОМЕТА-М» серии
ИГС-98.
Включали блок энергоснабжения для бака приготовления щелочной и кислотной воды.
84
Производили сжигание антрацитового штыба в печи.
Включали побудитель тяги.
Включали блок энергоснабжения для ионизатора.
Включали питательные насосы щелочной и кислотной воды.
В серии экспериментов проверяли эффективность газоочистки в
устройстве гидроорошением (прил. А, рис. А8–А10). Полученные результаты позволили сделать следующие выводы:
1) эффективность очистки для газообразных ЗВ максимальна в
щелочной среде;
2) эффективность очистки от диоксида серы больше эффективно-
сти очистки от оксидов азота. Эффективность очистки измеряется в зависимости от времени пребывания веществ в активной зоне устройства,
которое определяется скоростью прохождения газового потока через
активную зону ионизатора и конструтивными особенностями самого
устройства;
3) варьирование скорости прохождения потока через камеры оро-
шения позволило выявить ее оптимальный диапазон – 2-12 м/с.
Результат: графики зависимостей эффективности и энергоемкостного показателя от изменения варьируемых параметров системы
(прил. Б, рис. Б.1, Б.2).
3.4. Сравнение результатов теоретических
и экспериментальных исследований
Для сопоставления результатов теоретических разработок и экспе-
риментальных исследований с учетом погрешности проведенных измерений использован наиболее наглядный графический способ.
Метрологическая проработка использованных в эксперименталь-
ных исследованиях приборов и статическая обработка результатов
предварительных экспериментов показали:
1) максимальная погрешность измерений концентрации газообразных ЗВ используемыми приборами составляет 10,5 % при доверительной вероятности Р = 0,95;
2) максимальная погрешность измерений затраченной энергии используемыми приборами составляет 9,7 % при доверительной вероятности Р=0,95.
Сопоставление эмпирических зависимостей, полученных при об-
работке методом анализа размерностей, с теоретическими, разработан-
85
ными при реализации математической модели физических процессов
газоочистки орошением, отражено в графиках (прил. Б, рис. Б1, Б2), где
представлены теоретические и эмпирические кривые с соответствующими зонами, обозначающими пределы погрешностей измерений.
Анализ графиков показывает, что с учетом погрешности измере-
ний результаты теоретических расчетов в достаточной степени согласуются с данными экспериментальных исследований.
Сопоставив экспериментальные данные с результатами теоретического описания физических процессов газоочистки орошением, можно
сделать вывод о достаточной степени сходимости теоретических и
практических данных. Это дает возможность утверждать, что математическое описание вполне приемлемо для обоснования практических
мероприятий по очистке отходящих газов.
86
Заключение
Важным условием решения задачи обеспечения экологической
безопасности городских территорий является высокоэффективная и
энергетически экономичная реализация очистки отходящих газов котельных.
В результате проведенных теоретических и экспериментальных
исследований процесса очистки отходящих газов котельных достигнута
возможность обеспечения нормативных санитарно-гигиенических
условий в воздушном бассейне территорий за счет снижения концентрации загрязняющих веществ, содержащихся в отходящих газах, до
значений ПДК путем повышения эффективности и экономичности процесса, а также совершенствования технических средств очистки.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
с целью детального анализа особенностей влияния процесса
сжигания различных видов органического топлива в котлоагрегатах на
загрязнение воздушного бассейна городских территорий построена физическая модель процесса загрязнения воздушной среды для условий
эксплуатации котельных;
выполнен анализ основных методик выбора очистного оборудо-
вания с целью выявления наиболее приемлемой для дальнейшего совершенствования и возможности применения для условий эксплуатации
котельных;
построена физическая модель процесса снижения загрязнения
воздушной среды для условий эксплуатации котельных, раскрывающая
взаимосвязь между основными физическими объектами, участвующими
в процессе очистки воздушной среды;
определены роль и место способов и средств очистки отходящих
газов котельных в классификационной схеме систем обеспечения нормативных параметров воздушной среды;
выполнено математическое описание результирующих парамет-
ров (эффективности и энергоемкостного показателя) процесса очистки
отходящих газов гидроорошением для условий эксплуатации котлоагрегата;
предложена методика выбора высокоэффективных и экономич-
ных систем борьбы с загрязняющими веществами и расчета ее оптимальных рабочих параметров для условий эксплуатации котлоагрегата
котельных;
проведены экспериментальные исследования и оптимизация
процесса очистки отходящих газов от оксидов азота, диоксида серы и
оксида углерода, определена достоверность результатов теоретических
исследований.
87
Библиографический список
1. Алгоритм реализации методики оценки и выбора технологий
очистки отходящих газов промышленных и энергетических предприятий / Е.П. Лысова и др. // SWorld: сб. науч. тр. – 2015. – Т. 2. – №2 (39).
– С. 80–85.
2. Анализ воздействия и разработка физической модели процесса
загрязнения воздушной среды для предприятий теплоэнергетического
комплекса / В.И. Беспалов, Е.П. Лысова, О.Н. Парамонова и др. // Современные направления теоретических и прикладных исследований
2014: SWorld: сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч.-практ. конф.
– Одесса: КУПРИЕНКО СВ, 2014. – Вып. 1. – Т. 3. – С. 3–10.
3. Анализ свойств токсичных компонентов отходящих и выхлоп-
ных газов стационарных и передвижных источников для урбанизированных территорий [Электрон. ресурс] / Л.З. Ганичева, Н.В. Юдина,
Е.П. Лысова и др. // Научное обозрение. – 2014. – № 7 (Ч. 3). –
С. 767–770. – Режим доступа: http://www.sced.ru/ru/index.php?option=
com_content&view=article&id=107:-q&catid=21.
4. Анализ традиционно применяемых способов очистки выбросов
на предприятиях топливно-энергетического комплекса [Электрон. ресурс] / В.И. Беспалов, Н.С. Самарская, О.Н. Парамонова и др. // Научное обозрение. – 2014. – № 9 (Ч. 3). – С. 921 – 924. – Режим доступа:
http://www.sced.ru/ru/index.php?option=com_content&view=article&id=10
7:-q&catid=21.
5. Анализ эксергетических потерь в водогрейных котлах /
Е.А. Зайцев, П. А. Трубаев, А. В. Губарев и др. // Промышленная энергетика . – 2011. – № 1. – С. 32–34.
6. Атмосфера: справ. / Под ред. Ю. С. Седунова и др. – Л.: Гидро-
метеоиздат, 1991. – 510 с.
7. Ахмедов Р.Б. Технология сжигания горючих газов и жидких
топлив / Р. Б. Ахмедов, Л. М. Цирульников. – Л.: НЕДРА, 1984. – 238 с.
8. Бадалов А. Л. Развитие методологии управления инвестицион-
ной деятельностью в компаниях топливно-энергетического комплекса:
дис. … д-ра эконом. наук. – М., 2009.
9. Баширова Р.М. Основы экотоксикологии: учеб. пособие /
Р.М. Баширова, Г.Г. Максимов, Л.А. Ахметова. – Уфа: РИЦ БашГУ,
2009. – 120 с.
88
10. Безуглая Э.Ю. Воздух городов и его изменения / Э.Ю. Безуг-
лая, И.В. Смирнова. – СПб.: Астерон, 2008. – 253с.
11. Белосельский Б.С. Очистка дымовых газов ТЭС от оксидов
азота / А. Л. Бадалов. – М.: МЭИ, 1993. – 24 с.
12. Белоцерковский О.М. Турбулентность: новые подходы /
О.М. Белоцерковский, А.М. Опарин, В.М. Чечеткин. – М.: Наука,
2003. – 286 с.
13. Берлянд М.Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосфе-
ры / М.Е. Берлянд. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985. – 272 с.
14. Беспалов В.И. Анализ экологических особенностей сжигания
органических видов топлива энергоснабжающими предприятиями городского хозяйства / В.И. Беспалов, Е.П. Лысова // SWorld : сб. науч. тр.
– 2015. – Т. 2. – №1 (38). – С. 19–24.
15. Беспалов В.И. Математическое описание результирующих па-
раметров процесса снижения загрязнения воздушной среды для производственно-отопительных котельных. / В.И. Беспалов, Е.П. Лысова,
Ю.В. Елецкая // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и
окружающей среды: межвуз. сб. науч. тр. Вып. 7 (междунар.). – Ростовна-Дону: Рост. гос. акад. с.-х. машиностроения, 2003. – С. 8–9.
16. Беспалов В.И. Методика комплексной оценки городской тер-
ритории / В.И. Беспалов, Ю.Ю. Максюкова // Экология городской среды: современное состояние и тенденции изменения: материалы науч.
конф. – Ростов-на-Дону: Изд-во ВЦ Ростэкс, 2004. – С. 94.
17. Беспалов В.И. Методика расчета эффективности гидроороше-
ния с учетом энергетических параметров / В.И. Беспалов, Н.А. Страхова // Обеспыливание в строительстве. – Ростов-на-Дону: Изд-во РИСИ,
1987. – С. 91–100.
18. Беспалов В.И. Основные принципы совершенствования мето-
дики социо-эколого-экономической оценки состояния окружающей
среды территорий промышленных зон крупных городов [Электрон. ресурс] / В. И. Беспалов, Е. В. Котлярова // Инженерный вестник Дона. –
2011. – №1. – Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n4y2011/550.
19. Беспалов В.И. Оценка процессов и расчет аппаратов защиты
окружающей среды: учеб. пособие / В.И. Беспалов, С.В. Мещеряков,
О.С. Гурова / РГСУ. – Ростов-на-Дону, 2007. – 192 с.
20. Беспалов В.И. Разработка метода формирования высокоэф-
фективных и экономичных систем обеспыливания воздуха рабочей зо-
89
ны горнодобывающих и перерабатывающих предприятий топливноэнергетического комплекса: дисс. … д-ра техн. наук. – 05.26.01. – М.,
1997. – 267 с.
21. Беспалов В.И. Разработка физической модели процесса сни-
жения загрязнения воздушной среды для предприятий топливноэнергетического комплекса [Электрон. ресурс] / В.И. Беспалов,
Е.П. Лысова // Научное обозрение. – 2014. – №7 (Ч. 3). – С. 914–917. –
Режим доступа: http://www.sced.ru/ru/index.php?option=
com_content&view=article&id=107:-q&catid=21.
22. Беспалов В.И. Системы жизнеобеспечения населенных мест:
учеб. пособие / В.И. Беспалов, С.В. Мещеряков / РГСУ. – Ростов-наДону, 2003. – 80 с.
23. Беспалов В.И. Теоретическое обоснование методологии при-
нятия оптимальных решений по организации и эксплуатации систем
жизнеобеспечения и защиты окружающей среды территорий населенных мест / В.И. Беспалов, Н.А. Страхова // Строительство-2005: материалы Междунар. науч.-практ. конф. (г. Ростов-на-Дону, 14 апреля
2005 г.). – Ростов-на-Дону: Изд-во РГСУ, 2005. – С.108–109.
24. Беспалов В.И. Теория и практика обеспыливания воздуха: мо-
ногр. / В.И. Беспалов, Д.С. Данельянц, Й. Мишнер. – Киев: Наукова
Думка, 2000. – 185 с.
25. Беспалов В.И. Физико-энергетическая концепция описания
процессов и системный подход к выбору высокоэффективных и экономичных инженерных комплексов защиты воздушной среды от выбросов
загрязняющих веществ / В.И. Беспалов // Изв. Сев.-Кав. науч. центра
высшей школы. Естественные науки. – 1995. – № 9. – С. 37–47.
26. Беспалов В.И. Формирование методологических подходов к
расчету экономического, экологического и социального критериев
оценки состояния окружающей среды территорий промышленных зон
крупных городов / В.И. Беспалов, Е.В. Котлярова // Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение: материалы Междунар. науч.-практ. конф. – Вып.13 / РГСУ. – Ростов-на-Дону, 2011. –
С. 26–29.
27. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей / С. Бретшнай-
дер. – М. – Л.: Химия, 1966. – 536 с.
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]