Учебное пособие 2166

Рис. 2. Дроссельные характеристики управляемых из компьютерного центра дросселей

1 – (13-11); 2-(9-7); 3-(14-15); 4-(6-7)

Выводы

Полученная модель управления, определяющая состояние системы в любой момент времени функционирования, позволяет синтезировать дроссельные характеристики подающих линий, демонстрируя траекторию перехода системы в новое состояние, в соответствии с заданным прогнозом водоподачи из скважин.

Благодаря дроссельным характеристикам удаётся определить предельно большое значение расхода воды, поступающей в РЧВ, а также появляется возможность моделирования наиболее экономичного режима эксплуатации скважин.

Библиографический список

1.Панов М.Я. Моделирование, оптимизация и управление системами подачи и распределения воды / Панов М.Я., Левадный А.С., Щербаков В.И., Стогней В.Г. – Воронеж.: Воронеж. гос. арх. – строит. ун-т, 2005. - 490 с.

2.Панов М.Я., Мартыненко Г.Н. Оперативное управление городскими системами газоснабжения с использованием современных ультрозвуковых методов замера расхода газа

//Научный вестник. Воронеж Воронеж. гос. арх. – строит. ун-т. – 2008. №3 (11). – С.100-106.

The bibliographic list

1.Panov M.Y. Modelling optimization and management water systems submission and distribution/M. Ya. Panov, A.S. Levadny, V.I. Shcherbakov, V.G. Stogneti.-Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering, Voronezh state Technical University. 2005.- 489p.p.

2.Panov M.Y. Urban gas supply system operational management of using modern ultrasonic technologies of gas consumption. (Panov M. Ya., G.N Martynenco, )// Scientific bulletin. Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. – 2008. №3(11).-Р.100-106

Ключевые слова: математическая модель, водоподъёмная станция, водоподача, скважины, управляемый дроссель, управление функционированием, возмущённое состояние, обратная связь.

Key words: mathematical model, elevator pump, water feed, boreholes, throttle, operating, perturbed state, feedback.

182

Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

Н. В. Фирсова, В. М. Мишон

ВЛИЯНИЕ УРБАНИЗАЦИИ НА ЭВОЛЮЦИЮ ГИДРОГРАФИЧЕСКОЙ СЕТИ КРУПНОГО ГОРОДА

На примере Воронежа исследована динамика и состояние гидрографической сети на территории крупного города. Выявлены существующие и утраченные поверхностные водотоки на территории города, составлена карта-схема гидрографической сети в границах городского округа. Проанализирован характер влияния гидрографической сети на функционально-планировочную организацию города, выявлены основные типы трансформации водных объектов.

N.V. Firsova, V.M. Mishon

THE INFLUENCE OF URBANISATION ON THE EVOLUTION OF HYDROGRAPHICAL

NETWORK OF THE BIG CITY

On the example of Voronezh the dynamics and the condition of the big city hydrographical network is studied. The existing and lost city surface drains are revealed, the scheme map of the hydrographical network in the administrative boundary of the town is composed. The type of the hydrographical network influence on the functional-planning organisation of the city is analysed, the main types of transformation of water objects are revealed.

Формирование сети поселений неразрывно связано с речной сетью. Водные артерии являются источником водоснабжения поселений, местом организации рекреации, местом сброса бытовых, промышленных и ливневых стоков. Исследование характера развития гидрографической сети урбосистем необходимо для определения динамики и основных закономерностей трансформации водных объектов, а также для прогнозирования изменения речных экосистем под влиянием процессов урбанизации. На урбанизированных территориях происходит активная трансформация гидрографической сети, включая геоморфологические изменения, русловые процессы, динамику состояния водной среды [1]. Водные объекты, как и другие элементы природного ландшафта, подвергаются на территории города мощному

183

антропогенному воздействию на протяжении длительного времени. Изучение городской гидрологии может осуществляться лишь в совокупности с изучением социальноэкономических и градостроительных особенностей города, рассматриваемого в качестве природно-антропогенного образования с опережающей динамикой техногенных процессов над естественно-природными.

Исследование гидрографической сети крупного города проводилось на примере городского округа города Воронежа (Рисунок).

Рис. Гидрографическая сеть в границах городского округа г. Воронеж: 1 – застроенные территории; 2 - граница городского округа; 3 – существующие водные объекты; 4 – утраченные водные объекты

В процессе изучения исторической трансформации гидрографической сети города были изучены архивные материалы, литературные источники, проекты генеральных планов и проекты застройки города, геодезические съемки в масштабах 1:25000, 1:10000, 1:5000 и 1:2000. Проведено рекогносцировочное исследование водных объектов на местности.

Воронеж – исторически сформировавшийся, крупнейший город ЦентральноЧерноземного региона. Городской округ г. Воронеж включает в себя, помимо самого города, 4 поселка городского типа (43 тыс. чел.) и 15 сельских населенных пунктов, общей численностью 37 тыс. чел. Общая численность постоянного населения г. Воронежа и подчиненных населенных пунктов составляет около 930 тыс. чел. Городской округ занимает 59,2 тыс. га, застроенные территории – 19,8 тыс. га, что составляет 33,4% от всей территории округа. Общая площадь природных территорий Воронежского округа составляет 38,19 тыс. га, из них 26,66 тыс. га составляют лесные массивы и озелененные территории, 7,33 тыс. га – сельскохозяйственные угодья. Долинные (водно-ландшафтные комплексы) занимают 9,06

184

тыс. га, водные поверхности – 6,65 тыс. га [2].

Всистему поверхностных вод городского округа город Воронеж входят нижние участки рек Воронеж (Воронежское водохранилище) и Усмань, реки Песчанка, Тавровка и несколько ручьев, к границе городского округа с западной стороны примыкает пойма реки Дон (Рис.). Застроенная часть города представляет собой компактное образование, имеющее четкую двухчастную структуру. Территория городского округа имеет вытянутую форму в направлении северо-северовосток и юго-югозапад, расположенную почти параллельно течению русла реки Дон. Правобережная часть города является левым берегом реки Дон, левобережная часть - левобережной частью трех рек: Дона, Воронежа и Усмани.

Меридиональное расположение водохранилища и морфометрические характеристики берегов во многом определяют характер планировочной и объемно-пространственной организации городской застройки. Правобережье представляет собой компактную структуру

срадиально-кольцевой организацией основных магистралей, левобережье имеет четко выраженный линейный характер[3].

Река Усмань (Усманка) является левым притоком реки Воронеж, длина реки 151 км, площадь водосбора 2840 км². Река протекает по территории Железнодорожного района в направлении с юга на север. Существует предположение, что устье реки в прошлом находилось в районе с. Таврово. Под влиянием тектонического поднятия нижняя часть реки постепенно стала смещаться на север, оставляя отмершие участки долины. Первым был оставлен южный (Масловский) рукав, затем средний (Придаченский) и последним – северный (Отроженский) рукав [4]. На отдельных участках к Усмани прилегает жилая застройка поселков Сомово и Боровое, берега реки активно используются для рекреационных целей.

Левым притоком реки Воронеж была р. Инютинка – она протекала в районе Отрожки, но в результате создания Воронежского водохранилища полностью исчезла [2].

Река Песчанка также является левым притоком реки Воронеж, ныне Воронежского водохранилища. В начале 20 века река Песчанка была полноводной, с чистой, прозрачной водой, с живописными зелеными берегами. Длина реки составляла 18 км, протяженность долины реки 25 км [5]. Деградация реки началась с 1950 года, когда земли вблизи реки были отданы под сады и огороды, в верховье реки была ликвидирована растительность, а вблизи реки был построен водозабор. В результате была утеряна большая часть постоянного водотока. Длина реки составляет в настоящее время не более 5-6 км, глубина реки на отдельных участках возросла до 4-х м, средняя часть реки обмелела, верхняя часть реки превратилась в суходол, нижнее течение стало одним из заливов Воронежского водохранилища [5]. В бассейне реки расположены крупнейшие предприятия города, гаражные кооперативы, садоводческие товарищества, автостоянки и автозаправочные станции. Река находится в стадии деградации из-за высокой плотности промышленной и селитебной застройки, уничтожения на ее берегах древесной растительности. Фактически река прекратила свое существование, превратившись в один из мелких и высокозагрязненных заливов водохранилища без постоянного течения.

Врайоне села Масловка протекает еще один левый приток реки Воронеж – река Тавровка. Река впадает в Масловский залив Воронежского водохранилища. Чрезвычайная мелководность (глубина реки в устье – 0,5-1 м) способствует активному зарастанию водной растительностью. Река загрязнена нефтепродуктами, железом, сульфатами и азотом.

В западной части города существует левый приток Дона – ручей Голубой Дунай. Изучение рельефа территории и структуры жилых улиц позволило реконструировать расположение верхней части ручья. Исток ручья предположительно начинался в районе улицы Карпинского (Коминтерновский район) в районе карьера "Глинозем", русло ручья пересекало дорогу на Москву – ныне Московский проспект. Первоначально ручей был временным водотоком, в 30-х гг. XX века в него начали сбрасывать сточные воды

185

центрального правобережного района города и ручей превратился в постоянный водоток с мутными, зловонными сточными водами [6]. В 1936-1937 гг. верхний участок "Голубого Дуная" был заключен в канализационную трубу, мост через балку превратился в участок городской дороги по ул. Плехановской (ныне Московскому проспекту), на месте русла ручья было построено здание центрального автовокзала города. Вплоть до 1971 года "Голубой Дунай" протекал по Рабочему проспекту. В 70-ые гг. часть ручья, вплоть до ул. 9-го Января, была забрана в канализационный коллектор и засыпана [6]. Примерная первоначальная протяженность ручья составляла около 9 км, в настоящее время протяженность ручья составляет около 4 км. К ручью примыкают правобережные очистные сооружения, гаражные кооперативы и другие коммунальные территории, ряд промышленных и транспортных предприятий. По данным МУП "Водоканал Воронежа" в воде Дона ниже впадения ручья "Голубой Дунай" увеличивается содержание всех контролируемых веществ, что говорит о чрезвычайно высоком уровне загрязненности вод ручья.

В юго-западной части города расположен еще один левый приток Дона - ручей Песчаный Лог, отделяющий Юго-Западный жилой район от района аэродрома "Балтимор". Предполагаемый исток ручья находился на территории Ленинского района, в районе переулка Кленовый. На картах 80-х годов русло ручья изображалось как водный объект с постоянным водотоком, в настоящее время ручей является временным водотоком. Ориентировочная протяженность ручья составляла около 7 км. В настоящее время русло ручья частично утеряно из-за активного строительства коммунальных, промышленных и гражданских объектов. Исток ручья застроен жилой застройкой, в средней части расположены гаражные кооперативы, складские территории, к нижней части ручья примыкают участки индивидуальной застройки и садовые участки.

На основе проведенного исследования составлена схема существующих и утраченных водотоков на территории городского округа г. Воронеж, определен характер функционального использования береговой зоны и выделены основные типы трансформации гидрографической сети (Таблица).

Таблица Динамика изменения состояния рек и ручьев в границах городской черты Воронежа

186

геоморфологическом, гидрологическом, гидрохимическом плане. Уменьшилось их общее количество, часть ручьев утрачена либо полностью, либо частично. В то же время общая площадь водных объектов увеличилась за счет зарегулированного стока реки Воронеж и создания искусственного водохранилища.

Исследование влияния гидрографической сети на планировку города показало, что ведущую роль в формировании планировочной и пространственной организации города играет Воронежское водохранилище. Остальные водотоки имеют ограниченное, локальное влияние на функциональную и планировочную организацию.

Исследование функционального и экологического состояния прибрежной части городских водных объектов показало, что все они находятся в экологически проблемных зонах, испытывающих высокое антропогенной напряжение.

Первостепенное значение для сохранения водных объектов является функциональнопланировочная реорганизация прибрежной зоны с выносом вредных в экологическом плане городских объектов и последующая экореабилитация водотоков как элементов урбоэкологических сетей и рекреационных зон города

Библиографический список

1.Куприянов В.В. Гидрологические аспекты урбанизации / В. В. Куприянов. – Л.: Гидрометеоиздат, 1977. – 184 с.

2.Генеральный план городского округа г. Воронеж – Воронеж: ГУ "Газета

"Воронежский курьер", 2007. – 162 с.

3.Фирсова Н. В. Функционально-планировочная организация Левобережной части Воронежского водохранилища [Текст] / Н. В Фирсова // Безопасность Воронежского водохранилища: Сб. научн. трудов. – Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2005. - С. 43-46.

4.Мишон В.М. Река Воронеж и ее бассейн: ресурсы и водно-экологические проблемы [Текст] / В.М. Мишон - Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та, 2000. – 296 с.

5.Смирнова А.Я. Мониторинг экосистемы р. Песчанка (Левобережье г. Воронежа) / А.Я. Смирнова, В.Л. Бочаров, Л.Н. Строгонова, А. И. Бородкин // Труды научноисследовательского института геологии ВГУ. – Вып. 39. Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-

та, 2006. – 142 с.

6.Елецких В.Л. Вода и люди / В.Л. Елецких, В.И. Щербаков – Воронеж: ООО

Творческое объединение "Альбом", 2004. – 248 с.

The bibliographic list

1.Kupriyanov V.V. Hydrological Aspects of Urbanization / V.V. Kupriyanov. – Leningrad: Gidrometeoizdat, 1977. – 184 p.

2.General Plan of The Voronezh City // “Voronezh Courier” , 2007. – 162 p.

3.F irsova N.V. Functional-Planning Organization of The Left-Bank Side of The Voronezh Reservoir / Firsova N.V. // Safety of The Voronezh Reservoir. – Voronezh: Voronezh State University Press, 2005. – Pp. 43 – 46.

4.Mishon V.M. Voronezh River and Its Basin: Recourses And Hydro-Ecological Problems / V.M. Mishon. – Voronezh: Voronezh State University Press, 2000. – 296 p.

5.Smirnova A.Ya. Environmental Monitoring of The River Peschanka Ecosystem (Left-Bank Voronezh Area) / A.Ya. Smirnova, V.L. Bocharov, L.N. Strogonova, A.I. Borodkin // Transactions of the VSU Scientific-Research Institute of Geology. – Vol. 39. - Voronezh: Voronezh State University Press, 2006. – 142 p.

6.Eletskyh V.L. Water And People / V.L. Eletskyh, V.I. Scherbakov. – Voronezh: Album Press, 2004. – 248 p.

Ключевые слова: урбанизация, гидрографическая сеть, функционально-планировочная организация города, трансформация водных объектов.

Key words: urbanization, hydrographical network, functional-planning organization of the city, transformation of hydro-objects.

187

Колонка студента

В. А. Алексенцев, К.В. Гармонов

СЖИГАНИЕ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ЦИРКУЛИРУЮЩЕМ КИПЯЩЕМ СЛОЕ

Рассмотрена технология сжигания твердого топлива в кипящем слое, представлены схемы котлов, рассмотрено применение технологии кипящего слоя для сжигания биомассы, отходов производства.

V.A. Aleksentsev, K.V. Garmonov

THE BURNING OF SOLID FUELS IN CIRCULATION FLUIDIZED BED

A technology of solid fuel combustion in circulating fluidized bed, its advantages over conventional combustion flare, boiler schemes are presented, examined the use of fluidized-bed technology for biomass combustion, waste.

Технология ЦКС имеет хорошую перспективу. Ужесточение норм на вредные выбросы стимулирует сжигание топлива в циркулирующем кипящем слое.

Последние десятилетия отечественная энергетика была ориентирована в значительной степени на газомазутное топливо. При наличии в стране огромных месторождений твердого топлива такое состояние дел вряд ли может быть оправданным. Применение технологии сжигания твердого топлива в циркулирующем кипящем слое (ЦКС) позволяет существенно улучшить экономические и экологические показатели ТЭЦ.

Основными преимуществами технологии ЦКС являются среди прочего возможность эффективного сжигания низкокалорийных, высокозольных топлив, топлив с малым выходом летучих веществ и шлакующих топлив, высокая (более 90%) эффективность связывания оксидов серы при подаче известняка в топку, что для большинства сернистых топлив России является наиболее дешевым способом, обеспечивающим соблюдение даже перспективных норм по выбросам SО2 ; малые выбросы оксидов азота (менее 300 мг/м³) без использования

специальных средств азотоочистки, возможность сжигания топлив различного качества в одном и том же котле, упрощенная схема подготовки топлива (достаточно дробления). Таким образом, котлы с ЦКС являются вполне конкурентоспособными при сжигании многих топлив России.

Еще 10 лет назад считалось, что технология ЦКС наиболее эффективна для промышленной энергетики. Однако в последнее время положение резко изменилось.

188

Подобная технология получила распространение, в частности, в Польше и Китае. Дело в том, что Польша, вступая в Евросоюз, вынуждена была модернизировать свою угольную энергетику в соответствии с европейскими нормами на выбросы. Китай, не имея жестких ограничений на вредные выбросы, стремится к внедрению новой техники для сжигания низкосортных местных углей. Польша стала крупным рынком для компании Foster-Wheeler, являющейся крупнейшим поставщиком и разработчиком этих котлов. С 1995 года на ее ТЭС поставлено котлов с ЦКС на общую мощность 2,5 млн. кВт. Эти примеры отлично характеризуют область использования технологии ЦКС для технического перевооружения ТЭС России. Это низкосортные угли с высокой зольностью, влажностью, содержанием серы (антрацитовый штыб, интинские угли, кузнецкие тощие угли, местные угли Урала и Дальнего Востока).

При неопределенности топливной базы применение котлов с ЦКС наиболее эффективно. Суперкритические параметры пара, которые приводят к росту КПД блока, вполне пригодны для технологии ЦКС, так как эта технология обеспечивает постоянную и умеренную температуру газов в топке, что приводит к относительно низким температурам стенки труб и позволяет использовать хорошо изученные и относительно дешевые стали.

В последнее время все больший интерес проявляется к установкам для совместного сжигания биомассы (отходы деревообработки, сельскохозяйственные отходы и др.) и угля. Очевидно, что очень эффективно сжигать высоковлажные отходы, имеющие низкие зольность и содержание серы, и угли с высокой зольностью и сернистостью, что дает дополнительный природоохранный эффект и экономию невозобновляемого топлива. При этом более чем в два раза снижаются выбросы СО2 .

В настоящее время технология сжигания различных твердых топлив и отходов производств в циркулирующем кипящем слое (ЦКС), которая начала широко использоваться с середины 70-х годов под влиянием ужесточающихся норм на вредные выбросы, доказала свою техническую и экономическую привлекательность на рынке поставок энергетических котлов.

Технология кипящего слоя в энергетических установках (установки тепловой мощностью 50 МВт и более) начала широко использоваться с середины 70-х годов под влиянием ужесточающих норм на вредные выбросы.

Технология ЦКС

Основной характерной особенностью технологии сжигания твердых топлив в кипящем слое является наличие значительного количества инертного материала в топке. При скорости газа, превышающей скорость минимального псевдоожижения (сила лобового сопротивления соответствует силе тяжести), объем слоя увеличивается, образуются пузырьки газа. Этот режим соответствует пузырьковому кипящему слою. При дальнейшем росте скорости газа пузырьки сливаются, частицы над слоем объединяются в группы с высокой концентрацией. Этот случай соответствует турбулентному кипящему слою. Если частицы улавливаются и возвращаются в слой, циркулируя по замкнутому контуру, то такой режим работы называется циркулирующим кипящим слоем. Расход циркулирующего материала в сотни раз превышает расход газа в системе и в ряде случаев зависит от массы слоя при неизменной скорости газа и размерах частиц.

Сжигание топлива осуществляется в две ступени:

•непосредственно в кипящем слое, в который подается 40 – 60% воздуха, необходимого для горения (образуется зона пиролиза и газификации топлива);

•в надслоевом пространстве топочной камеры, куда мощными струями вдувается вторичный воздух (происходит полное дожигание продуктов газификации и тонких фракций топлива).

Эта технология обладает рядом важных преимуществ по сравнению с применяемым

вРоссии традиционным факельным сжиганием :

189

•возможность эффективного сжигания низкокалорийных, высокозольных топлив, а также топлив с малым выходом летучих, которая определяется стабильной температурой в топке, длительным временем пребывания коксозольного остатка в реакционной зоне. В результате имеется значительная экономия вспомогательного топлива, т.к. исключается

подсветка мазутом или газом;

•возможность сжигания топлив различного качества в одном и том же котле, упрощенная схема подготовки топлива, отсутствие пылеприготовительного оборудования, хорошие динамические характеристики, быстрый пуск из "горячего" состояния;

•возможность эффективного (более 90%) связывания оксидов серы путем относительно дешевого способа подачи известняка в топку, при оптимальной температуре слоя около 870 °С и длительном времени пребывания частиц известняка в реакционной зоне;

•низкие выбросы оксидов азота (менее 200-300 мг/нм³) без использования специальных средств азотоочистки., которые обусловлены низкой и стабильной температурой слоя и надслоевого пространства при организации ступенчатого подвода воздуха;

•возможность использования низкосортного (с зольностью до 65%) топлива, например, отходов, углеобогащения;

•маневренность котлоагрегата, способного работать с полезной нагрузкой, составляющей 100-20 % от установленной мощности;

•высокая заводская готовность котлоагрегата и комплектность поставки, надежность и современный дизайн;

•выполнение жестких требований по выбросам вредных веществ в окружающую

среду.

В таблице дано сравнение характеристик по газовым выбросам котлов ЦКС и пылеугольных при сжигании каменных и бурых углей по данным

Таблица Сравнение характеристик по газовым выбросам котлов ЦКС и пылеугольных при сжигании

каменных и бурых углей

Отличительные особенности котлов ВЦКС:

190

•Кипящий слой формируется на узкой наклонной подвижной решетке, собранной из чугунных и/или стальных колосников.

•Для образования кипящего слоя не требуется никаких специальных инертных материалов (песка, шамотной крошки и т. п.). Слой формируют частиц топлива, кокса и золы.

•Не требуется применения высоконапорного дутьевого вентилятора, т.к. отсутствие инерта позволяет снизить рабочую высоту кипящего слоя до 250 – 350 мм.

•Циркуляция материала слоя обеспечивается путем многоступенчатого осаждения и возврата в топку основной массы уноса без применения "горячих" циклонов.

•Для розжига котлов мощностью до 50 МВт не требуется применения пусковых горелок. Котел может розжигаться от костра.

•Основная часть летучей золы выгружается вместе со шлаком прямо с решетки благодаря применению мощной системы возврата уноса и эффекту агломерации в ВЦКС золовых частиц.

•Требования к фракционному составу топлива не столь высоки. При рекомендуемом размере частиц топлива 0…20 мм допускается наличие кусков до 30 мм и более.

•Подача топлива в топку осуществляется методом пневмо-гравитационного заброса, т.е. не требуется механических забрасывателей. На рис. 1 показаны схемы пяти наиболее известных модификаций ЦКС, отличающиеся долей тепла, снимаемой в топке, компоновкой и конструкцией циклонов для улавливания золы.

Рис. 1. Основные модификации технологии сжигания в циркулирующем кипящем слое:

1 - топка; 2 - "горячий" циклон; 3 - "холодный" циклон; 4 -экраны топки; 5 - швеллерковые сепараторы; 6 - первичный воздух; 7 - вторичный воздух; 8 - пневмозатор; 9 - ширмы; 10 - "щеки"; 11 - экономайзер, пароперегреватель; 12 – мультициклон

191