1282

2

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

А. Ю. Чадов

Методы и аппараты по защите окружающей среды

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям

(включая рекомендации по организации самостоятельной работы)

для обучающихся по дисциплине «Методы и аппараты по защите окружающей среды»

по направлению подготовки 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника профиль Промышленная теплоэнергетика

Нижний Новгород

ННГАСУ

2016

3

УДК 620.9.

Чадов А.Ю. Методы и аппараты по защите окружающей среды. [Электронный ресурс]: учеб.-

метод. пос. /А.Ю.Чадов; Нижегород. гос. архит.-строит. ун-т., Нижний Новгород: ННГАСУ, 2016. – 18.;

ил. 1 электрон.опт. диск (CD-RW).

Приведены рекомендации по изучению курса лекций по методам и аппаратам по защите окружа-

ющей среды. Приведены основные особенности изучения лекций, изложены основные положения по освоению студентами основных тем курса: основные особенности формирования знаний, умений и вла-

дений данным предметом.

Предназначено студентам, обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекционным занятиям по учебной дисциплине Б.1.51.02. Методы и аппараты по защите окружающей среды по направлению под-

готовки 13.03.01 Теплоэнергетика и теплотехника, профиль Промышленная теплоэнергетика.

4

Оглавление

5

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины «Методы и аппараты по защите окружающей среды»

являются:

−формирование знаний по основным методам защиты воздушного бассейна от выбросов стацио-

нарных топливосжигающих установок и экозащитному оборудованию;

−умений выбрать схему очистки от вредных выбросов на основе экологической оценки и подо-

брать перспективное экозащитное оборудование для снижения загрязнения воздушного бассейна

В процессе освоения дисциплины студент должен

Знать:

−особенности топливосжигающих установок с позиции загрязнения окружающей среды.

−информацию о токсичности выбросов систем теплоэнергетики и методах ее снижения.

−условные обозначения и особенности выполнения проектных работ в данной области.

Уметь:

−с помощью автоматизированных систем проектирования и соответствующих компьютерных программ решать поставленные инженерные задачи.

−выполнить экологическую оценку систем промышленной теплоэнергетики.

−получать и обрабатывать информацию о способах снижения загрязнения окружающей среды.

Владеть:

−навыками и способами оценки экологических проблем промышленной теплоэнергетики;

−компьютерными программами по расчету и подбору соответствующих агрегатов и оборудова-

ния.

−информационными ресурсами с целью решения экологических проблем.

Данная дисциплина позволит студентам не только систематизировать полученные теоретические знания, укрепить исследовательские навыки, но и даст возможность ориентироваться в выборе методов и оборудования для защиты окружающей среды.

6

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины «Методы и аппараты по защите окружающей среды» сгруппирован по

следующим разделам:

1. Основные загрязняющие вещества в выбросах энергетических установок.

Антропогенное загрязнение атмосферы выбросами стационарных топливосжигающих установок.

Физико-химические свойства вредных веществ в выбросах энергетических установок. Механизм обра-

зования вредных веществ при сжигании органического топлива. Характеристика вредных выбросов тепловых атомных станций.

2. Экологическое законодательство.

ГН 2.1.6.1338-03 (с доп. и изм. №1–5). Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ (ПДК). ПДКмр и ПДКсс. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. Уровни предельно допустимого шума (ПДУ).

3. Нормирование качества атмосферного воздуха.

Нормативы предельно-допустимых выбросов котельных установок. ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями, 1978.

Нормативы санитарно-защитных зон (СЗЗ) промышленных предприятий.

4. Экологическая оценка энергетической установки.

Источники выброса вредных веществ. Классификация. Определение расхода выбросов и массы вредных веществ энергетической установкой. Климатологические данные местности, влияющие на рас-

пределение вредных веществ в атмосфере. Расчет распределения в атмосфере выбросов от дымовых труб. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час.

7

5. Основы выбора схемы природоохранных мероприятий и экозащитного оборудования в

энергетике.

Определение необходимой степени снижения концентрации загрязнителей в выбросе от источни-

ка. Определение степени защиты от шума. Методы защиты воздушного бассейна. Классификация. Об-

щие сведения о комплексных схемах природоохранных мероприятий в энергетике. Экозащитное обо-

рудование в энергетике. Классификация. Общие сведения.

6. Экозащитное оборудование для топливосжигающих установок.

Классификация. Оборудование для очистки продуктов сгорания от твердых частиц. Оборудова-

ние для термического обезвреживания выбросов. Дожигательные устройства. Каталитические реакторы.

Камеры термического обезвреживания. Оборудование для сорбционных процессов. Адсорберы. Аб-

сорберы. Регенерация сорбентов.

7. Методы очистки вредных выбросов топливосжигающего оборудования.

Термическое обезвреживание. Дожигание. Использование топочных камер котлов и печей в каче-

стве инсенераторов. Каталитическая очистка. Катализаторы. Каталитические реакторы. Термо-

химические методы восстановления оксидов азота. Гомогенное и каталитическое восстановление.

Сорбционная очистка. Адсорбция. Абсорбция. Хемосорбция. Сорбенты. Схемы сухой очистки от твер-

дых частиц. Схемы мокрой очистки от твердых частиц.

8. Комплексные схемы очистки выбросов топливосжигающих установок.

Оборудование и аппараты, используемые в комплексных схемах для очистки от газообразных вредных веществ. Сочетание оборудования в комплексных схемах для очистки от твердых частиц.

8

2. Методические указания по подготовке к лекциям

2.1 Общие рекомендации по работе на лекциях

Лекция является главным звеном дидактического цикла обучения. Ее цель — формирование осно-

вы для последующего усвоения учебного материала. В ходе лекции преподаватель в устной форме, а

также с помощью презентаций передает обучаемым знания по основным, фундаментальным вопросам изучаемой дисциплины.

Назначение лекции состоит в том, чтобы доходчиво изложить основные положения изучаемой дисциплины, ориентировать на наиболее важные вопросы учебной дисциплины и оказать помощь в овладении необходимых знаний и применения их на практике.

Личное общение на лекции преподавателя со студентами предоставляет большие возможности для реализации образовательных и воспитательных целей.

При подготовке к лекционным занятиям студенты должны ознакомиться с презентаций, предлага-

емой преподавателем, отметить непонятные термины и положения, подготовить вопросы с целью уточ-

нения правильности понимания. Рекомендуется приходить на лекцию подготовленным, так как в этом случае лекция может быть проведена в интерактивном режиме, что способствует повышению эффек-

тивности лекционных занятий.

2.2Общие рекомендации при работе с конспектом лекций

Входе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Конспект помогает внимательно слушать, лучше запоминать в процессе осмысленного записывания, обеспечива-

ет наличие опорных материалов при подготовке к семинару, зачету, экзамену.

Полезно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной ли-

тературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.

В случае неясности по тем или иным вопросам необходимо задавать преподавателю уточняющие вопросы. Следует ясно понимать, что отсутствие вопросов без обсуждения означает в большинстве слу-

чаев неусвоенность материала дисциплины.

9

2.3 Общие рекомендации по изучению материала лекций

Раздел 1. Основные загрязняющие вещества в выбросах энергетических установок.

Основной вклад в загрязнение воздушного бассейна вносят процессы сжигания органического топлива, в том числе котельные установки и промышленные печи.

При сжигании топлива образуются следующие токсичные вещества: оксид углерода СО (4-й класс опасности), диоксид серы SО2 (3-й класс опасности), диоксид азота NO2 (3-й класс опасности), поли-

циклические углеводороды (главным образом бенз(а)пирен С20Н12 (1-й класс опасности)), а также взве-

шенные вещества (зола, сажа и коксовые остатки), токсичность которых зависит от содержащихся в них примесей.

При сжигании всех видов топлив в условиях высоких температур образуются оксиды азота – NO х (NO + NO2). Содержание NO составляет 95-98%, а NO2 только 2-5%. При движении по газовому трак-

ту соотношение NOx не изменяется, но при выбросе в атмосферу более 70% NO окисляется до NO2.

Образование NOx в топочной камере увеличивается при наличии азота N в рабочей массе топлива. Со-

держание серы (Sr) в составе топлива приводит к образованию в топочной камере и выбросу в атмосфе-

ру оксидов SOх (SO2+SO3), причём SO2 – (98 –99)% SO х, а SO3 – (1-2)% SO х .

Минеральная составляющая Аr обуславливает выброс частиц золы с продуктами сгорания в воз-

душный бассейн.

Образование бенз(а)пирена. По температурным параметрам можно выделить низкотемператур-

ный и высокотемпературный механизмы образования бенз(а)пирена (С20Н12).

Низкотемпературный механизм заключается в испарении высокомолекулярных углеводородных фракций, т.е. проходит при температурах лишь несколько больших, чем температура парообразования бенз(а)пирена. Следовательно, этот механизм присущ всем процессам нагрева тяжелых углеводородных фракций. Например, нагрев битума, выполнение асфальтовых покрытий (особенно выгрузка асфальто-

вой смеси) и др. Аналогичный процесс имеет место и в топочных камерах на уровне деструкции высо-

комолекулярных соединений органического топлива, т.е. в начальной фазе факела. Основное же коли-

чество бенз(а)пирена (БП) образуется по высокотемпературному механизму.

Высокотемпературный механизм образования БП – это синтез БП из углеводородных фракций топлива в высокотемпературной части камеры сгорания при отсутствии кислорода в зоне синтеза. Тер-

мическое воздействие на нефтепродукты, особенно высокомолекулярные (например, мазутостаточный продукт переработки нефтяных фракций) приводит к разрушению периферийной части молекул с отры-

вом заместителей в ароматическом ядре. Этот процесс сопряжен с явлениями конденсации циклической части и образованием все более и более конденсированных систем в направлении:

10

Раздел 2. Экологическое законодательство.

ГН 2.1.6.1338-03 (с доп. и изм. №1–5). Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ (ПДК). ПДКмр и ПДКсс. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов. Уровни предельно допустимого шума (ПДУ).

В настоящее время нормативно-методическая база по охране атмосферного воздуха продолжает развиваться на основе научно-исследовательской и методической деятельности НИИ Атмосфера по обоснованию и развитию методических аспектов охраны атмосферного воздуха. Это касается широкого круга вопросов: процедуры инвентаризации выбросов вредных веществ в атмосферный воздух с ис-

пользованием как инструментальных, так и расчетных методов, организации и проведения расчетов за-

грязнения атмосферы, формирования предложений по нормативам ПДВ (ВСВ), а также определению периодичности производственного контроля за соблюдением установленных нормативов выбросов и объемов регулирования выбросов в периоды НМУ.

Актуальность дальнейшего совершенствования воздухоохранной деятельности обусловлена двумя основными причинами:

-обязательностью введения в практику воздухоохранной деятельности положений Федерального Закона «Об охране атмосферного воздуха», а с 2002 г. и Федерального Закона «Об охране окружающей среды»;

-необходимостью с одной стороны большего обоснования требований, предъявляемых к приро-

допользователям, и с другой стороны необходимостью упрощения системы нормирования выбросов.

В тесной связи с введением в практику нормирования экологических критериев качества атмо-

сферного воздуха является и вопрос о переходе от термина «санитарно-защитная зона» (СЗЗ) к термину

«экозащитная зона» (ЭЗЗ), т.е. зона за пределами которой обеспечивается соблюдение соответствую-

щих нормативов качества атмосферного воздуха.

Раздел 3. Нормирование качества атмосферного воздуха.

Нормативы предельно-допустимых выбросов котельных установок. ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями, 1978.

Нормативы санитарно-защитных зон (СЗЗ) промышленных предприятий.

Положения Федерального Закона и подзаконных актов [3, 4, 18, 54 и др.] уточняют требования к