11012

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

Е.А.Лебедева

ЭФФЕКТИВНЫЕ ЭКОЗАЩИТНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ

Учебно-методическое пособие

по подготовке к практическим и семинарским занятиям для обучающихся по дисциплине

«Эффективные экозащитные технологии в системах ТГС» направлению подготовки 08.04.01 Строительство

профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий Заочная форма обучения

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 620.9:504

Лебедева Е.А. Эффективные экозащитные технологии в системах теплогазоснабжения [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. /Е.А.Лебедева; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун. - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 90 с; ил. 1 электрон. опт.

диск (CD-RW).

Представлена информация по способам повышения экологической эффективности котельных установок, приведены указания по содержанию и последовательности проведения лекционных, практических и семинарских занятий по дисциплине «Эффективные экозащитные технологии в системах ТГС», даны рекомендации по выполнению самостоятельной работы.

Предназначено обучающимся в ННГАСУ по проведению лекционных, практических, семинарских занятий, выполнения индивидуальных заданий и расчетнографической работы по направлению подготовки 08.04.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий

Учебно-методическое пособие ориентировано на обучение в соответствии с календарным учебным графиком и учебным планом по основной образовательной программе направления 08.04.01 Строительство, профиль Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий, одобренной решением научно-технического совета (НТС) от «9 » июня 2015г. Протокол № 2

.

© ЕА.Лебедева, 2016

© ННГАСУ, 2016.

2

3

1. Общие положения

1.1 Цели изучения дисциплины и результаты обучения

Целями освоения учебной дисциплины «Эффективные экозащитные технологии в системах теплогазоснабжения» являются:

-формирование теоретических знаний и практических навыков, а также передовых технологий в области экозащитного оборудования систем ТГС,

-формирование умений владеть способами подбора и расчета экозащитных технологий с целью предотвращения негативного воздействия систем ТГС на качество окружающей среды.

Впроцессе освоения дисциплины студент должен

Знать:

-современные методы исследования технологических процессов генерации тепловой и электрической энергии с позиции воздействия на окружающую среду;

-методики определения антропогенного воздействия систем ТГС на свойства биосферы.

-охарактеризовать объекты теплоэнергетики как загрязнители окружающей среды, определить степень очистки выбросов энергетического оборудования;

-назначение и принцип работы исследовательского оборудования и приборов для анализа продуктов сгорания на наличие вредных веществ;

-способы модернизации действующего технологического оборудования с целью повышения экологической безопасности технологического объекта; комплексы природоохранных мероприятий для снижения вредных выбросов и сбросов

Уметь:

-выявить источники антропогенного загрязнения и охарактеризовать степень экологической опасности

-выполнить экологическую оценку действующего или проектируемого объекта системы ТГС (котельной установки, промышленного цеха с топливосжигающим оборудованием печи, компрессорной станции);

-прогнозировать направления экологического совершенствования систем теплогазоснабжения

-разработать эффективный комплекс природоохранных мероприятий для оборудования систем ТГС

Владеть:

-методиками численных исследований в области загрязнения окружающей среды, особенно воздушного бассейна;

-способами обработки результатов экспериментальных исследований в области области загрязнения окружающей среды, особенно воздушного бассейна;

-информацией о способах очистки вредных веществ и экозащитном оборудова-

нии;

-современными способами газового анализа с целью определения концентраций загрязняющих веществ в выбросах оборудования систем ТГС;

4

-методиками расчета экозащитного оборудования и экозащитных технологий.

Данная дисциплина позволит студентам систематизировать полученные теоретические знания в области разработки природоохранных мероприятий применительно к топливосжигающим установкам; выявить наиболее экологически опасных технологии топливно-энергетического комплекса; укрепить практические навыки расчета и обоснования природоохранных технологий и оборудования с использованием современных отечественных и зарубежных достижений.

Таблица 1. Заочная форма обучения.

1.2 Содержание дисциплины

Материал дисциплины сгруппирован по следующим разделам:

Раздел 1. Оценка экологически опасного оборудования систем ТГС

Экологическая оценка систем теплогазоснабжения расчетными методами. Расчет расхода выбросов и сбросов. Расчет массы загрязняющих веществ в выбросах и сбросах. Расчет ПДВ и НДС. Определение степени очистки экологически опасного оборудования систем ТГС. Экологическая оценка систем теплогазоснабжения инструментальными методами.

Раздел 2. Комплексные экозащитные технологии для снижения химического и физического загрязнения выбросами и сбросами оборудования систем ТГС

Технологические методы снижения концентрации оксидов углерода, азота, серы, сажи и бенз(а)пирена в продуктах сгорания органического топлива. Методы очистки продуктов сгорания от оксидов азота. Методы очистки продуктов сгорания от оксидов серы. Методы чистки продуктов сгорания от оксида углерода, сажи, бенз(а)пирена. Использование топок существующих котлов и печей в качестве инсинераторов. Экозащит-

5

ные технологии снижения негативного воздействия оборудования систем ТГС на водный бассейн.

Раздел 3. Эффективное экозащитное оборудование систем ТГС

Классификация экозащитного оборудования. Основы выбора природоохранного оборудования. Оборудование для термической очистки выбросов от токсичных веществ. Дожигательные устройства. Основы расчета. Конструирование. Оборудование для каталитической очистки газовых выбросов. Конструкции каталитических реакторов. Выбор и расчет каталитических реакторов. Оборудование для сорбционной очистки выбросов. Конструкции адсорберов и абсорберов. Выбор конструкции. Основы расчета процесса сорбционной очистки. Золоулавливающие аппараты. Классификация. Сухие золоуловители. Конструкции. Преимущества и недостатки различных конструкций. Область применения. Основы расчета. Мокрые золоуловители: Конструкции. Преимущества и недостатки различных конструкций. Область применения. Основы расчета. Оборудование для очистки стоков систем ТГС. Основные правила монтажа, пуска и эксплуатации природоохранного оборудования.

1.3 Порядок освоения материала

Студенты предварительно знакомятся с программой курса; в качестве раздаточного материала выдается «Перечень проводимых занятий», озвучивается основной и дополнительный список рекомендуемой литературы, включающий учебники, учебные пособия по дисциплине.

В течение курса со студентами проводится обзорная лекция, комплекс практических и семинарских занятий, проводятся индивидуальные и групповые консультации по вопросам выполнения индивидуальных расчетных заданий и выполнению расчетнографической работы.

Весь часовой объем курса делится на академический (аудиторный) и самостоятельный. Основными формами реализации дисциплины являются обзорная лекция, практические занятия, включающие семинары-дискуссии, а также формы самостоятельной работы: подготовка по материалу обзорной лекции, семинаров - дискуссий, практических занятий, выполнению курсовой работы, подготовка к промежуточной аттестации (экзамену).

6

2. Методические рекомендации по подготовке к лекционным занятиям

2.1.Общие рекомендации по проведению обзорной лекции

Обзорная лекция позволяет в максимально сжатые сроки представить значительный объем структурированной информации. Лекционный материал по курсу имеет про- блемно-тематическую структуру, и выстраиваются по принципам систематичности, последовательности и научности. Это дает возможность сформировать необходимые экологические знания, соответствующие уровню современной науки, обеспечить создание верных представлений о воздействии теплоэнергетических технологий на окружающую среду и способах его нейтрализации.

Лекция - форма учебного занятия, цель которого состоит в рассмотрении теоретических вопросов излагаемой дисциплины в логически выдержанной форме. Важно понять, что лекция не является копией учебника, а скорее – обобщением многочисленной литературы, авторской разработкой, которая отражает опыт преподавателя его представления о том, что студент должен знать [8].

Правильно законспектированный лекционный материал позволяет студенту создать устойчивый фундамент для самостоятельной подготовки, дает возможность получить и закрепить полезную информацию. Именно на лекции создаются основы для эффективной и плодотворной работы с информацией, которая требуется студенту, как в профессиональной, так и в повседневной жизни.

Восприятие лекции, и ее запись – это процесс постоянного сосредоточенного внимания, направленного на понимание рассуждений лектора, обдумывание полученных сведений, их оценку и сжатое изложение на бумаге в удобной для восприятия форме. То есть, самостоятельная работа студента на лекции заключается в осмыслении новой информации, и ее краткой рациональной записи. Правильно записанная лекция позволяет глубже усвоить материал, успешно подготовиться к практическим занятиям, зачетам и экзаменам.

2.2. Содержание обзорной лекции

Тема обзорной лекции: Комплексные схемы очистки выбросов и сбросов теплогенерирующего оборудования систем ТГС. Экозащитное оборудование. Классификация.

В обзорной лекции приводятся комплексные схемы очистки выбросов продуктов сгорания от вредных веществ [8], основанные на сочетании технологических методов снижения концентраций вредных веществ [8,16,17] и методов очистки [8,16,17,19-21], подробно рассматриваемых на практических занятиях и в ходе тематических семина- ров-дискуссий (см. раздел 3.3).

Рассматриваются технологические методы очистки сбросов на примере котельной установки, в частности методы очистки конденсата [32,33], возвращающегося от технологических потребителей. Возврат очищенного конденсата снизит потребность котельной в исходной воде, и как следствие, уменьшение массы солей, сбрасываемых от системы химводоочистки.

7

Приводятся основные виды экозащитного оборудования, анализируется область применения и эффективность каждого из видов экозащитного оборудования [8,19,31,32].

Так как за отведенное на лекцию время (2 часа) невозможно детально рассмотреть необходимый материал, ниже выборочно приводятся более широкая информация по теме.

ИНФОРМАЦИЯ ПО ТЕМЕ ОБЗОРНОЙ ЛЕКЦИИ

Комплексные схемы очистки выбросов топливосжигающего оборудования от газообразных токсичных веществ

Комплексными являются схемы, в которых используется комплекс мероприятий, направленный на снижение различных токсичных веществ или одного вещества, но раз-

ными способами.

Комплексные схемы [8] разбиты на отдельные блоки, различающиеся набором экозащитного оборудования и его элементов в зависимости от конструкции, срока службы котельного оборудования и требуемой степени очистки выбрасываемых в атмосферу продуктов сгорания.

Комплексная схема (№1) очистки выбросов котлов от оксидов азота и продуктов неполного сгорания

В основу схемы №1 положен наиболее простой метод одновременной очистки выбросов от NOX и продуктов неполного сгорания (СО, сажи, БП), не требующий значительной реконструкции топочных устройств [8].

Метод основан на проведении топочного процесса в условиях подавления образования NOХ c последующим дожиганием образовавшихся продуктов неполного сгорания в специальных дожигательных устройствах. Данная схема (рис.2.32) состоит из двух бло-

ков (1,2)

Рис. 2.1. Комплексная схема очистки продуктов сгорания (дожигание, рециркуляция): 1- котел типа ДКВР; 2 – экономайзер; 3 – дымосос; 4 – дутьевой вентилятор; 5 – дымовая труба; 6 – дожигательное устройство; 7 – газоход рециркуляции; 8 – шибер; 9 – шахта воздухозаборная; 10 – горелка; ВД – воздух дутьевой; ПC– продукты сгорания; Р – газоход рециркуляции газов в топку котла

8

1 – ый блок предназначен для снижения оксидов азота технологическими методами, то есть путем организации процессов горения по способам подавления образования NOХ [16,17]. Эти методы позволяют за счет незначительной реконструкции газовоздушного тракта достигнуть (30-50)% очистки выбрасываемых дымовых газов от оксидов азота. В 1– ом блоке может быть использовано 3 вида технологических методов, отдельно или в совокупности:

−cтупенчатое сжигание (блок 1а);

−подача воды в топочную камеру (блок 1б);

−рециркуляция продуктов сгорания в топочную камеру (блок 1в).

Тормозит использование технологических методов тот факт, что все они основаны на снижении топочных температур и коэффициента избытка окислителя, т.е. потенциально способствуют образованию и выбросу продуктов неполного сгорания, в том числе канцерогенного бенз(а)пирена.

Это подтверждено нормативной методикой по расчету выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, согласно которой содержание бенз(а)пирена в продуктах сгорания увеличивается в 1,8 раза при рециркуляции и в 2,4 раза при ступенчатом сжигании. Кроме того, снижается КПД котлов, а, следовательно, увеличивается расход топлива.

Эти недостатки устраняются путем применения блока 2, включающего дожигательное устройство (ДУ), предлагаемое автором [8] для устранения выброса продуктов неполного сгорания и углубления степени очистки от оксидов азота

Комплексные схемы (№2, №3) глубокой очистки продуктов сгорания от оксидов азота с дожиганием

Для глубокого снижения выброса оксидов азота предлагается сочетание технологических методов снижения токсичных оксидов азота и методов восстановления (высо-

котемпературного или каталитического) оксидов азота с дожиганием.

Комплексная схема №2 глубокой очистки от оксидов азота (высокотемпера-

турное восстановление) и продуктов неполного сгорания

Схема гомогенного восстановления оксидов азота аммиаком применительно к энергетическим котлам представлена на рис. 2.2.

Данная комплексная схема разработана под руководством автора на основе патента RU 2293254 С2 «Способ очистки продуктов сгорания газообразного топлива от токсичных веществ» (опубликован 10.02.2007) применительно к промышленным котлам с учетом их особенностей, в частности малого объема топочной камеры

Комплексная схема состоит из 4 блоков: блок 1а – ступенчатое сжигание; блок 2 – дожигательное устройство; блок 3 – комплекс устройств по приготовлению аммиака (рис. 2.33) и вводу аммиака в высокотемпературную часть топочной камеры (дожигательное устройство)

В качестве газа-восстановителя в этом процессе используется аммиак, который действует селективно (избирательно). Поэтому этот процесс еще называют селективным некаталитическим восстановлением (процесс СНКВ). Процесс восстановления протекает при температуре (930-9700)° С.

9

Комплексная схема №3 глубокой очистки от оксидов азота (каталитическое

восстановление) и продуктов неполного сгорания

Данная комплексная схема (см. рис. 2.3) состоит из 4 блоков: блок 1в – рециркуляция продуктов сгорания; блок 2 – дожигательное устройство; блок 3 – комплекс устройств по приготовлению аммиака и вводу аммиака в газоход перед каталитическим реактором; блок 4 – каталитический реактор.