автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Повышение эффективности защиты воздушного бассейна при сжигании газообразного и жидкого топлива

> #

NN

%

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

УДК 502.36:502.55(203):662.613:662.76

ШКАР0ВСКИЙ АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ПРИ СЖИГАНИИ ГАЗООБРАЗНОГО И ЖИДКОГОТОПЛИВА

Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном Архитектурно-строительном Университете.

Ведущая организация:

Российский научный центр "Прикладная химия"

Защита состоится "16" декабря 1997 г. в 13- на заседании Диссертационного Совета Д.063.31.01 в Санкт-Петербургском Государственном Архитектурно-строительном Университете по адресу: Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская

ул., д. 4, зал заседаний.

Автореферат разослан "13" ноября 1997 г. С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке

Университета.

Ученый секретарь Диссертационного Совета доктор технических наук,

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор О.Н.Брюханов доктор технических наук, профессор А.А.Гусев;

доктор технических наук, профессор А.К.Леонтьев.

профессор

В.И.Полушкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На пороге XXI века неблагоприятное воздействие на окружающую среду приблизилось к такому уровню, что оно уже угрожает самому существованию человечества. Выводы в докладе экспертов ООН (июнь 1997 г.) указывают на продолжающееся опасное загрязнение окружающей среды. Только за последние три года столетия и только глобальные природоохранные проекты потребуют неотложных затрат в размере 600 млрд.$.

В комплексной проблеме защиты окружающей среды особую озабоченность вызывает загрязнение атмосферы. Дыхание наиболее интенсивный биохимический контакт человека с окружающей средой, процесс биологически безостановочный и наименее поддающийся применению средств индивидуальной или групповой защиты и контроля. Вполне возможно обеспечить каждого человека средствами очистки питьевой воды, что для вдыхаемого атмосферного воздуха в массовом порядке практически неосуществимо.

Проблема загрязнения атмосферы не является изолированной. Воздушные массы переносят вредные выбросы в виде газообразных компонентов, аэрозолей, твердых частиц и адсобированных на них веществ. В результате в благополучных с экологической точки зрения районах загрязняются почва, растительность, водоемы.

В общей проблеме загрязнения атмосферы следует выделить задачу оздоровления воздушного бассейна населенных мест, в первую очередь крупных промышленных городов, где выделяется основная масса загрязнителей, а сам профиль городской застройки затрудняет естественный ветровой воздухообомен в приземном слое атмосферы. Основными источниками загрязнения городской атмосферы являются, наряду с автотранспортом, установки теплоэнергетического и промышленно-отопительного профиля, сжигающие в основном газообразное и жидкое топливо.

Состояние воздушного бассейна населенных мест ухудшается, несмотря на значительные затраты в этой области. Фоновая концентрация наиболее опасных загрязнителей в воздухе промышленных центров страны многократно превышает ПДК. Более 40 % жителей С.-Петербурга дышат недопустимо загрязненным воздухом. Динамика загрязнения воздуха в городах Российской Федерации усугубляется явлениями экономического характера. При установившейся в промышленно развитых странах норме бюджетных расходов на природоохранную деятельность в 2-3 % бюджет Российской Федерации в 1995-97гг. отводил на эти цели по 0,30-0,32 %(!).

Существенной корректировки требует сама методика оценки

эффективности агмосфероохранных мероприятий. Их узкая направленность на снижение выбросов одного вещества часто приводит к увеличению эмиссии других токсикантов. Не учитываются экологические последствия дополнительных затрат топлива, энергии и расходуемых материалов, которые могут привести к суммарному отрицательному результату внедрения таких технологий. Действующая нормативно-законодательная база нередко вынуждает вкладывать средства в технические мероприятия, эффект внедрения которых незначителен и ни экономически, ни социально не оправдывает затраты.

Необходимость коренного перелома в атмосфероохранной деятельности и все более явные признаки кризисного развития воздушного бассейна незамедлительно требуют концептуально нового подхода к згой деятельности, что и определяет научную и практическую актуальность настоящей работы.

Пели работы.

» выявление современных тенденций в динамике состояния атмосферы и основных факторов, определяющих ее загрязнение;

• разработка основ принципиально нового метода анализа состояния воздушного бассейна и эффективности природоохранных мероприятий, учитывающего всю возможную глубину вносимых техногенных изменений в сложившийся энерто-экологический баланс;

• анализ состояния воздушного бассейна крупных городов и проблемы защиты его от загрязнения; разработка основных принципов совершенствования практической деятельности по оздоровлению атмосферного воздуха при сжигании органического топлива;

• разработка теоретических основ'и практической методики анализа, обеспечивающего наиболее эффективное вложение средств в технические мероприятия по охране атмосферы с максимально возможным эффектом оздоровления воздушного бассейна на значительных территориях;

« уточнение нормативно-методических документов в области охраны атмосферы на основе более представительных результатов исследований;

• исследование, разработка и широкое внедрение агмосфероохранных технологий для наиболее распространенных типов промышленных теплотехнических (топливосжигающих) установок;

• разработка и реализация целевых атмосфероохранных программ, обеспечивающих оздоровление воздушной среды на значительных территориях крупных промышленных городов.

Научная новизна.

• сформулировано понятие фактора сдерживания, позволяющего более достоверно прогнозировать динамику загрязнения атмосферы; установлена высокая вероятность кризисного развития воздушного бассейна населенных мест;

« разработан метод энерго-экологического анализа состояния окружающей среды и эффективности природоохранных мероприятий по их совокупному конечному результату;

• разработаны теоретические основы целевого энерго-экологического анализа в атмосфероохранной деятельности, позволяющего планировать и осуществлять комплексное оздоровление воздушного бассейна населенных мест при сжигании органического топлива на основе управления целевыми атмосфероохранными программами с наибольшей эффективностью вложения средств по экономическим и совокупным для данной территории экологическим показателям;

• теоретически и экспериментально обоснована достоверная база для уточнения методики расчетного определения выбросов оксидов азота в атмосферу топливосжигаюгцими установками;

• на основании глубокого структурирования факела горящего топлива обосновано наличие в нем зон, активное воздействие на которые позволяет одновременно решать задачи подавления образования вредных веществ и интенсификации выгорания горючих компонентов;

• сформулирован вероятный механизм пульсационного накопления оксида азота в турбулентном факеле, дополняющий термическую теорию окисления атмосферного азота;

» разработан и подтвержден экспериментально механизм комплексной энерго-экологической оптимизации сжигания газового топлива методом направленного дозированного балластирования факела.

Работа выполнялась на кафедре Теплогазоснабжения и охраны воздушного бассейна СПбГАСУ по приоритетному научному направлению "Экология и влияние хозяйственной деятельности на санитарное и экологическое состояние окружающей среды" Межведомственной научно-технической целевой программы "Архитектура и строительство", по проекту "Разработка комплекса научно-технических решений для территориальной программы охрану атмосферного воздуха С.-Петербурга" научно-технической программы "Наука ВУЗов С.-Петербурга городу", по направлению 3.04. "Развитие научных основ создания эффективных систем и технологий охраны воздушной среды" конкурса грантов Российской Федерации, а также в рамках программы "Энергосберегающие и экологичные методы в строительстве" Международной организации "Passive and Low Eneigy Architecture". Организатором работы автора по данному научному направлению был проф. Н.ЛСтаскевич, а неоценимую многолетнюю помощь в качестве научного консультанта оказал проф. Г.Н.Северинец.

Практическая ценность работы.

• методы энерго-экологического анализа состояния и развития окружающей среды и способы повышения энерго-экологической эффективности природоохранных мероприятий позволят более обосновано осуществлять планирование атмосфероохранной деятельности и оценку ее эффективности на региональном и локальном уровнях;

• практическая методика целевого энерго-экологического анализа в атмосфероохранной деятельности позволит с высокой достоверностью выявлять приоритетные вредные вещества, источники их выбросов и предпочтительные территории для первоочередного внедрения атмосфероохранных технологий, формировать атмосфероохранные схемы промышленных предприятий, целевые территориальные и производственные программы защиты атмосферы и на их основе осуществлять комплексное оздоровление воздушного бассейна населенных мест с максимальной эффективностью использования выделяемых средств;

• уточненная методика расчетного определения выбросов оксидов азота в атмосферу при сжигании топлива позволит на научно обоснованном уровне проводить паспортизацию выбросов и будет стимулировать внедрение современных атмосфероохранных технологий;

• разработанные автором и при его участии рациональные принципы сжигания топлива и обезвреживания парогазовых выбросов составляют основу банка данных по атмосфероохранным и тошшвосберегающим технологиям, способного стать фундаментом комплексного программного оздоровления воздушного бассейна населенных мест на стадии реализации соответствующих атмосфероохранных проектов;

• в социальном плане комплексная реализация основных положений диссертации явится действенным механизмом реального оздоровления воздушного бассейна и улучшения условий жизни населения, а при аналогичных успехах в оздоровлении других сфер окружающей среды увеличения продолжительности жизни до близких к развитым странам показателей.

Внедрение результатов исследований. Результаты работы внедрены в практику сжигания топлива и атмосфероохранную деятельность. Методы эффективного и экологичного сжигания топлива, разработанные автором и при его участии, внедрены на различных теплотехнических установках (более 80 паровых и водогрейных котлов, промышленные печи, сушила, установки термического обезвреживания парогазовых выбросов) на промышленных предприятиях и объектах городского хозяйства С.-Петербурга и других городов Северо-Запада и Центральной России. Атмосфероохранные и топливосберегающие решения заложены в проект реконструкции фабрики "Гознак" (С.-Петербург) и

"Гознак" (С.-Петербург) и уже реализуются на строительно-монтажной стадии, в проект реконструкции 1-й Невской котельной ГП "ТЭК С.-Петербурга" и в проект очистки газовых выбросов Черкесского химкомбината. Применение авторского целевого территориального подхода обеспечило экологическое согласование строительства крупнейшей в городе "Пороховской" котельной (квартал N 46, "Ржевка-Пороховые") на стадии ТЭО. На основании основных авторских принципов организации деятельности по оздоровлению воздушного бассейна сформированы и действуют атмосфероохранные проекты:

- общегородская целевая программа снижения выбросов оксидов азота в воздушный бассейн Городского центра Государственного санэпиднадзора С.Петербурга;

- целевые территориальные программы снижения выбросов оксидов азота в воздушный бассейн администраций Адмиралтейского и Красногвардейского районов С.-Петербурга;

- целевая ведомственная программа снижения выбросов оксидов азота от муниципальных котельных ГП "ТЭК С.-Петербурге".

Суммарный экономический эффект внедрения разработок засчет экономии топлива и снижения ущерба окружающей среде составил более 1 б млн. руб. в ценах 1984 с

Результаты исследований вошли также в учебную и учебно-методическую литературу по специальности 290700 "Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна" и широко использованы автором при подготовке специалистов этого профиля.

На защиту выносятся:

• результаты анализа развития окружающей среды; понятие и математическое описание фактора сдерживания;

• метод энерго-экологического анализа состояния воздушного бассейна и результирующей эффективности атмосфероохранных мероприятий;

• результаты анализа сложившейся научно-технической практики атмосфероохранной деятельности при сжигании органического топлива и главные направления ее совершенствования;

• метод целевого энерго-экологического анализа как концептуальная основа организации комплексного программного оздоровления воздушного бассейна населенных мест;

• результаты экспериментального определения концентрации оксидов азота в воздухе газифицированных квартир;

• результаты экспериментального определения выбросов оксидов азота в атмосферу при сжигании топлива в паровых и водогрейных котлах малой и средней мощности отечественного производства;

• уточненная методика расчетного определения выбросов оксидов азота в атмосферу при сжигании газа и мазута в топках котлов;

• теоретические основы, результаты разработки, исследований и внедрения атмосфероохранных и топливосберегающих технологий;

• результаты реализации целевых атмосфероохранных программ на территории С.-Петербурга.

Личный вклад соискателя.

- общая постановка проблемы, конкретизация задач анализа и направлений исследований, теоретическое обоснование, экспериментальные исследования и решение поставленных задач;

- разработка и создание базы экспериментальных исследований;

- разработка теоретических положений и экспериментальное исследование теехнологии комплексной оптимизации сжигания газового топлива методом направленного дозированного балластирования факела;

-участие в разработке, исследовании и внедрении методов рационального сжигания топлива, тполивосберегающих и атмосфероохранных технологий;

- руководство разработкой и участие в реализации целевых атмосфероохранных проектов.

Апробация работы. Основные теоретические положения диссертации, разработанные на этой основе практические методы и атмосфероохранные технологии и результаты их внедрения представлялись и получили одобрение: на научных конференциях СПбГАСУ (ЛИСИ), 1977-1997 гг.; XXX научной конференции Казанского ИСИ, 1978 г.; 51 -й Международной научно-технической конференции СПбГАСУ, 1997 г.; на межрегиональном научно-практическом семинаре АП "Ленгаз", С.-Петербург, 1994 г.; на Круглом столе "Экологически чистую среду С.-Петербургу и его курортным зонам", С.-Петербург, 1996 г.; на научно-технической конференции "Экологическая защита городов", Москва, 1996 г.; на международных конференциях организации PLEA ("Passive and low energy architecture"), Израиль, 1995 г., Бельгия, 1996 г., Япония, 1997 г.; на симпозиуме "Технические средства инфраструктуры города" в рамках 2-й специализированной выставки "Городское хозяйство'97", С.-Петербург, 1997 г.; на 2-й Международной конференции "Экология и развитие Северо-Запада России", Кронштадт, 1997 г.; на межрегиональном семинаре "Актуальные вопросы производства и потребления тепловой и электрической энергии и энергосбережения", С.-Петербург, 1997 г.; на Всемирном конгрессе Международной ассоциации строительных наук (1AHS), Румыния, 1997 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 51 печатная работа, включая две международных и одно учебное пособие, получено 2 авторских свидетельства.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, девяти глав, общих выводов, списка литературы из 268 наименований, в том числе 61 зарубежного, и приложений. Работа изложена на 354 страницах, включая 86 рисунков и 18 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Первая Глава диссертации посвящена анализу системы научного прогнозирования развития окружающей среды и разработке общих принципов энерго-экологического анализа в природоохранной деятельности.

Общеизвестны масштабы спада промышленного производства в Российской Федерации за последнее пятилетие и соответствующего сокращения выбросов вредных веществ в атмосферу. В 1991 году в атмосферу С.-Петербурга поступило 180,6 тыс.т вредных веществ (39,4 тыс.т оксидов азота). В 1995г. общий выброс сократился до 77,9 тыс.т, а оксидов азота до 26,9 тыс.т. Ввиду такого сокращения выбросов логично было ожидать снижения фоновых концентраций вредных веществ. Однако среднегодовая концентрация ЫОх в целом по городу даже увеличилась с 1,5 до 1,8 ПДК, а в наиболее загрязненных районах с 1,8-2,2 до 2-3 ПДК. Объяснить такое положение только возросшими выбросами от автотранспорта невозможно. За указанный период лишь по нескольким позициям списка вредных примесей зафиксировано снижение фоновой концентрации, причем одно из них по оксиду углерода. Это опровергает популярный тезис об определяющем влиянии автотранспорта на современный уровень загрязнения городского воздушною бассейна и требует внимательной оценки и точного анализа причин складывающейся ситуации, а на основе этого анализа выработки путей снижения остроты возникающих проблем.

С этой целью проанализировна система научного глобального прогнозирования развития окружающей среды. Данные наблюдений за прошедшие 25 лет свидетельствуют о ее развитии по предсказанной прогнозами качественной картине но по наиболее мягким сценариям. В работе показано, что последнее десятилетие явилось периодом действия своеобразного сдерживающего фактора, прекращение действия которого может привести к тому, что переход количественных показателей загрязнения окружающей среды в экстенсивную стадию может иметь лавинообразный характер и намного превысит самые жесткие прогнозы. Анализ базируется на предположении, что во взаимоотношениях человека с окружающей средой определяющей является энергетическая составляющая. Человек производит неутилизируемые,

неперерабатываемые природой отходы и побочные продукты своей бытовой и производственной деятельности. Для обезвреживания отходов требуется энергия, а производство энергии и топлива вновь сопровождается отходами и другими факторами неблагоприятного воздействия на природу. Именно неоправданные затраты энергии и выполняют на современном этапе роль демпфера, несколько замедляющего неблагоприятные тенденции антропогенного характера.

Математически действие сдерживающего фактора в загрязнении окруждающей среды сводится к следующему. Прогнозное значение показателя загрязнения складывается из его экстенсивной и интенсивной составляющих:

П =П, + П (1)

пр 3 Н 4 '

Экстенсивная составляющая, как наиболее прогнозируемая, в фактическое значение показателя входит с близким к прогнозному значением, а интенсивная составляющая подвержена воздействию сдерживающего фактора Фос:

П. =П+(1Ф")П (2)

^акг э 4 ос ^ й 4 '

Количественные выкладки в работе выполнены для периода 35-40 лет (начиная с 1975 г., когда начали действовать большинство научных прогнозов, и на двадцатилетний отрезок по отношению к текущему моменту). Величина фактора сдерживания представлена как

Ф = А + В ,Т + В.Та + В/Р + В /Г4 + В ,Т5, (3)

ОС 12345' ч/

где Т - отрезок времени с начала периода (с 1975 г.), лет.

Коэффициенты полинома (в порядке возрастания степени члена) в этой модели характеризуют:

1. Морально-нравственную составляющую сдерживания.

2. Эффективность использования энергии в природоохранной деятельности.

3. Экономический фактор.

4. Естественное стремление любого биологического вида к выживанию.

5. Фактор достоверности прогноза.

Полученные значения коэффициентов дают прогнозную картину изменения фактора Фос по трем вариантам "жесткости" предполагаемого экологического кризиса (табл. 1).

Однозначно положительными, то есть сдерживающими, в модели являются только морально-нравственный фактор ответственности перед природой и обществом В (и чисто биологический фактор выживаемости В 4. Самым мощным фактором роста загрязнения является экономический: вложения в экологию всегда противоречат экономическому принципу эффективности инвестиций. Определяющее значение в борьбе факторов роста и сдерживания приобретает именно фактор энергетической эффективности экологических мероприятий В2.

Таблица 1.

Коэффициенты полинома (3) по возможным вариантам интенсивности загрязнения окружающей среды

Коэффициенты "Мягкий" "Средний" "Жесткий"

полинома вариант вариант вариант

А 2,МО"4 -6.1-ю-5 -5,8-10"4

в. 1,012-Ю'1 1,015-10'1 1,067-10-1

В. -1,452-Ю"3 -1,451-Ю-3 -2,801-Ю-3

В, 2,122-Ю"4 -2,243-Ю-4 -1,171-Ю-4

В, 1,102-Ю-5 1,212-Ю'5 9,116-10-*

В5 1,63б-10-7 -1,892-10-' -1,687-Ю-7

Рис. 1. показывает, что величина фактора на рубеже веков достигает максимума, возможности механизмов сдерживания исчерпывают себя и начинается быстрое падение его значения. Принципиальным отличием вариантов является не момент начала этого падения (разница составляет всего 13 года), а существенный выигрыш к концу первого десятилетия XXI века, когда возможно шестикратное превышение фактора Фос по "мягкому" варианту.

Методологически такой подход воплощен в схеме анализа эффективности природоохранных мероприятий, учитывающего всю глубину возможных возмущений, вносимых в сложившийся энерго-экологический баланс (рис. 2). Природоохранная деятельность требует применения дополнительного оборудования, топлива, воды, химических реагентов и других расходуемых материалов, выполнения функций кэшроля и автоматики. Увеличение расхода

энергии уже означает пропорциональный рост техногенного воздействия на природу. Дополнительные устройства должны бьггь произведены, расходуемые материалы добыты, доставлены, подготовлены и т.п. На всех этих стадиях появляется уже не только дополнительный расход энергии но и прямое дополнительное загрязнение окружающей среды. Возможны побочные эффекты в технологической цепочке: увеличение гидравлического сопротивления трактов, снижение производительность оборудования, вторичное загрязнение других природных сред. В результате такого анализа достигнутый эффект может быть попросту подавлен цепной реакцией вторичных неблагоприятных воздействий.

Таким образом энерго-экологическин анализ состояния окружающей среды и природоохранных мероприятий это методологическая система, заключающаяся в выявлении всех взаимосвязей затрагиваемых элементов окружающей среды и прослеяаюании всех вносимых в технологический процесс изменений до вызываемых ими конечных нарушений в сложившемся энерго-экологическом балансе.

Система базируется на нескольких постулатах, не сложных по своему существу, но требующих обязательного применения в процессе анализа:

• Рост потребления энергии (прямой или косвенный) означает прямое увеличение техногенного воздействия на окружающую среду.

• Применение дополнительного оборудования и расходуемых материалов имеет свой энергетический эквивалент и также приводит к увеличению отрицательного воздействия на окружающую среду.

• Основанием дай безоговорочной квалификации технологии, как природоохранной, является уменьшение самого образования вредного вещества.

Во второй Главе общие для природоохранной деятельности методологические принципы применены непосредственно для разработки основных направлений повышения эффективности защиты от загрязнения воздушного бассейна населенных мест. На основании рассмотрения особенностей городской воздушной среды и ее подверженности загрязнению вредными веществами обосновано особое место этой проблемы в ряду прочих экологических проблем. Показано, что самый традиционный на сегодняшний день подход, когда заключительная стадия процесса обезвреживания парогазовых выбросов ("рассеивание", "разбавление" и т.п.) возлагается на саму природу, в крупных промышленных городах недопустим. Содержание в их воздушном бассейне многих вредных веществ стабильно превышает ПДК и никакое снижение величины приращения концентрации рассеиваемого вещества не может изменить этой ситуации.

Интенсивность неблагоприятного воздействия на атмосферу достигла такого уровня, что уже сегодня должен ставиться вопрос об отношении к воздуху наравне с другими исчерпаемыми ресурсами. К концу века потребление топлива может достигнуть 18 млрд. т.у.т., а потребление кислорода на его горение 48-50 млрд. т. Это становится сравнимым с нижним пределом оценки интенсивности фотосинтеза растений (60-109 т/год). Если учесть, что максимальное потребление кислорода и его минимальное воспроизводство приходятся именно на места наибольшей плотности населения, в крупных городах эта проблема может в скором времени приобрести не теоретическое, а вполне повседневное значение.

Выполненный в работе анализ ТЭБ приводит к неоспоримому качественному выводу: экономия энергоресурсов на всех стадиях топливно-энергетического баланса действенный фактор пропорционального снижения загрязнеия атмосферы и потребления атмосферного кислорода. Но очевидно, что это может только несколько снизить остроту проблемы. В диссертации рассмотрен другой, нетрадиционный пока подход, связанный с прямым рациональным использованием и экономией атмосферного воздуха, как любого другого исчерпаемого ресурса планеты, а на этой основе формулируются основные принципы рационализации атмосфероохранных схем промышленных предприятий.

В общем случае промышленное предприятие требует трех потоков атмосферного воздуха и в результате своей деятельности сбрасывает в атмосферу три потока парогазовых выбросов, загрязненных различными веществами и частично лишенных кислорода. Эти три потока расходуются:

• на ассимиляцию теплой влагоизбытков в вентилируемом объеме производственных помещений; ■

• на формирование потоков в газовоздушных трактах технологичес кого оборудования;

. на горение топлива в топливосжигающем оборудовании.

При предлагаемой двух- и трехступенчатой схеме для обезвреживания потока газов задействуются топки существующих топливосжигающих установок (котлы, промышленные печи, сушила). Один и тот же поток атмосферного воздуха сначала ассимилирует вредные вещества в системах вентиляции, затем формирует газовую среду в трактах технологического оборудования, и, наконец, отдает свой кислород на горение топлива. При этом на последней стадии происходит термическое обезвреживание поглощенных в системах вентиляции или образовавшихся в технологическом оборудовании органических загрязнений.

В диссертации сформулировано также понятие комплексной энерготехнологической утилизации парогазовых выбросов (вместо расплывчатого термина "обезвреживание") и блок-схема этой проблемы (рис. 3), по новому выстраивающая ее структуру и, соответственно, пути успешного решения.

Третья глава является ключевой в работе, поскольку разрабатывает практические основы атмосфероохранной деятельности на базе целевого энергоэкологического анализа. Этот анализ представляет собой методологическую систему, которая позволяет: ' §

выявить КАКИЕ ВРЕДНЫЕ ВЕЩЕСТВА наносят наибольший ущерб окружающей среде и человеку;

определить наиболее распространенные КЛАССЫ ИСТОЧНИКОВ выбросов этих вредных веществ;

сформулировать ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЕ ПРИОРИТЕТЫ по первоочередному внедрению атмосфероохранных технологий;

произвести выбор и энерго-экологическое обоснование наиболее эффективных и быстро внедряемых ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ по снижению выбросов данных веществ;

выполнить необходимое ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ применения упомянутых технических решений,обеспечить НОРМАТИВНУЮ, ЮРИДИЧЕСКУЮ И ОРГАНИ-ЗАЦИОННУЮ ПОДДЕРЖКУ их широкого внедрения.

Структурная схема целевого энерго-экологического анализа при его практической реатизации изображена на рис. 4. Не давая готовых решений по конкретным вопросам, анализ, тем не менее, является важнейшим инструментом энерго-экологической оптимизации, инструментом энерго-экологической оптимизации,поскольку не позволяет пропустить ее ключевые моменты, заставляет своевременно поставить необходимые вопросы и сформулировать задачи, без решения которых невозможен конечный атмосфероохранный эффект. При выработке положений анализа по уровню мониторинга воздушного бассейна в диссертации впервые был поставлен вопрос о необходимости учета содержания

вредных веществ в воздухе газифицированных квартир, где человек проводит от трети до половины всей жизни.

Кткж-схема проблемы комплексной ^Лфго-темкклопмеской угапшацни парогазовых иыбросш

Комплексная энерго-техмслогическаи утилизация

парогазовых атмосферных выбросе» *

[Анализсостава вьгбросов, газовыхи зкергепгаескихпотоков") }Подавле«ие(предогвращенне) образованкя(уноса) вредных веществ]*-| Эффективна я лока дцащш и транспортирова ние вредных веществ^—

-»[Утилизация полезных компонентов иди свойств

Собственно эффективная нейтра лиза цш вредных компонентов

Дожигание органики Уда вливание или нейтрализация неорга им. Очистка от пыли и др. взвешенных частиц Да-одоращы НЛВ Дезинфекция Дез-активаци я Т> ЛТП

Оптимизация технологии обезвреживания с ислио экономии энергии и расходуемых компонентов

Топливо, энергия, энергоносители

Химические реагенты

Каташтаторы и др. расход, материалы

Атмосферный воздух

Вода

Утилизация теплоты отходящих газов Утилиза ция низкопотенциальных энергоносителей

Г

Предотвращение образования или обезвреживание попутно образующихся вредных компонентов

Предотвращеннеззтряэиешм других природных средпри защите атшефернаго воздуха

Сиежн. прнродоох-ра иные технологии

[решение сопутствующих технологических и конструктивных задач]

т

Энерго-экологпческая мшшмшащи ущерба атмосферному воздуху

Рис. 3

ЦЕЛЕВАЯ -¡тштшт (ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ. ВЕДШВЕШ!) атмоскероохранная лрограйй

Рис. 4. Структурная схема полного целевого знерго-экологичвского анализа в практической атавдйгюодаанной двятвльностг

Р

Вопросы токсичности выбросов бытовых газовых приборов активно исследовались применительно к самим продуктам сгорания, а не к воздуху помещений. В дисертации рассматриваемая проблема проанализировать именно на данном уровне мониторинга. Нормативные расчеты показали, что при одновременной работе двух горелок номинальной мощностью по 1,9 кВт (1600 ккал/ч) количество оксидов азота, поступающих в помещение кухни, составляет -650 мг/м3, а концентрация КОх уже непосредственно в воздухе помещения кухни может превышать 7 мг/м3. Поскольку полученное даже с целым рядом понижающих допущений значение возможной концентрации Ж>х уже превышает ПДКрз (5 мг/м3), автором были проведены собственные исследования. Данные этих исследований показали, что при обычных условиях эксплуатации газовой шиты в значительной части помещения кухни на высоте 1,5-2,0 м от пола создаются концентрации Ж)х, стабильно превышающие ПДКрз (до 20 мг/м3). При этом все помещение характеризуется содержанием СО до 5 мг/м3. В течение нескольких часов в сутки человек может находиться в такой атмосфере, что не учитывается никакими методиками в формировании фоновой концентрации.

Важнейший этап анализа - экономическая оценка ущерба и эффективности атмосфероохранных технологий. Богатейший теоретический и практический материал, накопленный в этой области отечественными экономистами не востребуется на том основании, что получен для условий общегосударственной плановой экономики. Однако опьгг развитых стран показыавет, что реальных результатов в снижении загрязнения атмосферы можно достичь только при централизованном государственном координировании этой деятельности. Величины показателей удельных ущербов в руб/(год-чел) для пыли, сернистого ангидрида и оксидов азота обобщены в диссертации и могут определяться в зависимости от их среднегодовой концентрации х (в ценах 1984г.) следующим образом:

для пыли нетоксичной в диапазоне концентраций 0,3-1,5 мг/м3:

у, = -4,60 + 71,39*, - 43,71 х,: + 9,06 х,3 (4)

для сернистого ангидрида в диапазоне 0,1-0,5'мг/м3:

у, = -4,04 + 207,0л- - 369,9 х,г + 226,7л",3 (5)

для оксидов азота в диапазоне 0,1-0,8 мг/м5:

у, = -9,83 + 202,0 х,- 292,1 х,2 + 157,9л:3 (6)

Четвертая глава представляет собой обоснование и разработку усовершенствованной методики расчетного определения выбросов оксидов азота при сжигании газа и мазута в паровых и водогрейных котлах малой и средней мощности, составляющих основу парка отопительных и производственно-отопительных котельных в стране и дающих до 20 % всех выбросов ЫОх в атмосферу. Нормативная составляющая важнейшая часть целевого анализа

состояния атмосферы, способная либо активизировать атмосфероохранную деятельность, либо практически свернуть ее до формального составления томов ПДВ. В работе показано, что примером такой "расхолаживающей" законодательной нормы является именно действующая по настоящее время методика определения выбросов N0 в атмосферу при сжигании топлива в паровых и водогрейных котлах. Активная работа по уточнению расчетных методик проводится в МЭИ П.В.Росляковым но только применительно к отраслевым методикам РД.34.02 для энергетических котлов.

Предварительным теоретическим анализом показана недопустимость использования одних и тех же удельных показателей выхода N0^ для сжигания газа и мазута и несоответствие теории образования МО( применяемого пересчета данных пропорционально нагрузке в степени 0,25 (доказано и экспериментально подтверждено, что выход N0^ пропорционален первой степени производительности котла). На основании многочисленны экспериментальных данных, полученным автором и при его участии, а также по результатам анализа опубликованных данных других исследователей, в том числе ставших основой для нормативов ГОСТ, показано, что действующая методика в целом завышает расчетный уровень выхода 1\тОу по сравнению с фактическим при сжигании газового топлива. Это несколько завышает показатели загрязнения атмосферы оксидами азота от источников, охваченных типовой паспортизацией. Но этот же фаю- имеет крайне негативное воздействие с точки зрения стимулирования внедрения атмосфероохранных мероприятий. Показано также, что водогрейные котлы средней мощности отопительного назначения в действующей методике неоправданно отнесены к группе энергетических котлов электростанций. Это затрудняет расчет и сильно занижает его результат. Обобщение

экспериментальных данных позволило получить зависимости описывающие выход N0^ от большинства типов отечественных котлов, что и составило достоверную научно обоснованную базу для уточнения методики.

Так удельный выход N0^ (кг/ГДж) при сжигании газа в паровых шглах производительностью до 30 т/ч при номинальной нагрузке О с погрешностью не более 20 % описывается выражением:

^=0,061+0,0185^, (7)

а при сжигании в них мазута:

0,0755+0,0229-180 (8)

Аналогичные выражения получены для водогрейных котлов мощностью до 116 МВт (100 Гкал/ч). С целью максимально расширить ознакомление специалистов, а так же упростить и ускорить практическое использование предлагаемой методики она приводится в Приложении в виде самостоятельного законченного нормативного документа. Поэтому текст, нумерация рисунков и

формул подразумевают сомостоятельное использование этого документа вне контекста и оформления автореферата.

Главы пятая и шестая представляют собой единый блок по разработке теоретических основ, экспериментальному исследованию и результатам практической реализации технологии подавления образования оксидов азота при сжигании органического топлива в котлах малой и средней мощности методом направленного дозированного балластирования (НДБ) факела водой или паром.

Разработка технологий снижения выбросов КтОх в атмосферу активно развивающаяся область теории и практики сжигания органического топлива. Отечественные школы этого научно-технического направления получили высокое международное признание. Следует отметить многолетнюю работу в этом направлении школ И.Я.Сигала, Р.Б.Ахмедова, Л.М.Цирульникова, Т.Б.Эфендиева и В.А.Крутиева, разработки С.А.Тагера, П.В.Рослякова и многих других исследователей. Некоторую однобокость большинства таких разработок всегда представляла их преимущественная направленность на сжигание топлива в крупных энергетических котлоагрегатах. В тоже время большое влияние на загрязнение атмосферы городов оказывают котлы малой и средней мощности. С этой точки зрения неоценим вклад в теорию и практику снижения выбросов ЫОх, сделанный под руководством проф. Н.Л.Стаскевича, его ближайших учеников Б.М.Кривоногова, Г.Н.Северинца, Г.П.Коминой, В.А.Потрошкова многочисленными последователями этой школы. Однако большинство таких разработок не выходило за рамки опытно-промышленного или ограниченного промышленного внедрения.

В такой сшуации заметное место в ряду признанных разработок способно занять лишь научно-техническое решение, не только реализующее принципиальную новизну подхода и позволяющее достигать существенно отличающихся результатов но и являющаяся базой для широкого отраслевого применения. Создание такой атмосфероохранной технологии стало возможным на базе основных положений энерго-экологического анализа, сформулированных в диссертации.

Выбор метода впрыска водяного балласта в зону горения осуществлен на основе анализа теории образования N0^ и аналитического сравнения всего спектра существующих технологий N0^-подавления. Энерго-экологическое обоснование выбора в пользу этого метода можно подытожить следующим образом:

1. Вода единственный экологически нейтральный расходуемый агент. Масса водяного балласта обычно не превышает 10 % от массы водяных паров, образующихся при горении углеводородного топлива.

2. Впрыск водяного балласта относится к группе методов, обеспечивающих подавление ОБРАЗОВАНИЯ ВРЕДНОГО ВЕЩЕСТВА, а не последующую борьбу

с ним. Таким образом соблюдается важнейшее положение энерш-экологического анализа, гарантирующее минимальное суммарное воздействие на окружающую среду.

3. Впрыск воды или пара единственный метод, который может обеспечить одновременное и эффективное снижение выбросов двух групп вредных веществ продуктов неполною горения и N0 ,

4. Метод позволяет попутно обезвреживать промышленные сточные воды, содержащие органические примеси, т.е. защита атмосферного воздуха не только не приводит к "наведенному" загрязнению других сред, но и позволяет попутно снизить их загрязнение.

Безусловным недостатком метода является снижение КПД котлов, (обычно на 3-5 %). При устранении этого недостатка метод впрыска водяного балласта характеризовался бы уникальными в ряду прочих технологий энергоэкологическими и технико-экономическими показателями. Это определило основные направления работы по усовершенствованию метода:

• максимальное снижение подачи балласта при обеспечении необходимого эффекта подавления процессов образования ЫОх;

• изыскание возможностей попутного повышения эффективности работы котлоагрегата для компенсации расхода пара на впрыск,

В свою очередь, решение этих двух конечных задач потребовало глубокой теоретической проработки двух вопросов:

• уточнения структуры факела в части протекающих в нем процессов образования N0, с целью обеспечения оптимального балластирования зон, в которых протекают эти процессы;

« выявления возможностей интенсификации внутрифакельных процессов для максимального снижения избытка подаваемого на горение воздуха и соответствующего снижения потерь теплоты с отходящими газами.

Теоретической основой этой части работы явилось более глубокое изучение структуры факела горящего топлива. Известны классические схемы структурирования факела температурная И.Я.Сигала и температурно-геометрическая Л.МЦирульникова. Но первая может быть основой расчета толь ко интегрального балластирования факела, приводящего к снижению КПД котла, а вторая хорошо применима для составных факелов мощных энергетических котлов. А.А.Емельянов выделяет в факеле зоны интенсивной генерации оксидов азота (ЗИГ), но трактуя их, именно как зоны локальных максимумов температуры.

В настоящей работе обоснована необходимость локального учета всех факторов влияния. Поэтому в факеле выделяются области, полные температурно-концеитрационные условия которых позволяют квалифицировать их как ЗИГ НОх, В работе доказано, что эти же зоны являюгея областями завершения

выгорания основных компонентов топлива и промежуточных продуктов горения. Любое воздействие на эти области, как аэродинамическое, так и химическое, существенным образом сказывается на всех протекающих в факеле процессах. Поэтому автор характеризует их далее как зоны определяющего влияния (ЗОВ) на всю совокупность внутрифакельных процессов. Кроме этого обоснован структурный переход от макрофакела горелки к микрофакелу, образованному каждой отдельной струей топлива. Таким образом зоны активного влияния это области микрофакела, воздействие на которые способно обеспечить решение двуединой задачи: подавление образования N0 по различным механизмам и попутную интенсификация выгорания топлива. При этом сохраняется аналогия с выводами, общепризнанными для макрофакела горящего топлива: эффективное подавление образования "быстрой" N0 обеспечивается балластированием зоны. А,, а "термической" N0 - подачей балласта на стыке областей А, и В (наименование зон по Л .М.Цирульникову). Такой подход, но уже для каждой струи горящего топлива иллюстрируется рис. 5.

теплю»

'Я*

эов_

Ф

О,

т

"ТГ

в

02 рне. 5

03

а

шшшшшшашт

К понятию зон определяющего влияния на уровне мнкрофаксла ЗОВ (I)- подавление образования КО по "нетепловыи" путям цепного механизма; ЗОВ (II)- подавление "термического" механизма окисления атмосферного азота

В результате такого анализа выделяются две основных зоны определяющего влияния:

• ЗОВ (I) - значительная часть области Ар подача балласта в которую

может существенно влиять на образование окиси азота по преимущественно "нетепловым" путям цепного механизма;

• ЗОВ (П) - область максимальных температур на стыке зон А5 и В, подача балласта в которую определяет возможности подавления "термического" механизма окисления атмосферного азота.

Обе зоны подразумевают совокупный учет требований как NO^-подавления, так и улучшения показателей выгорания топлива:

-вЗОВ(1) это снижение концентрации кислорода и некоторый локальный и временный рост химиедожога с целью смещения равновесия определяющих реакций в сторону, противоположную образованию NO, но с недопущением падения температуры, подавляющего роста константы равновесия определяющей реакции и общего ухудшения показателей сгорания топлива;

- в ЗОВ (П) требуется прямой эффект балластирования, т.е. снижение температуры в ЗОВ для подавления "термического" механизма генерации NO но с компенсирующим аэродинамическим и химическим влиянием активного впрыска для сохранения полноты выгорания компонентов топлива и промежуточных продуктов горения.

Эти принципы и легли в основу расчета направленного дозированного балластирования ЗОВ при разработке практических технологий NO^-подавления. Особенностью турбулентного горения является резко асимметричные колебания константы скорости реакций к(Г) при симметричных относительно среднего уровня <Т> колебаниях температуры с значительным преобладанием превышений значения к(Т) относительно к(<Т>) над снижением. Это связано с резкой температурной зависимостью к(Т), обычно принимаемой по Аррениусу экспоненциальной. Для малых пульсаций температуры, т.е. для случая

Tit)- <т> г

<т> <т>

колебание константы скорости описывается выражением

<t(r)>-.«ii Е г

(Ю)

к(<Т>) Щ<Г> <Т>

где 7»= д/< Г2 >

Формула (10) показывает, что даже при умеренных значениях интенсивности колебания температуры среднее значение константы скорости <к(Т}> может в десятки раз и даже на несколько порядков превышать константу скорости, вычисленную для средней температуры к(<Т>). В то же время пульсации концентраций, также имеющие место при турбулентном горении, на

макрокинетику горения влияют, как правило, слабо. Этот факт отмечался ранее только применительно к самому горению топлива. В диссертации впервые показано, что пульсационные повышения константы скорости затрагивают и механизм образования N0. В связи с количественными показателями интенсивности таких всплесков скоростей реакций вполне вероятным является пропорциональное возрастание относительной роли закалки. Особенностью этого процесса, представляющего собой последовательность повторяющихся температурных и, как показано выше, значительно более интенсивных концентрационных пульсаций, является возможность остаточных микроэффектов закалки дС,, накапливающихся с каждым последующим циклом до результирующего эффекта ХдС^ Накапливающиеся количеств;.! N0, не успевающей разложиться в результате закалки в предыдущей пульсации, приводят к росту ее концентрации после каждого последующего никла. Общий эффект сглаживания температурной неравномерности реакционной зоны (пространственной и временной) при ее увлажнении отмечается многими исследователями. А сглаживание температурных пульсаций неизбежно влечет за собой и уменьшение суммарного эффекта пульсационного .механизма роста концентрации N0. Теоретические основы ЫОх-гюдавления методом НДБ зон определяющего влияния были воплощены в конкретную агмосфероохранную технологию, которая на протяжении ряда лет исследовалась, усовершенствовалась и внедрялась автором диссертации и при его участии как на единичных источниках, так и в широком плановом порядке. Автор выражает глубокую признательность А.Н.Воликову, без тесного сотрудничества с которым достигнутая широта практической реализации метода была бы невозможна.

Возможность широкого и быстрого внедрения технологии обеспечивалась максимальным использованием существующих технологических паро- и мазутопроводов типовых газомазутных горелок и во многих случаях самих форсунок резервного жидкого топлива для дозированной направленной подачи балласта. На рис. 6 и 7. показана картина оптимального орошения факела для наиболее распространенных вариантов: рассредоточенное балластирование при центральной радиально-коаксиальной раздаче топлива (горелки ГМГ) и струйное балластирование при периферийной раздаче газа (горелки ГМ, ГМГБ). Достигнутые при промышленном использовании технологии результаты не имеют аналогов. Так на котлах ДКВР-10-13 обеспечивается снижение выбросов ЫОх на 30-35 % при водотопливном отношении 7-11 % (0,4-0,7 % от ларопроизводительности котла). Поскольку сопутствующая аэродинамическая и химическая интенсификация внутрифакельных процессов дает возможность снизить расход воздуха на 12-15 %, метод позволяет не только обойтись без снижения КПД котла, но и в большинстве случаев обеспечить его по-

24

Рис. 6. Картина рассредоточенного орошения Факела при центральной раздаче топлива С горелка ГМГ)

Рис. 7. Картина струйного орошения факела при периферийной раздаче газа С горелка ГМГБЗ

вышение па 0,5-1,5 %. Это дало основание квалифицировать метод не только как атмосфероохранную технологию, но и как универсальный способ комплексной энерго-экологической оптимизации топливосжигающего оборудования.

Поэтому метод аттестован органами Государствешюго надзора как в области охраны природы, так и рационального использования топлива, и внедряется ■уже на проектной стадии.

На рис. 8 показано влияние впрыска по методу НДБ на экономические и экологические показатели работы парового котла ДКВР-10-13. При этом автор впервые включает расход пара на впрыск в КПД котлоагрегата "брутто", обеспечивая объективность важнейшего экономического показателя метода.

В условиях ГП "ТЭК С.-Петербурга" рост КПД котлоагрегата ДКВР-20-13 на 1 % дает годовой экономический эффект около 40 млн. руб. (июль 1997 г.), что примерно в шесть раз превышает единовременные затраты на внедрение технологии.

В полный перечень промышленно опробованных конкретных разновидностей технологий Ж)ч-подавления вошли также:

- впрыск пара в газовый и в мазутный факел; впрыск пара в смешанный газо-мазутпый факел;

- впрыск воды в газовый факел;

- сжигание водомазутных эмульсий паромеханическими и ротационными форсунками;

- каталитическое восстановление ЫОх (работа выполнена совместно с В.А.Потрошковым).

В седьмой Главе приведены результаты разработки, исследования и внедрения энерго-экологических методов термоокислительного обезвреживания (ТО) парогазовых выбросов.

Высокая токсичность большинства промышленных выбросов, необходимость затрат на ТО дополнительного топлива и образование в самом процессе ТО новых вредных веществ требуют оптимизации всей атмосфероохранной схемы предприятия. При этом теряет смысл постановка допроса об обезвреживании отбросных газов отдельных технологических линий. Максимально эффективное обезвреживайте, рациональное использование топлива н даже атмосферного воздуха требуют комплексного производственного подхода для всего предприятия.

В Главе 2 системный подход был реализован применительно к проблеме комплексной энерго-технологической утилизации парогазовых выбросов в целом. В данном случае рассматривается конкретная задача повышения энергоэкологической эффективности термоокислительного обезвреживания органических парогазовых выбросов. В общем виде эта Задача сформулирована в

виде блок-схемы (рис.8), которая предусматривает последовательное или параллельное решение научно-технических задач, определяющих как собственно эффективную нейтрализацию содержащейся в выбросах органики, так и решение всех сопутствующих научно-технических проблем.

Рис. 8 . Влияние впрыска по методу НДБ на показатели работы коглоагрегата ДКВР-10-13

Такой методологический шаг позволил разработать принципиальную схему универсальной установки термического обезвреживания, которая в полном объеме рассчитана на успешное решение всех составляющих блок-схему задач (рис. 9). В зависимости от конкретных условий, характера производства, состава и фазовой

однородности отбросных газов, наличия в них полезных компонентов, возможностей производственной утилизации теплоты отдельные блоки установки могут присутствовать или исключаться из нее.

В диссертации приведены результаты применения универсальной установки для конкретных случаев обезвреживания промышленных выбросов: отбросных газов заводов технических фабрикатов мясокомбинатов и выбросов рыбокоптильного производства.

Рис. 9

Блок схеыа оптимизации термоокислительного

обезвреживания парогазовых вьйросов, загрязненных органическими веществами

Задача терноокислительного обезвреживания отбросных газов

а в о а а

1 я Л *

а я 5 3 1 0 м я и

о я яэв М 00 3 СХ9 н

а. а о.

Ш 09 »1

к о «Ч о Я §Р 4 1»

о о О в я О «0 я

и 0 и о ч я осо

а о «* я аь ас

я а и§Я .ад и « 3 • о *

и. а о

и СО о м он» О К *

А

о.

X

х

а о ю е х а о о а и з ч X и . х и ЬЙо о а и

Оптимизация систем локализации и транспортирования ОГ

Оптимизация процессов ТО газообразных вредных компонентов ОГ

Отделение, накопление, транспортирование и дожигание жидкой фази ОГ

\ . II I____'"V /Ч

«—<

Отдаление, накопление, \ транспортирование и дожи- У ганяе твердых частиц ОГ /

Предотвращение отрицательно воздействия неорганического балласта

Возврат а технологический цикл полезных компонентов 1твердых и жидких)

Организация рециркуляции полезных газообразных компонентов ОГ

-/ I—( >—I »—( >

! ! 1 II

Утилизация теплоты отходящих газов установок ТО

Ко не трустивная оптимизация установок ТО

Нвязка расходных характеристик систем по отбросны» газаи

Полное обезвреживание (утилизация) ! органических компонентов при I иинииизации расхода топлива

Рис. 10. Принципиальная схема универсальной установки термического обезвреживания отбросных газов (ОГ) 1 - вентилируемый объем производственных помещений; 2 - технологическое оборудование; 3 - система вытяжной вентиляции; 4 - система локализации ОГ; 5 и 6 - начальное н оконечное устройства рециркуляции полезных газообразных компонентов; 7 - система поддержания постоянства расхода ОГ; 8 - система отделения твердых частиц; 9 - система возврата в технологический цикл полезных твердых компонентов; 10 и И аналогичные системы для жидкой фалы ОГ; 12-14 - устройства ТО газообразной, жидкой и твердой фаз ОГ; 15 - система утилизации теплоты отбросных галоп___

В восьмой Главе диссертации обобщены результаты исследований автора, разработки и внедрения высокоэффективных принципов прямого технологического сжигания топлива в промышленных печах и сушилах различного назначения, дающих наибольший энерго-экологический эффект. Сушка и нагрев различных материалов в барабанных вращающихся сушилах один из наиболее распространенных промышленных тепломассообменных процессов. Такие сушила используются в энергетике, металлургии, промышленности строительных материалов, в химической, пищевой и многих других отраслях. Прямое сжигание топлива при этом производится в выносных топках. Необходимость применения именно выносного топочного устройства обусловлена подвижной технологической конструкцией сушила и связана с недопустимостью как прямого высокотемпературного воздействия факела на обрабатываемый материал, так и, наоборот, опасностью снижения качества сгорания топлива при таком контакте.

Большинство находящихся в эксплуатации топок представляют собой несовершенные камерные конструкции, характеризующиеся недолговечностью, высокой удельной материалоемкостью и дороговизной. Более совершенные цилиндрические топки и топки особых конструкций требуют высокого уровня

эксплуатации, полной автоматизации, газа среднего давления и высоконапорного дутья. При этом одинаково неудовлетворительны экологические показатели сжигания топлива в выносных топках. По удельному выходу NOx (до 0,15 кг/ГДж и более) эти теплотехнические устройства в 1,5-2 раза могут превосходить котлы средней мощности.

Причиной этого является механическое перенесение на выносные топки принципов сжигания топлива, характерных для котлоагрегатов. Хотя диапазон требуемых температур при сушке составляет 150-850 °С (до 1000 °С в особо высокотемпературных процессах), топливо как правило сжигается с при а; =1,10-1,30 с последующим разбавлением продуктов сгорания до требуемой температуры. Результатом такой технологии сжигания топлива являются три важнейших последствия:

1) Высокотемпературное сжигание топлива в устройствах, не имеющих полезного теплоотвода, приводит к недопустимым температурным нагрузкам на кладку до 1600-1650 °С, что и определяет ее крайнюю недолговечность в условиях повышешгых вибронагрузок.

2) Указанный диапазон а полностью соответствует области, близкой к максимуму зависимости CNOi = f[a). В совокупности с минимальнным теплоотводом из зоны горения и определенным влиянием процессов "закалки" при резком охлаждении продуктов сгорания это и обуславливает высокие показатели удельного выхода NCK

3) Недопустимо высокий для промышленных огнеупоров температурный уровень приводит, помимо недолговечности, к повышенным теплопотерям в окружающую среду, обуславливая низкие экономические характеристики топок распространенной камерной конструкции.

Эти позиции обуславливают энерго-экологическое несовершенство методов сжигания топлива в целом классе теплотехнического оборудования и определили актуальность его совершенствования на' основе принципов настоящей диссертации.

Прежде всего был радикально усовершенствован сам топочный процесс, что обеспечило одновременно и повышение экономичности, и подавление образования вредных веществ, как это было достигнуто для сжигания топлива в котельных установках. Такую возможность дает простое и технологичное решение: снижение общего температурного уровня топочного процесса засчет подачи максимально возможного количества воздуха, как на горение топлива, так и на разбавление продуктов сгорания, непосредственно в горелочные устройства. Это стало возможным благодаря теоретическому обоснованию и экспериментальному подтверждению высоких регулировочных характеристик

»

распространенных промышленных горелок ГМГ, обеспечивающих устойчивое и полное сжигание газа с а до 5,0. В результате применения режимов сжигания газа с повышенными а КПД обычных камерных топок увеличивается с 85-90% до 94-96 %, температура кладки не превышает допустимого уровня 1300 °С, а выход N0^ снижается на 30-35%.

Следующим шагом стала разработка и внедрение усовершенствованной конструкции выносной .цилиндрической топки для барабанных сушил ВТ-2,8, имеющей уникальные энерго-экологические показатели. Ее основные

характеристики с горелкой ГМГ-4 (ГМГ-4М), Тепловая мощность, МВт

номинальная.............................................................................. 2,3

максимальная............................................................................ 3,3

Пределы рабочего регулирования, МВт............................ 0,5-3,3

Диапазон регулирования по «г............................................ 2,0-5,0

Диапазон регулирования температуры теплоносителя,°С

при подаче всего воздуха в горелку.................................. 1100-500

с дополнительным патрубком разбавления....................... 500-150

Объемная плотность теплового потока, МВт/м3...............до 4,0

Концентрация N0, в прод. сгорания (а=1),мг/м3.............. <100

Удельный выход N0^, кг/Гдж............................................ < 0,05

КПД,%...................................................................................... 99

В теорию расчета выносных топочных устройств введено понятие степени открытости топочного объема, которая и характеризует стесненность теплоотдачи излучением. Так для цилиндрических топок эта величина вычисляется, как

С Г _ Р \

где и - площади, соответственно, поперечного сечения топ- ки и ее

выходного отверстия;

Кг поправочный коэффициент на глубину топочной камеры. В зависимости от соотношения диаметра выходного отверстия цилиндрической топки и ее длины Огт!Ь этот коэффициент определяется, как:

А; =1,0 при Огш/иО,75- (12)

К.= при 0,75 (13)

Характерные температурные профили выносных топок (6=7^/7^) были

впервые описаны не четвертой, а первой степенью этой величины с помощью выражения:

&^А(е тХ -ВТ"*), (14)

откуда легко определяются важнейшие интегральные характеристики топочного процесса:

- средняя безразмерная температура топочной среды:

— 1 (В 1 11

® = j®rlX = A —е" -—е'т + -—- -о \п m m п.

- координата максимума температуры:

(15)

¡пт- 1пи-ЫВ

Хпм =--(16)

т- п

- начальная температура теплоносителя на выходе из топки (Х=1):

09т=А(е--Ве-) (17)

Для конкретного случая исследований (камерная топка, горелка ГМГ-4, аг = 1,5-3,0; относительная нагрузка до 70 %, степень стеснения факела 0.шк! = 8,0) рекомендуемые диапазоны значений постоянных составили: А = 1,40-1,15; В = 0,85-1,0; т = 0,45-0.60; п = 4-5. При этом Тш = 1,1-7^ (Гпор

определяется для «г).

Девятая Глава диссертации посвящена результатам разработки и реализации целевых территориальных и производственных атмосферохраиных проектов для С.-Петербурга, как одного го наиболее крупных промышленных городов страны. В соответствии с методикой целевого энерго-экологического анализа, разработанной в Главе 3 диссертации, на основании анализа данных мониторинга воздушного бассейна города был выявлен список из пяти приоритетных загрязнителей атмосферы (Ж>х, 80пыль, СО, фенол). Сравнительный анализ оксидов азота и других вредных веществ, поступающих в атмосферу города, показал:

1. Оксиды азота одни из наиболее токсичных неорганических веществ в природе. По обычной методике оценки токсичности по ПДК оксиды азста в 35

раз более опасны для человека, чем СО.

2. Оксиды азота неизбежно образуются даже при нормально организованном процессе сжигания топлива. Чем качественнее организован этот процесс, тем выше интенсивность образования N0,.

3. Оксиды азота наиболее значительный по массе токсикант, концентрированно образующийся и сбрасываемый в атмосферу С.-Петербурга именно в местах жизнедеятельности людей. Ежегодно в воздушный бассейн города поступает около 27 тыс.т ЫО(, в результате чего их среднегодовая концентрация в некоторых районах превышает ПДКмр в 2-3 раза, а пиковая в 15 раз и более.

4. Особенность оксидов азота продолжительность их действия путем включения в сложные фотохимические реакции с образованием комплексных соединений нарастающей токсичности.

5. Оксиды азота обладают эффектом суммации как с оксидами серы, так и с фенолом, которые также относятся к списку приоригеных опасных загрязнтелей атмосферы города.

6. Отличительная черта именно этого загрязнителя, не свойственная ни для одного друтого сверхлокальный эффект суммации атмосферных Ж^ и содержащихся в воздухе газифицированных квартир.

Не умаляя вреда, наносимого всем комплексом поступающих в атмосферу города парогазовых выбросов, в работе было предложено сосредоточить основное внимание на первом этапе оздоровления ВСЕЙ АТМОСФЕРЫ ГОРОДА на борьбе с оксидами азота как одним из наиболее опасных загрязнителей, дающим долговременные и многократные отголоски после поступления в воздух с все более нарастающей опасностью для здоровья людей.

В качестве приоритетного источника выбросов N0^ были обоснованы котельные, оборудованные массовыми котлами малой и средней мощности (муниципальные отопительные и ведомственные производственно-отопительного профиля). По единичной мощности выбросов эти источники значительно уступают объектам крупной теплоэнергетики, однако суммарная мощность котельных сравнима с городскими ТЭЦ. Кроме того, эти котельные располагаются преимущественно в черте городской застройки и часто имеют весьма невысокие дымовые трубы (30-35 м), из-за чего выбросы сразу попадают в зоны аэродинамических "теней".

Хорошо апробированной и аттестованной технологической основой для программного оздоровления атмосферы города явился разработанный в диссертации метод направленного дозированного балластирования факела (Главы 5 и 6), а нормативную основу составила уточненная методика расчетного определения выхода Ж), при сжигании топлива в таких котлах (Глава 4). Это позволило уверенно ориентировать адресно настоящую работу на борьбу с

выбросами оксидов азота от котельных малой и средней мощности С.-Петербурга, как наиболее массового источника с наименее благоприятным способом поступления выбросов в атмосферу города.

На основе изложенных выше принципов под научным руководством автора были разработаны и реализуются следующие атмосфероохранные проекты для С.-Петербурга.

1. Программа комплексных мероприятий по снижению фоновой концентрации ЫОя в атмосферном воздухе С.-Петербурга городского Центра Государственного санэпиднадзора.

2. Программа снижения выбросов ЫО.( от котельных Государственною предприятия "Топливно-энергетический комплекс С.-Петербурга", выполняемая в виде конкретных адресных программ районных филиалов предприятия.

3. Программа мероприятий по внедрению атмосфероохранных технологий в муниципальных и ведомственных котельных Красногвардейского района. Программа обусловлена наобходимостью согласования и строительства крупнейшей котельной на территории района.

4. Программа мероприятий по внедрению атмосфероохранных технологий в муниципальных и ведомственных котельных Адмиралтейского района. Программа обусловлена территориальной предпочтительностью оздоровления атмосферы в центральных районах города.

Реализация программ позволит только за счет снижения ущерба окружающей среде получить экономический эффект 2.4 млн.руб. в ценах 1984 г. Автором документально подтверждены основные результаты внедрения разработок настоящей диссертации.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Новейшие данные мониторинга окружающей среды, включая последние доклады экспертов ООН 1992 и 1997 гг. уверенно констатируют неблагоприятную динамику ее состояния. При этом наибольшая вероятность последующего кризисного развития предполагается для атмосферного воздуха и особенно для воздушного бассейна крупных населенных пунктов, источниками за1рязнения которого являются преимущественно процессы сжигания органического топлива на энергетические и промышленные цели. Несмотря на значительные средства вкладываемые в технические и организационные мероприятия по предогвращешпо загрязнения атмосферы фоновая концентрация наиболее опасных вредных примесей в воздушном бассейне промышленных городов уже превышает предельно допустимую, причем нередко многократно. Причинами такого положения являются многолетняя ориентация на рассеивание выбросов, как

метод "защиты" атмосферы, несовершенство или игнорирование природоохранного законодательства и отсутствие научно обоснованного системного подхода в осуществлении атмосфероохранных мероприятий. Существующая ситуация в Российской Федерации усугубляется Ю-крагным отставанием бюджетных расходов на экологические нужды аг показателей развитых стран и продолжающимся снижением капиталовложений в природоохранную деятельность.

2. На основании аналитического сравнения показателей фактического развития элементов биосферы с наиболее авторитетными прогнозами за 25-летний период их действия сформулировано понятие и математически описано действие фактора сдерживания, в основе которого лежат затраты энергии и топлива на природоохранные мероприятия. Фактор позволяет прогнозировать динамик}' загрязнення окружающей среды на предстоящие 20 лет и подтверждает высокую вероятность кризисного развития воздушного бассейна в начале XXI столетия.

3. Разработан принципиально новый метод энерго-экологического анализа состояния окружающей среды и эффективности природоохранных мероприятий по их совокупному конечному результату на определяющей территории. На базе этого метода сформулированы основные принципы совершенствования атмосфероохранной деятельности.

4. Разработаны теоретические основы и практическая методика целевого энерго-экологического анализа в атмосфероохранной деятельности, позволяющего с высокой степенью достоверности выявлять приоритетные вредные вещества, источники их выбросов и предпочтительные территории первоочередного внедрения атмосфероохранных технологий и на этой основе планировать и осуществлять комплексное оздоровление воздушного бассейна населенных мест при сжигании органического топлива посредством оптимального управления целевыми территориальными (производственным и, ведомственными) атм ос фероохра н ным и программами (проектами) с наибольшей эффективностью вложения средств по экономическим и совокупным для данной территории экологическим показателям.

5. Разработана и успешно апробируется уточненная методика расчетного определения выбросов оксидов азота в атмосферу при сжигании газового и жидкого топлива в паровых и водогрейных котлах малой и средней мощности. Методика имеет достоверную научно обоснованную базу в результате обработки большого числа экспериментальных данных и призвана выполнять стимулирующую роль на нормативно-законодательной стадии обоснования и внедрения современных атмосфероохранных и топливосберегающих технологий,

6. На основании глубокого структурирования факела горящего топливе обосновано наличие в нем зон определяющего влияния, активное воздействие на

которые позволяет одновременно решать задачи подавления образования вредных веществ и интенсификации выгорания горючих компонентов. Разработан и подтвержден экспериментально теоретический механизм комплексной энерш-экологической оптимизации сжигания топлива методом направленного дозированного балластирования зон определяющего влияния минимально необходимым количеством водяного балласта.

7. Разработана и широко внедряется практическая технология комплексной энерго-экологической оптимизации сжигания топлива методом напрашгенного дозированного балластирования факела при сжигании топлива в распространенных типах отечественного котельного оборудования малой и средней мощности. Технология позволяет снизить выбросы токсичных оксидов азота на 30-40 % с попутным повышением КПД котлоагрегатов.

8. Разработана схема универсальной установки термо-окислителыюго обезвреживания парогазовых выбросов, а на ее основе разработаны, исследованы и внедрены конкретные атмосфероохранные промышленные системы, реализующие высокие энерго-экологические показатели.

9. Обоснованы и внедрены энерго-экологаческие методы сжигания топлива применительно к одному из наиболее распространенных типов промышленных теплотехнических агрегатов сушильным установкам с выносными топочными устройствами.

10. В качестве ведущего направления практической атмосферохранной деятельности разработаны и реализуются целевые территориальные и ведомственные программы снижения выбросов вредных веществ в атмосферу Санкт-Петербурга, призванные в ограниченное время реально оздоровить городской воздушный бассейн на наиболее загрязненных территориях.

11. Впервые обоснована необходимость учета загрязнения воздуха газифицированных квартир и экспериментально оценено влияние этого загрязнения на формирование фоновой концентрации вредных веществ.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Северинец Г.Н., Шкаровский А.Л. Повышение интенсивности сушки некоторых строительных материалов//Совершенствование сжигания газа и мазута в топках котлов и снижение вредностей в продуктах сгорания: Межвузовский сборник трудов N 1/ЛИСИ,-Л.,1976,-С. 52-56.

2. Шкаровский А.Л. Совершенствование топочного процесса при термической обработке щебеночной массы//Совершенствование сжигания газа и мазута в топках котлов и снижение вредностей в продуктах сгорания: Межвузовский сборник трудов N 1/ЛИСИ.-Л., 1976.-С. 56-58.

3. Малыхина А.И., Шкаровский А.Л. Использование сжиженных

углеводородных газов с повышенным содержанием бутана//Исп. газа в нар.хозяйстве:Реф.сб./ВНИИЭГазпром.-М., 1977, N 2.-С. 10-26.

4. Северинец Г.Н., Шкаровский А.Л. Пути совершенствования конструкций и тепловых процессов выносных топок сушильных установок на газовом топливе/ /Совершенствование сжигания газа и мазута в топках котлов и снижение вредностей в продуктах сгорания: Межвузовский сборник трудов N 2(124 )/ЛИСИ.-Л., 1977.-С. 34-38.

5. Шкаровский А.Л. Определение высоких концентраций окислов азота газоанализатором УГ-2 по методу непрерывного разбавления// Совершенствование сжигания газа и мазута в топках котлов и снижение вредностей в продуктах сгорания: Межвузовский сборник трудов N 2(124)/ЛИСИ.-Л., 1977.-С. 38-42.

6. Севостьянова Т.К., Тодоров Б.А., Шкаровский А.Л. Номограмма для определения КПД выносных топочных устройств//Совершенствование сжигания газа и мазута в топках котлов и снижение вредностей в продуктах сгорания: Межвузовский сборник трудов N 2(124)/ЛИСИ.-Л., 1977.-С. 55-56.

7. Шкаровский А.Л. Совершенствование сжигания газа в топках барабанных сушил:Автореф.дис...канд.техн.наук/ЛИСИ.-Л.,1977.-24 с.

8. Шкаровский А.Л. Усовершенствованная конструкция выносной топки для барабанных сушил// Сб.тезисов XXX научной конференции/ КИСИ.-Казань, 1978.-С.257.

9. Колиенко А.Г., Шкаровский А.Л. Применение природного газа для термического обезвреживания парогазовых выбросов/ Научно-техн. обзор ВНИИЭГазпром: Сер. Природный газ и защита окружающей среды.-М., 1978.Вып. 3.-54 с.

10. Шкаровский А.Л. Использование горелок ГМГ для сжигания газа с повышенными избытками воздуха//Использование газа в народном хоз-ве:Реф.сб./ВНИИЭГазлром.-М., 1978.-1Я 9.-С. 30-34.

11. Северинец Г.Н. Шкаровский А.Л. Усовершенствованная конструкция выносной топки для барабанных сушил// Совершенствование сжигания газа и мазута в топках котлов и снижение вредностей в продуктах сгорания:Межвуз. тематич. сб. трудов/ЛИСИ.-Л., 1978.-С. 5-8.

12. Шкаровский А.Л. Усовершенствованный режим работы барабанного сушила в процессе производства асфальтобетона// Совершенствование сжигания газа и мазута в топках котлов и снижение вредностей в продуктах сгорания: Межвузовский сборник трудов/ЛИСИ.-Л., 1978.-С. 19-21.

13. СтаскевичН.Л., Колиенко А.Г., Шкаровский А.Л. К вопросу оточности измерения концентрации окислов азота газоанализатором УГ-2// Совершенствование сжигания газа и мазута в топках котлов и снижение

вредностей в продуктах сгорания: Межвузовский сборник трудов/ЛИСИ.-Л., 1978.-С. 21-25.

14. ШкаровскийА.Л. Номограмма для расчета и эксплуатационной оценки эффективности сжигания газа в выносных топках// Использование газа в нар.хозяйстве. Реф.сб./ВНИИЭГазпром.-М„ 1979, N8.-0. 27-30.

15. ШкаровскийА.Л., Колиенко А.Г. Снижение выбросов окислов азота при сжигании газа с повышенными избытками воздуха//Проблемы охраны окр. среды.Тезисыресп.конф.-Кемерово, 1979.-С. 29.

16. Колиенко А.Г.,Шкаровский А.Л. Организация процесса термического обезвреживания и дезодорации отбросных газов и вентвыбросов/ДТроблемы охраны окр. среды.Тезисы респ.конф.- Кемерово, 1979.-С. 30.

17. СеверинецГ.Н., ШкаровскийА.Л. Совершенствование сжигания газа в выносных топках сушильных установок/ Обз.инф. ВНИИЭГазпром: Сер. Исп. газа в нар.хоз-ве.-М., 1979.-32 с.

18. Колиенко А.Г., Шкаровский А.Л. Повышение эффективности использования природного газа для термического обезвреживания парогазовых выбросов// Исп.газа в нар.хоз-ве: Реф.сб.ВНИИЭГазпром.-М., 1980.-Ы 8.-С. 22-26.

19. Колиенко А.Г., Шкаровский А.Л., Лимарев М.П. Особенности применения калориметрических методов хим. анализа при определении концентраций вредных веществ в отбросных и дымовых газах// Совершенствование сжигания газа и мазута в топках котлов и снижение вредностей в продуктах сгорания: Межвузовский сборник трудов/ЛИСИ.-Л., 1980.-С. 51-57.

20. Шкаровский А.Л. Опыт эксплуатации малогабаритных топок сушильных установок//Использование газа в нар.хозяйстве: Реф. сб./ ВНИИЭГазпром. -М., 1981.-N5.-0. 1-5.

21. Богданова Т.А., Шкаровский А.Л. Термическое обезвреживание отбросных газов рыбокоптильного производства// Рыбное хозяйство,

1982.-N11.-C.60.

22. Шкаровский А.Л., Прохоров С.Г. Математическое описание температурных кривых в выносных топочных устройствах// Межвуз.научный сб./ СПИ.-Саратов, 1982.-С. 74-78.

23. Шкаровский А.Л., Богданова Т.А. Термическое обезвреживание парогазовых выбросов рыбокоптильной промыш-ленности в топках котлов// Использование газа в нар.хозяйстве. Реф. сб./ВНИИЭГазпром.-М.,

1983.-Nl.-C.6-8.

24. Стаскевич Н.Л., Шкаровский А.Л., Богданова Т. А. Термоокислительное обезвреживание отбросных газов рыбокоптильного производства// Термическая

и каталитическая очистка газовых выбросов в атмосферу: Сб.научных трудов -Киев:Наукова, 1984.-С. 46-49.

25. Шкаровский А.Л., Богданова Т.А. Термическое обезвреживание парогазовых выбросов рыбокоптильного производства в топках котлов Деп.статья N 363 Д/ ВНИИЭГазпром.М., 1984.12 с.

26. Шкаровский А.Л., Богданова Т.А. Термическое обез-вреживанис парогазовых выбросов рыбокоптильного производства в топках котлов// Газовая промышленность, 1984.-N 4.-С. 47,

27. Шкаровский А.Л. Особенности образования окислов азота в турбулентном стесненном факеле при повышенных избытках воздуха// Повышение эффективности сжигания газообразного и жидкого топлива в котлахъ п печах.Межвуз.тематич.сб. трудов/ЛИСИ.-Л., 1984.-С.35-41.

28. Шкаровский А.Л., Богданова Т.А. Повышение эффективности использования газа в установках термического обезвреживания// Тезисы всесоюзной конференции/ЦП НТО ЭиЭП.-Л., 1985.-С.36-37.

29. Шкаровский А.Л. Воздух большого города//Энергия, 1985.-N 11.-С,45-49.

30. Шкаровский А.Л. Оптимизация процессов тсрмо-окислителыюго обезвреживания парогазовых промышленных выбро-сов//Термоокислительное обезвреживание и дезодорация парогазовых выбросов и повышение эффективности использования топлива: Межвуз.тематич.сб.трудов/ЛИСИ.-Л., 1985.-С. 29-38.

31. Шкаровский А.Л. Лицом кгороду//Энергия,1987.-N 4.-С. 55-59.

32. Шкаровский А.Л. Рациональная схема обезвреживания атмосферных выбросов пищевых предприятий/ЛПшцевая и перерабатывающая промышленность, 1987.-N 11.-С. 6-8.

33. Пути снижения выбросов окислов азота тепловыми установками предприятий строительной индустрии//Экономия энергоресурсов в системах теплогазоснабжения и вентиляции: Межвуз. тематич. сб. трудов/ЛИСИ.-Л., 1987-С. 80-83.

34. Колиенко А.Г., Шкаровский А.Л. Применение природного газа для термического обезвреживания парогазовых выбросов/ Научно-техн. обзор ВНИИЭГазпром: Сер. Природный газ и защита окружающей среды, 1989.-Вып. 2.-36 с.

35. Добров А.Б., Комина Г.П., Шкаровский А.Л. Применение генераторного газа для газоснабжения населенных мест//Тезисы всесоюзного научно-техн.семина/ ВНИИГидролиз.Л., 1989.-С.26-27.

36. Комина Г.П., Мариненко Е.Е., Шкаровский А.Л. Теплоснабжение биогазовой установки//Совершенствование систем теплогазоснабжения и

вентиляции:Межвуз.тематич.сб.трудов.-Л.:ЛИСИ, 1989.-С. 67-72.

37. Воликов А.Н., Шкаровский А.Л. Практический метод снижения выбросов оксидов азота котлами типа ДКВР// Совер-шенствование систем теплогазоснабжения и вентиляции: Межвуз. тематич. сб. трудов/ЛИСИ.-Л.,1991.-С. 51-54.

3 8. Воликов А.Н., Шкаровский А.Л. Методы подавления выбросов оксидов азота при сжигании газа и мазута в котлах малой и средней мощности.-М.: ИРЦ Газпром, 1993.- 29 с.

39. Воликов А.Н., Шкаровский А.Л. Технология снижения выбросов оксидов азота в атмосферу при сжигании топлива// Информ.листок N 599-93,-СПб.:ЦНТИ, 1993,-4 с.

40. Воликов А.Н.,Шкаровский А.Л. Снижение выбросов оксидов' азота в отопительно-производственных котельных Красногвардейского района// Тезисы межрегион.научно-практ.семинара/Ленгаз.СПб., 1994.- С. 14-15.

41. Шкаровский А.Л. Основы практической экологии. Очистка, обезвреживание и утилизация выбросов.-СПб.:Северо-Запад,1995.-54 с.

42. Шкаровский А.Л. Программа комплексного оздоровления воздушного бассейна С.-Петербурга и его курортных зон на основе метода целевого территориального анализаЮкологическая защита городов:Тезисы научно-техн. конференции. -М. .ВНИИМ,1996.-С.52-54.

43. Shkarovsky Л. Purposive territorial analysis of the urban air pool condition/ /Bioclimatic Design in Cold Climates: Proc.of the 14th Int. PLEA conf (Kushiro,Japan)/ Building Research Inst. Tsukuba, 1997,-Vol. 2.-P. 277-282.

44. Бурминский Э.П., Гусика П.Л., Шкаровский А.Л. и др. Практическая реализация принципа встречно-смещенных струй: опыт применения горелок НП АО "Экорас'7/Теплоэнергоэффективные технологии: Информационный бюллетень, 1997.N 2,-С. 29-33.

45. Шкаровский А.Л. Опыт широкого применения направленного дозированного балластирования факела как универсального метода энергоэкологической оптимизации топливосжигающего оборудова-ния// Актуальные вопросы производства и потребления тепловой и электрической энергии и энергосбережения.Тезисы межрегионального семинара.-СПб. :ЦНТИ "Прогресс", 1997.-С. 12-13.

46. Shkarovski A. Complex sanitation of the urban air pool as the major part of environmental planning// Proc. of the IAHS International Congress on European Housing.-Sinaia, Romania, 1997. -P. 312-318.

47. Шкаровский А.Л. Целевой территориальный анализ как основа комплексного оздоровления воздупшого бассейна населенных мест//Материалы 54-й научной конференции СПбГАСУ :Часть I. СПб.: СПбГАСУ, 1997.-С. 126-127.

48. Гусика П.Л., Шкаровский А.Л. Снижение выбросов оксидов азота при сжигании топлива методом направленного дозированного балластирования факела: опыт широкого внедрения в котельных С.-Петербурга//Экология и развитие Северо-Запада России. Тезисы докладов 2-й международной конференции.-СПб.-Кронштадт: МАНЭБ, 1997.-С.27.

49. Шкаровский А.Л. Концепция комплексного оздоровления воздушного бассейна С.-Петербурга на основе целевого энерго-экологического анализа// Материалы 51 Международной научно-технической конференции молодых ученых СПбГАСУ.-СПб. :СП6ГАСУ, 1997.-С.

50. A.c. N996798 СССР. Способ термического обезвреживания отбросных газов и устройство для его осуществления/ Богданова Т.А., Шкаровский А.Л. Опубл. Б.И., 1983.-N 6.

51. A.c. N1075057 СССР. Способ термического обезвреживания отбросных газов/ Богданова Т.А., Шкаровский А.Л. Опубл. Б.И., 1984.-N 7.

_Приложение

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА В АТМОСФЕРУ ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА В ПАРОВЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛАХ

1. Методика предназначена для расчета выбросов оксидов азота (N05) при сжигании природного газа и мазута в топках действующих котлоагрегатов промышлешюго, отопительного (коммунального) и отопителыю-промышлешюго назначения малой и средней мощности: в паровых котлах производительностью до 30 т/ч и водогрейных котлах тепловой мощностью до 100 Гкал/ч (420 ГДж/ч; 116 МВт). Методика позволяет получить уточненное значите массового выхода NO ог серийных котлоагрегатов отечественного производства (ШБ, ДКВ, ДКВР, ДЕ, КВ-ГМ, ITTBM), оборудованных серийными дутьевыми и инжекционными горелками. Исключение составляют горелки ГГМЭ, применение которых рассматривается как техническое мероприятие по снижению выбросов NOx. При проектировании котлоагрегатов или использовании котлов зарубежного производства необходим учет до- полнительных факторов, определяющих образование и выход ЖК

2. Количество оксидов азота (в пересчете на NO, с учетом последующего цоокисления в атмосфере), выбрасываемых в единицу времени (т/год; г/с), Определяется по формуле:

j Цу<?2 = 0,001 • 5 • • KN0^ (1 - /?), (Г

¡где В - расход топлива за рассматриваемый период времени: | - для природного газа - в тыс. м3/год или л/с; | - для мазута - в т/год или г/с; I QJ - низшая рабочая теплота сгорания топлива:

- для природного газа - в МДж/м3;

- для мазута - в МДж/кг;

^N02 " УДОльный параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на едшшцу теплоты, вносимой с топливом в топку гоглоагрегата, кг/ГДж;

р - коэффициент, учитывающий снижение выхода NOx в результа те применения технических решений (методы подавления их образовашга, усовершенствованные горелочные устройства, очистка отходящих газов от NOx и т.п.).

3. Значите параметра К^02 (при номинальной паропроизводителыюсти Ояом, т/ч или тепловой мощности Овом, Гкал/ч) может определяться в зависимости от вида шглоагрегата и сжигаемого топлива следующим образом.

1-й способ. По графикам (рис. 2 для паровых котлов и рис. 1 - для водогрейных)._1

2-й способ. По формулам:

- при сжигании природного газа в паровых шглах ^ = 0,0610 + 0,0185^/)^

- при сжигании мазута в паровых котлах ^ = 0,0755+0,0229^

- при сжигании природного газа в водогрейных котлах = 0,0602 + 0,0166182НОМ

- при сжигании мазута в водогрейных котлах ^=0,0757+0,0209-^ (5)

При необходимости пересчет тепловой мощности водогрейного котла в Гкал/ч осуществляется:

- из ГДж/ч - делением на 4,19;

- ив МВт - делением на 1,16.

4. Коэффициент р для известных технических мероприятий по снижению выхода №Эх рекомендуется ориентировочно принимать по

(2)

(3)

(4)

«м

а

и

н

Тепловая мощность котла Q»<»> Гкад/ч

Рис. 1

Зависимость удельного выхода Ы01 от тепловой мощности водогрейных юэтлов и вида топлива

a g JX»M, хг/гДж «11

QCS

L

Паропроюжодитсд^вость *сотд» D«w, т/ч

D

Рис. 2

Зависимость удельного выхода NO( от паропроизводительности -паровых котгтов и ииггя тпгтпипя_

таблице. Использование коэффициентов таблицы рекомендуется настадии ТЭО и проекпфования. При эксплуатации котлов значение р уточшется по данным наладки систем снижения выбросов N0^.

5. При фактической нагрузке тгла (тепловая мощность <3^, Пса л/ч или паропроизводительностьП^, т/ч), отличающейся отноминальной, значение КЮ2 определенное по фф. (2)-(5) или рис. 1 и 2, изменяется пропорционально фактической нагрузке, т.е. пересчетом по формулам:

= ^оГЧЯф.к/» о*) (6.1

для паровых шглов или

К = К «"МО ¡О ) (711

Л1ТО2 "N02 ^фякт »¿иом' ■>

для водогрейных кстлов.

6. При наличии данных о фактическом содержании оксидов азота в дымовых газах, их массовый выброс (г/с) определяется оформуле

В-У

П,.0 = С —-Ю-3 (8)1

лог ла» 3600 ^ 1

где СЮх - фактическая концентрация N0^ в дымовых газах,определенная инструментально методами газового анализа, мг/м1; В - фактический расход топлива, соответствующий Сдах:

- для природного газа в м7ч;

- длй мазута в кг/ч; V - удельный объем сухих продуктов сгорания:

- для природного газа в м3/м3;

- для мазута в м3/кг.

Удельный объем продуктов сгорания определяется по формуле

У= (9)

где Р - теоретический удельный объем сухих продуктов сгорания, (при а

1,0), принимаемый :

- для природного газа - 8,52 м3/м3;

- для мазута малосернистого -10,10 мУкг; ]

- для мазута сернистого - 9,93 м3/кг; ^ при влажности ГГ =3%

- для мазута высокосернистого - 9,67 м3/кг. )

И - коэффициент разбавления сухих продуктов сгорания в точке измерения концентрации N0^ вычисляемый по формуле

а = ко^тио,, (ю;

где ЯО,"1™ - максимально возможная концентрация трехатомных газов (С02 и БО," в продуктах сгорания, которая принимается:

- для природного газа К02"ст = 11,75 %об.; для мазута КО/-" = 16,50 %об. (при вл-ти Wp=3%)

ЕЮ2 - фактическая концентрация трехатомных газов в точке концентрации N0., %об.

7. При наличии данных о фактическом содержании оксидов азо- та в дымовых газах, их количество, выбросываемое за продолжи- тельный отрезок времени (т/мес., т/год) определяется по формуле

где П110,вом - массовый выброс ]\Ю( котлом в номинальном режиме, определенный по ф. (8), г/с;

- суммарный расход топлива на котел за рассматриваемый отрезок времени:

- для природного газа в тыс.м3;

- для мазута в тошю^;

Дном - расход топлива на штел в номинальном режиме:

- для природного газа в м-'/ч;

- дая мазута в кг/ч. Примечания:

1. Формула (11) может использоваться для определения коли- чества оксидов азота, выбрасываемых за рассматриваемый отрезок времени всей котельной. При этом величины П1д02Я0М и В""м сум- мируклся для всех котлов, установленных в котельной. Суммарный расход топлива ЕВ также принимается на всю котельную.

2. Для более точного учета колебаний выбросов N0 при изме- нении расхода топлива их количество, выбрасываемое за про-должительный отрезок времени, рекомендуется определять помесячно.

3. Для более точного учета колебаний выбросов N0, при изменении технического состояния котлов, погодных условий, теплоты сгорания поступающего топлива и других определяющих факторов, фактическое значение СМЭ)[ в номинальном режиме и массовый выброс ПЮ2юш рекомендуется уточнять ежемесячно.

П.03 =П »ОМ-1:Я/ВНОМ-3600-10

(П)

Таблица.

Значения р для распространенных способов снижения выбросов N0, при сжигании газа и мазута в коглах малой и средней мощности

N п/п

Наименование (техническая характеристика)

метода снижения выбросов N0,

Значение

Р

1

2

3

1

Минимизация избытка воздуха на базе микропроцессорного регулирования процесса горения:

- без применения газоанализатора СО

0,10-0,15

4

1 2 3

- с применением газоанализатора СО 0,15-0,20

2 Рециркуляция продуктов сгорания

в дутьевой воздух при степени

рециркуляции г,%:

- газ 0,025т

- мазут 0,015т

3 Двухступенчатый подвод воздуха

(при двухярусном расположении горелок) 0,20-0,25*

4 Впрыск пара или воды в зону горения:

- интегральное балластирование факела 0,20-0,25*

- направленное дозированное балластиро-

вание зон интенсивной генерации Ж)х 0,30-0,35*

5 Применение специальных горелочных устройств:

- горелки с двухступенчатым подводом

воздуха (типа ГДС) 0,40-0,45

- горелки о активным воздействием

на струйные течения (типа ГГМЭ) 0.45-0,50

6 Методы очистки дымовых газов от N0.. 0,30-0,90**

*) - меньшие значения для мазута, большие для природного газа **) -по характеристикам конкретного метода очистки 5

Подписано к печати 04.11.97. Печ. офсетная. Бум. офс. N 1. Формат 60 х 84 1/16. Усл. печ. л. 3. 00. Тир. 100. Зак; ; '*2;:Щ С- Петербургский государстве1шый архитектурно-строительный университет. 198005, С-Петербург, 2 - я Красноармейская, 4 Ротапринт СПбГАСУ. 198005, С-Петербург, ул. Егорова, 5.

г^жжие от

■-■fj-oô -.ifê-c

и рис у?:-ил ученую cvei'a^i- ^..Лл. а а

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ШКАРОВСКИЙ АЛЕКСАНДР ЛЕОНИДОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ПРИ СЖИГАНИИ ГАЗООБРАЗНОГО И ЖИДКОГО ТОПЛИВА

Специальность 05.23.03 - Теплоснабжение, вентиляция,

кондиционирование воздуха, газоснабжение и освещение

Диссертация на соискание ученой птлпрми доктора технических науз

УДК 502.36:502.55(203):662.613:662.76

На правах рукописи

Санкт-Петербург

- 2 -ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................... 8

1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ АНАЛИЗА ПРИРОДООХРАННОЙ

ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ПРИ СЖИГАНИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ТОПЛИВА........ 20

1.1. Система научного прогнозирования развития окружающей среды и наиболее достоверные

прогнозы изменения ее состояния...................... 20

1.2. Энерго-эколо гический метод анализа состояния

и прогнозирования развития окружающей среды.......... 27

1.3. Энерго-экологический анализ эффективности природоохранной деятельности......................... 36

1.4. Методологические основы повышения энергоэкологической эффективности природоохранных мероприятий.......................................... 44

2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗАЩИТЫ ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА............... 51

2.1. Особенности городской воздушной среды и ее подверженности загрязнению вредными веществами....... 51

2.2. Обзор источников загрязнения воздушного бассейна населенных мест...................................... 54

2.3. Анализ сложившейся научно-технической практики атмосфероохранной деятельности и ее эффективности---- 57

2.4. Основные принципы совершенствования практической деятельности по защите атмосферного воздуха.......... 61

2.4-1. "Ресурсный" подход к проблеме охраны

воздушного бассейна............................... 61

2.4-2. Принципы рационализации атмосфероохранных схем

промышленных предприятий........................... 68

2.4-3. Принцип комплексной знерго-технологической

утилизации атмосферных выбросов.................... 73

2.4-4. Анализ блок-схемы проблемы комплексной

энерго-технологической утилизации выбросов......... 75

3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АТМОСФЕРООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

НА БАЗЕ ЦЕЛЕВОГО ЭНЕРГО-ЭКОЛОГИЧЕСКОГО АНАЛИЗА......... 84

3.1. Структура целевого энерго-экологического анализа

в практический атмосфероохранной деятельности........ 84

3.2. Анализ по видам вредных примесей и уровню

мониторинга.......................................... 89

3.2-1. Особенности анализа по виду вредных веществ........ 90

3.2-2. Особенности анализа по уровню мониторинга.......... 98

3.3. Нормативно-законодательная стадия анализа............ 103

3.4. Территориальная составляющая анализа................. 108

3.4-1. Особенности определения территориальных приоритетов в рамках комплексного целевого анализа.. 110

3.5. Технико-экономическая стадия анализа................. 115

3.5-1. Выбор технологии обезвреживания.................... 115

3.5-2. Экономический анализ (обоснование).

Экономическая оценка экологического ущерба......... 117

3.5-3. Методика оценки эффективности

атаосфероохранных мероприятий...................... 128

4. КОРРЕКТИРОВКА РАСЧЕТНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА В АТМОСФЕРУ ПРИ СЖИГАНИИ

ТОПЛИВА В ПАРОВЫХ И ВОДОГРЕЙНЫХ КОТЛАХ................. 135

4.1. Анализ действующей методики расчетного

определения выбросов оксидов азота в атмосферу....... 135

4.2. Обобщение результатов практического определения

действительных выбросов оксидов азота в атмосферу для отечественного парка котлов малой и средней мощности.. 148 4.2-1. Обобщение и анализ результатов определения

выхода NOx при сжигании газа в паровых котлах...... 148

4.2-2. Обоснование коррекции расчетных методов определения выхода оксидов азота

при сжигании газа в паровых котлах................. 157

4.2-3. Обобщение и анализ результатов определения

выхода 1\Юх при сжигании газа в водогрейных котлах.. 163 4.2-4. Обоснование коррекции расчетных методов

определения выхода оксидов азота при сжигании

газа в водогрейных котлах.......................... 166

4.3. Обоснование коррекции расчетных методов определения выхода оксидов азота при сжигании

мазута в паровых и водогрейных котлах................ 170

4.4. Разработка предлагаемой к нормативному использованию методики расчетного определения выбросов оксидов азота в атмосферу при сжигании газа и мазута в паровых

и водогрейных котлах малой и средней мощности....... 171

5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОДАВЛЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА В КОТЛАХ МАЛОЙ И СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ..................................... 176

5.1. Обзор технологий, обеспечивающих снижение выбросов ЫОх в атмосферу при сжигании

органического топлива................................ 176

5.1-1. Основные положения теории образования ГОх

в пламени горящего топлива......................... 177

5.1-2. Классификация методов подавления образования N0*... 182

5.1-3. Принципиальное обоснование выбора метода

для разработки технологии Юх-по давления........... 186

5.2. Разработка концепции энерго-зкологической

технологии подавления образования Шх................ 190

5.2-1. Постановка задачи.................................. 190

5.2-2. Основные положения структурирования зоны горения... 191 5.2-3. Общее обоснование авторской концепции.............. 197

5.3. Теоретическое основы метода направленного дозированного балластирования Факела................. 206

5.3-1. Общие положения........................................................................206

5.3-2. Принципы активного воздействия на

зоны определяющего влияния..................................................212

5.3-3. Расчет воздействия впрыска на ЗОВ СП............................217

5.3-3. Расчет воздействия впрыска на ЗОВ СП)..........................222

6. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЭНЕРГО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ ОКСИДОВ АЗОТА ПРИ СЖИГАНИИ ТОПЛИВА... 228

6.1. Технология снижения выбросов оксидов азота методом направленного дозированного балластирования ЗОВ............228

6.1-1. Технические аспекты внедрения технологии......................230

6.1-2. Основные технические решения..............................................236

6.1-3. Результаты исследования знерго-экологической

эффективности технологии......................................................256

6.1-4. Реализация технологии на проектной стадии....................263

6.2. Разработка и внедрение смежных технологий

снижения выбросов оксидов азота............................................264

6.2-1. Каталитическое восстановление Шх на основе технологического автообеспечения катализатором..........265

6.2-2. Сжигание мазута в виде водомазутных эмульсий..............268

7. РАЗРАБОТКА ЭНЕРГО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ПАРОГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ..........272

7.1. Особенности обезвреживания парогазовых выбросов............272

7.1-1. Классификация выбросов и отходов......................................272

7.1-2. Особенности воздействия на человека

и обезвреживания неприятнопахнущих веществ С НПВ)... 274

7.2. Методы обезвреживания парогазовых выбросов......................272

7.3. Метод термоокислительного обезвреживания..........................284

7.3-1. Сравнение методов термического окисления......................285

7.3-2. Оценка эффективности термического обезвреживания... 286 7.3-3. Знерго-экологические принципы

термического сжигания............................................................287

7.3-4. Оптимальная организация процессов ТО............... 289

7.4. Практическая реализация энерго-экологических

методов термического обезвреживания.................. 295

7.4-1. Термическое обезвреживание отбросных газов производства мясо-костной муки мясокомбината....... 295

7.4-2. Термическое обезвреживание отбросных газов и

вентвыбросов рыбокоптильного производства......... 297

7.5. Повышение экономической эффективности

установок термического обезвреживания............... 297

8. РАЗРАБОТКА ЭНЕРГО-ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРИНЦИПОВ

СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА В ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЕЧАХ................. 301

8.1. Энерго-экологический анализ практики сжигания

топлива в топках сушильных установок................ 301

8.2. Совершенствование сжигания топлива в выносных

топках на базе энерго-эко логических принципов....... 304

8.3. Конструктивное усовершенстование выносных топок..... 312

8.4. Математическое описание температурных

характеристик выносных топочных устройств........... 315

9. РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ЦЕЛЕВЫХ

АТМОСФЕРООХРАННЫХ ПРОГРАММ............................ 318

9.1. Научные основы разработки атмосфероохранных

с

программ для Санкт-Петербурга на базе

целевого энерго-экологического анализа.............. 318

9.1-1. Обоснование приоритетного вредного вещества....... 319

9.1-2. Приоритетный анализ источников выбросов

оксидов азота в атмосферу города.................. 327

9.1-3. Вспомогательные стадии анализа.................... 328

9.2. Сведения о конкретных атмосфероохранных программах.. 330

ВЫВОДЫ................................................. 332

ЛИТЕРАТУРА............................................. 335

приложения:

1. Результаты территориального мониторинга загрязнения воздушного бассейна С.-Петербурга в 1995 г.

2. Результаты экспериментального определения концентрации оксидов азота в воздухе газифицированных квартир.

3. Результаты экспериментального определения концентрации оксидов азота в продуктах сгорания паровых котлов ДКВР-20-13.

4. Результаты экспериментального определения концентрации оксидов азота в продуктах сгорания паровых котлов ДКВР-10-13.

5. Методика расчета выбросов оксидов азота в атмосферу при сжигании топлива в паровых и водогрейных котлах.

6. Запрос Ленкомэкологии по уточнению методики.

7. Аттестация Центра Государственного санэпиднадзора.

8. Акт об экологической экспертизе Ленкомэкологии.

9. Рекомендация Газнадзора РФ по внедрению технологии.

10. Перечень объектов внедрения технологии снижения выбросов Шх.

11-13. Сведения о международной апробации результатов работы.

14. Программа мероприятий Центра Государственного санэпиднадзора по снижению фоновой концентрации оксидов азота в атмосферном воздухе С.-Петербурга С общая часть).

15. Программа снижения выбросов оксидов азота от котельных Красногвардейского филиала ГП "ТЭК С.-Петербурга"-

16. Письмо об организации программы снижения выбросов оксидов азота Кронштадтского филиала ГП "ТЭК С.-Петербурга".

17. Рабочие документы Красногвардейской администрации С.-Петербурга по организации программы снижения выбросов оксидов азота в атмосферу от теплоисточников района.

- 8 -введение

Актояпьнпгть_пшблвш. Неблагоприятное воздействие хозяйственной деятельности на различные сферы окружающей среды приблизилось к такому уровню, когда оно уже без преувеличения угрожает самому существованию человечества, вплоть до генетического уровня. Авторитетные научные прогнозы развития элементов биосферы, разработанные 70-х годах, получили экспертную оценку на экологическом форуме ООН 1992 г. и в докладе "Экология и развитие человечества" на аналогичном форуме в июне 1997 г. Выводы экспертов однозначно указывают на продолжающееся, несмотря на предпринимаемые усилия, опасное загрязнение и неблагоприятное изменение окружающей среды. Только за последние три года столетия и только глобальные природоохранные проекты потребуют неотложных затрат в размере 600 млрд. $.

В комплексной проблеме антропогенного изменения окружающей среды особую озабоченность вызывает загрязнение атмосферы. Дыхание - наиболее интенсивный биохимический контакт человека с окружающей средой, процесс биологически безостановочный и наименее поддающийся применению средств индивидуальной или групповой защиты и контроля. Вполне мыслимо и технически осуществимо обеспечить каждого человека средствами очистки питьевой воды. Но для вдыхаемого человеком атмосферного воздуха подобные мероприятия в массовом порядке практически неосуществимы.

В общей проблеме загрязнения атмосферы особенно остро стоит вопрос охраны воздушного бассейна населенных мест С в первую очередь - крупных промышленных городов). Профиль городской застройки существенно затрудняет естественный ветровой воздухообомен в приземном слое атмосферы. В аэродинамических "тенях" плотно застроенной части города, атмосфера которой и без того насыщена токсикантами, происходит застаивание загрязненного воздуха с все более опасным для здоровья людей накоплением вредных веществ, усу-

губляемым протеканием реакций фотохимического синтеза и образованием смогов. Если принять, например, запыленность атмосферы над поверхностью океана за единицу, то над сушей она составит: для сельских районов - 10, для небольших городов - 35, а для крупных -150 и более. Такое превышение загрязненности атмосферы больших городов на порядок характерно для большинства вредных примесей.

Атмосфера является тончайшим инструментом взаимодействия солнечного излучения со всей биосферой. Можно уверенно констатировать, что жизнь на Земле возникла и в процессе эволюции "подстроилась" именно под такую атмосферу, со всеми ее составляющими вплоть до микрокомпонентов. Возможную реакцию климата планеты и ее биосферы на активное антропогенное и техногенное вторжение в этот механизм в настоящее время трудно достоверно прогнозировать.

Проблема загрязнения атмосферы не является изолированной. Атмосферные процессы активно участвуют во "вторичном" загрязнении прочих природных сред. Воздушные массы могут за несколько дней на тысячи километров переносить вредные выбросы в виде газообразных компонентов, аэрозолей, твердых частиц и адсобированных на них веществ. В результате и в региональном, и в глобальном масштабе во вполне благополучных с экологической точки зрения районах могут загрязняться почва, растительность, водоемы.

Положение с состоянием воздушного бассейна населенных мест ухудшается, несмотря на значительные средства вкладываемые в технические и организационные мероприятия по предотвращению его загрязнения. Многолетняя ориентация на рассеивание выбросов, как метод "защиты" атмосферы привела к тому, что фоновая концентрация наиболее опасных вредных веществ в воздушном бассейне промышленных городов превышает ПДК, причем нередко - многократно. При этом в понятие фоновой концентрации обычно не включаются вредные вещества, вдыхаемые человеком на производственном рабочем месте и не-

посредственно в жилых помещениях. Исправить положение можно только радикальным изменением основополагающих принципов атмосфероохран-ной деятельности, ее целевой территориальной переориентацией на конечный результат. В такой ситуации особое значение приобретает возможность очень точного адресного использование вкладываемых в атмосфероохранные мероприятия средств с максимально достигаемым результатом реального оздоровления атмосферы в масштабах территории жилой зоны, городского района или города в целом.

Динамика основных показателей современной экономической ситуации в Российской Федерации, на первый взгляд, делает непредставительными и неизбирательными любые примеры по результатам мониторинга воздушного бассейна промышленных центров страны за последнее пятилетие: общеизвестны масштабы падения промышленного производства и, соответственно, сокращение объема выбросов вредных веществ в атмосферу. Однако именно в указанной совокупности с показателями регрессии экономики результаты наблюдения за состоянием атмосферы приводят к поразительному выводу.

Так по данным аналитического обзора "Экологическая обстановка в Ленинградской области в 1991 году" ССПб, "Ленкомэкология", 1993) в воздушный бассейн С.-Петербурга было выброшено 180,6 тыс. т вредных веществ С153,4 тыс.т - газообразных и жидких). Выбросы оксидов азота составили 39,4 тыс. т. По данным "Обзора выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на территории Санкт-Петербурга и Ленинградской области за 1995 год" С СПб, "Ленкомэкология", 1996) общий выброс вредных веществ сократился до 77,9 тыс. т С64,6 тыс.т газообразных и жидких), а выбросы оксидов азота - до 26,9 тыс.т. Ввиду такого сокращения выбросов естественно было бы ожидать снижения фоновых концентраций вредных веществ. Однако налицо обратное: среднегодовая концентрация NOx в целом по городу увеличилась с 1,5 до 1,8 ПДК, а в наиболее загрязненных районах - с 1,8-2,2 до

- и -

2-3 ПДК. Максимальные разовые превышения возросли с 10-12 до 15-18 ПДК-

Объяснить такое положение только возросшими выбросами от автотранспорта невозможно. Для Центрального района С.-Петербурга с очень насыщенным движением автотранспорта такое объяснение еще выглядит логично. Но в перечень наиболее загрязненных попали индустриальные Калининский и Колпинский районы» а также хорошо "проветриваемый" Василеоегровский. Возросла также фоновая концентрация фенола» большинство примесей характеризуются прежним уровнем загрязнения и лишь по нескольким позициям зафиксировано снижение. Причем одно из них - по оксиду углерода, что еще раз опровергает тезис об определяющем влиянии автотранспорта на современный уровень загрязнения городского воздушного бассейна.

Необъяснимая динамика загрязнения воздуха усугубляется явлениями чисто экономического характера. При установившейся в промыш-ленно развитых странах норме бюджетных расходов на природоохранную деятельность в 2-3 %, бюджет Российской Федерации в 1995-97гг. отводит на эти цели по 0,30-0,32 % (!). По данным от