автореферат диссертации по строительству, 05.23.19, диссертация на тему:Снижение загрязнения воздушной среды при эксплуатации котельных городского хозяйства

На правах рукописи

П'/' ,

/Л Чп I

ЛЫСОВА ЕКАТЕРИНА ПЕТРОВНА

СНИЖЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОТЕЛЬНЫХ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

05.23.19 Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 0КТ 2015

Волгоград — 2015

005563810

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный строительный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Беспалов Вадим Игоревич

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Гапонов Владимир Лаврентьевич

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Производственная безопасность», ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический

университет»

Чебанова Светлана Александровна

кандидат технических наук,

старший преподаватель кафедры

«Технологии строительного

производства», ФГБОУ ВП0

«Волгоградский государственный

архитектурно-строительный

университет»

ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный политехнический

университет (НПИ) имени М.И. Платова»

Защита диссертации состоится 10 декабря 2015 г. в 10.00 на заседании диссертационного совета ДМ 212.026.05 при ФГБОУ ВПО Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. Б-203.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный архитектурно-строительный университет».

Автореферат разослан «16» октября 2015 г.

Ученый секретарь Юрьев

диссертационного совета Юрий Юрьевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В современных условиях развития городов остро СТ01П- проблема загрязнения воздушного бассейна. Наиболее значимыми по вкладу в загрязнение воздушного бассейна городов объектами являются предприятия жилищно-коммунальной сферы, в первую очередь, котельные городского хозяйства, которые размещены на территории городов и не могут быть вынесены за ее пределы. Снижения концентрации загрязняющих веществ (ЗВ), содержащихся в отходящих газах котельных, можно достичь на основе реализации комплекса мероприятий, в рамках которого значимое место занимают специальные инженерно-экологические мероприятия - очистка отходящих газов и их рассеивание (в случае необходимости). При этом выбор методов, способов и технических средств очистки отходящих газов в настоящее время определяется простотой технической реализации на основе, как правило, экономического сравнения альтернативных вариантов.

В условиях современного производства необходимо контролировать обеспечение максимальной экологической эффективности при экономичной организации процессов. При этом оценка экологичности и экономичности процесса очистки может быть проведена на основе изучения и определения энергетических параметров и устойчивости загрязняющего аэрозоля при его разрушении как дисперсной системы в процессе очистки отходящих газов.

Таким образом, актуальность исследований, направленных на обоснование и разработку технических решений по снижению загрязнения воздушного бассейна городов от выбросов котельных до нормативных значений {ПДКСС) обусловили выбор темы диссертационной работы.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Инженерная защита окружающей среды» ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ по теме: «Разработка методологических основ создания безопасных и экологически чистых систем защиты населенных мест от антропогенных факторов», № гос. регистрации 01.99.0006443; с Программой Стратегического развития университета на 2012-2016 гг. по теме научно-образовательного проекта 2.5.6 «Решение комплексных проблем по разработке методологии выбора комплекса высокоэффективных и экономичных градостроительных, технологических и специальных инженерных мероприятий по обеспечению экологической безопасности территорий городских застроек», а также с заданием №2014/172 на выполнение государственных работ в сфере научной деятельности в рамках базовой части государственного задания Минобрнауки России по проекту №1827 «Научное обоснование концепции и разработка методологии оценки, расчета и проектирования экологически эффективных и энергетически экономичных способов и средств снижения загрязнения выбросов предприятий строительной индустрии и

объектов городского хозяйства для обеспечения экологической безопасности территорий населенных мест».

Степень разработанности темы. Вопросами исследования и оценки негативного воздействия котельных на компоненты окружающей среды, изучением задач, связанных с очисткой и рассеиванием ЗВ, совершенствованием техники и технологии очистки и рассеивания отходящих газов занимались и занимаются многие ученые — Велик С.Е., Беспалов В.И., Богуславский Е.И., Вальдберг АЛО., Внуков А.К., Глузберг В.Е., Гращенков Н.Ф., Дьяков В.В., Журавлев В.К., Журавлев В.П., Забурдяев Г.С., Ионкин И.Л., Ищук И.Г., Кирин Б.Ф., Клебанов Ф.С., Котлер В.Р., Кудряшов В.В., Ливчак И.Ф., Логачев И.Н., Луговской С.И., Лукьянов А.Б., Менковский М.А., Минко В.А., Мишнер Й., Мягков Б.И., Никитин B.C., Перцев Н.В., Пирумов А.И., Поздняков Г.А., Рекун В.В., Росляков П.В., Саранчук В.И., Сигал И.Я., Сидоренко В.Ф., Соколова Г.Н., Страхова H.A., Тугов А.Н., Ужов В.Н., Цыцура A.A., Шварцман Л.А., Шмиголь И.Н., Штокман Е.А., Javris J., Khan S., Rigby A., Soud N. и другие.

Однако, энергетические параметры и устойчивость загрязняющего аэрозоля, характеризующие условия его зарождения, развития и разрушения, остаются мало изученными, что обусловило выбор направления исследования. Кроме того, важной задачей является правильный выбор конструктивных особенностей и рабочих характеристик каждого функционального элемента систем борьбы с ЗВ еще на стадии его проектирования.

Цель работы - повышение степени экологической безопасности городских территорий на основе применения высокоэффективных и экономичных способов и средств очистки отходящих газов котельных, выбор которых базируется на положениях теории устойчивости дисперсных систем, позволяющих при учете параметров свойств и энергетических параметров управлять поведением загрязняющих аэрозолей с целью уменьшения устойчивости и, в конечном счете, их разрушения.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

- построена физическая модель процесса загрязнения воздушной среды для условий эксплуатации котельных, которая раскрывает взаимосвязь между основными физическими объектами, участвующими в этом процессе, и позволяет определить направления изменения устойчивости ЗВ как основного объекта на каждом этапе загрязнения;

- выполнен анализ основных методик выбора очистного оборудования с целью выявления наиболее приемлемой для дальнейшего совершенствования и возможности применения для условий эксплуатации котельных;

- построена физическая модель процесса снижения загрязнения воздушной среды для условий эксплуатации котельных, выявляющая взаимосвязь между основными физическими объектами, участвующими в этом процессе, и

Позволяющая предложить структуру специальной инженерно-экологической системы, в которой на ЗВ последовательно и целенаправленно оказывают внешние воздействия с целью снижения загрязнения воздушной среды за счет снижения их устойчивости;

- определены роль и место способов и средств очистки отходящих газов котельных в классификационной схеме систем обеспечения нормативных параметров воздушной среды;

- усовершенствовано математическое описание результирующих параметров (экологической эффективности и энергоемкостного показателя) процесса очистки отходящих газов от загрязняющих веществ для условий эксплуатации котельных;

- усовершенствована методика выбора высокоэффективных и экономичных способов и средств очистки отходящих газов и расчета их оптимальных рабочих параметров для условий эксплуатации котельных;

- проведены экспериментальные исследования процесса очистки для котельных и сопоставлены результаты теоретических и экспериментальных исследований;

- выполнена практическая апробация методики выбора высокоэффективных и экономичных систем борьбы с загрязняющими веществами для условий эксплуатации котельных.

Научная новизна работы:

- получена новая параметрическая зависимость эффективности перехода молекулы газа в область на границе раздела фаз «газ-жидкость» за счет абсорбционных сил Епабс при расчете эффективности процесса очистки отходящих газов котельных путем учета в формуле коэффициента абсорбции для газов и воды и коэффициента ускорения абсорбции в жидкой фазе в случае протекания в ней химической реакции;

- в результате исследования энергетических параметров процесса очистки отходящих газов котельных получены новые параметрические зависимости энергии абсорбционного взаимодействия молекул газа и жидкости и энергии химического взаимодействия (Ггк„. при расчете энергии, расходуемой на взаимодействие газового потока с диспергированной жидкостью энергоемкостного показателя за счет введения в формулы соответственно коэффициента абсорбции и коэффициента ускорения абсорбции в жидкой фазе в случае протекания в ней химической реакции;

- усовершенствована методика выбора высокоэффективных и экономичных способов и средств очистки отходящих газов котельных путем формирования блока исходных данных для выбора способов и расчета функциональных элементов системы очистки и создания алгоритма реализации предлагаемой методики.

Теоретическая и практическая значимость работы:

- предложена методика, позволяющая осуществлять выбор высокоэффективных н экономичных способов и средств очистки отходящих газов котельных, а также

расчет оптимальных рабочих параметров процесса очистки для котлоагрегатов котельных;

- полученные параметрические зависимости эффективности и энергоемкостного показателя позволяют определять пути совершенствования процесса очистки отходящих газов котельных с целью максимально экономичного обеспечения нормативного загрязнения городских территорий на основе анализа и управления функционально независимыми параметрами процесса, изменение которых влечет за собой одновременное повышение значений эффективности и энергоемкостного показателя;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» при проведении практических занятий со студентами направления подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» профиля «Инженерная защита окружающей среды» по курсам «Системы жизнеобеспечения населенных мест», «Теоретические основы защиты окружающей среды», «Процессы и аппараты защиты окружающей среды», «Управление охраной окружающей среды».

Методология и методы исследования базируются на основных положениях теории дисперсных систем, системного анализа и теории моделирования систем, аналитическом обобщении известных научных и практических результатов, методах теории вероятности и математической статистики, экспертных оценках, и других методах.

Положения, выносимые на защиту:

- введенные при расчете параметрических зависимостей экологической эффективности и энергоемкостного показателя процесса очистки отходящих газов котельных коэффициент абсорбции для газов и воды, учитывающий степень растворения газов в жидкости, и коэффициент ускорения абсорбции в жидкой фазе в случае протекания в ней химической реакции, учитывающий химическое взаимодействие газообразных ЗВ с каплями орошающей жидкости, более полно отражают особенности взаимодействия газообразных загрязняющих веществ с орошающей жидкостью, позволяют оптимизировать рабочие параметры и прогнозировать степень экологической безопасности различных вариантов системы очистки отходящих газов котельных;

- параметрический анализ экологической эффективности и энергоемкостного показателя процесса очистки отходящих газов котельных позволяет определить пути дальнейшего совершенствования технологий ее реализации на основе анализа и управления функционально независимыми параметрами процесса;

- методика выбора высокоэффективных и экономичных способов и средств очистки отходящих газов котельных позволяет сформировать систему очистки с максимальными значениями экологической эффективности и энергетической экономичности для обеспечения экологической безопасности городских территорий.

Степень достоверности научных положений, выводов и рекомендаций соответствует современным требованиям и обоснована использованием в исследованиях основополагающих законов фундаментальных наук: коллоидной и физической химии, физики, статистики, математики. Достоверность результатов определяется корректностью постановки задач, обоснованностью принятых допущений, адекватностью теоретических обоснований и практических результатов лабораторных экспериментов с учетом погрешностей полученных данных.

Апробация результатов. Основные положения и результаты работы докладывались и получили одобрение на Международных научно-практических конференциях института инженерно-экологических систем РГСУ (Ростов-на-Дону, 2009-2013г.г.); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной Году охраны окружающей среды и 65-летию Уфимского государственного нефтяного технического университета «Малоотходные, ресурсосберегающие химические технологии и экологическая безопасность» (г. Стерлитамак, 2013г.): Международной заочной научно-практической конференции «Современные тенденции в образовании и науке» (г. Тамбов, 2013г.); Международной научно-практической конференции «Теоретико-методологические и прикладные аспекты науки» (г. Уфа, 2014 г.); Международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований'2014» (г. Одесса, 2014г.); Международной научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития технических наук» (г. Уфа, 2015 г.); Международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований'2015» (г. Одесса, 2015г.); Международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании'2015» (г Одесса 2015г.).

Основная идея работы заключается в применении теории дисперсных систем к описанию свойств и поведения загрязняющих веществ, содержащихся в отходящих газах котельных, в выборе рациональных средств очистки на основе математического описания и последующей оптимизации эффективности и энергетической экономичности процесса снижения загрязнения воздушного бассейна городских территорий.

Вклад автора в проведенное исследование состоит в:

- непосредственном участии на всех этапах исследования процессов загрязнения и снижения загрязнения воздушной среды для условий эксплуатации котельных;

- разработке физических моделей процессов загрязнения и снижения загрязнения воздушной среды для условий эксплуатации котельных;

- получении новых параметрических зависимостей при расчете эффективности и энергоемкостного показателя процесса очистки отходящих газов котельных;

- совершенствовании методики выбора высокоэффективных и экономичных

способов и средств очистки отходящих газов, расчета их оптимальных рабочих параметров для условий эксплуатации котельных и создании алгоритма ее реализации;

- проведении экспериментальных исследований процесса очистки для котельных и сопоставлении результатов теоретических и экспериментальных исследований;

- личном участии в апробации результатов исследования;

- подготовке основных публикаций по выполненной работе.

Реализация результатов работы:

- разработаны и внедрены системы очистки отходящих газов от газообразных загрязняющих веществ для производственно-отопительной котельной ООО «Азовский завод упаковки» г. Азова Ростовской области, отопительных котельных ООО «Дельта» и ООО «Строй-инжиниринг» г. Ростова-на-Дону;

- результаты исследований использованы при проведении учебных занятий в ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет» (чтение лекций, проведение практических занятий со студентами направления подготовки 20.03.01 «Техносферная безопасность» профиля «Инженерная защита окружающей среды» по курсам «Системы жизнеобеспечения населенных мест», «Теоретические основы защиты окружающей среды», «Процессы и аппараты защиты окружающей среды», «Управление охраной окружающей среды»);

- результаты исследований приняты к рассмотрению и могут быть применены в практической деятельности ООО «ЛУКОИЛ-Ростовэнерго» г. Ростова-на-Дону.

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 37 работах, в том числе в 6 статьях, опубликованных в изданиях, рекомендуемых ВАК России, 2 статьях, индексируемых в «Scopus», 1 патенте на полезную модель.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы 173 страницы, в том числе: 125 страниц — основной текст, содержащий 10 таблиц на 7 страницах, 12 рисунков на 9 страницах; список литературы из 134 наименований на 16 страницах; 15 приложений на 32 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследования и поставлены задачи для ее достижения, проанализированы научная новизна и практическая значимость исследования, а также приводятся сведения о положениях, выносимых на защиту.

Первая глава посвящена обзору состояния вопроса и выбору направления исследования. В главе проведен анализ основных загрязнителей воздушного бассейна городов, позволяющий заключить, что среди стационарных источников загрязнения ведущее место занимают предприятия топливно-энергетического комплекса (ТЭК), в частности котельные, которые рассредоточены по территории

городской застройки и вносят существенный вклад в загрязнение компонентов окружающей среды, первую очередь атмосферного воздуха.

На основе изучения параметров свойств компонентов отходящих газов в качестве дисперсной системы, для детального анализа их воздействия построена физическая модель процесса (ФМП) загрязнения воздушной среды (рисунок 1).

!ЛИ процесс обрзжванта ЗВ (Р,^,)

Рисунок 1 - Блок-схема физической модели процесса загрязнения воздушной среды

для котельных

Сущность ФМП загрязнения с учетом возможности реализации последовательно зависимых событий может быть выражена следующей формулой, характеризующей вероятность реализации процесса загрязнения воздушной среды (Рза?р.) как совокупность вероятностей последовательного протекания взаимозависимых процессов образования загрязняющих веществ (Ро6р), внутреннего и внешнего их выделения (Рвыд (1), Реыд(2)) и распространения в воздушной среде (.Рраспр^) •

Рзагр. Робр. ' Рвыд (!) ' Реыд (2) ' Рраспр. •

(1)

Исследование существующих методик оценки и выбора оптимальных мероприятий для снижения загрязнения воздушной среды объектов городского хозяйства, в том числе котельных позволило установить, что наиболее приемлемой является комплексная методика выбора экологически эффективных и энергетически экономичных инженерно-экологических мероприятий, в которой основными оптимизационными критериями выступают эффективность снижения загрязнения воздушного бассейна и энергоемкостный показатель процесса очистки отходящих газов, пока не имеющие совершенного математического описания для рассматриваемых производственно-технологических условий эксплуатации котлоагрегата.

Выбранная за основу методика базируется на элементарных последовательностях выбора функциональных элементов, технических способов и средств их реализации, построена на аналитико-логических схемах, включающих большой объем оперативной и нормативно-справочной информации, параметрические зависимости эффективности и энергоемкостного показателя процесса обеспыливания, а также ряд краевых условий.

Вторая глава посвящена теоретическим исследованиям процесса снижения загрязнения воздушной среды для котельных. В основу построения ФМП снижения загрязнения воздушной среды положена ФМП загрязнения (рисунок 2).

С позиции теории устойчивости дисперсных систем сущность процесса снижения загрязнения воздушной среды заключается в разрушении всех дисперсных систем, перешедших в состояние аэрозоля. Математически сущность процесса снижения загрязнения воздушной среды Разве с учетом вероятности реализации процесса очистки Ро и процесса рассеивания Рр как зависимых робытий в нашем случае выражается формулой:

Анализ построенной ФМП снижения загрязнения воздушной среды для котлоагрегата позволяет нам предложить схему последовательного перевода загрязняющих веществ как дисперсных систем из одного качественного состояния в другое (загрязняющий аэрозоль - материал загрязняющего вещества) и, в конечном счете, в дальнейшем предложить структуру специальной инженерно-экологической системы, в которой на загрязняющие вещества, содержащиеся в отходящих газах, будут последовательно и целенаправленно оказываться соответствующие внешние воздействия.

Рсзвс = 1-(1-Ро)- (1-Рр).

(2)

Рисунок 2 - Блок-схема физической модели процесса снижения загрязнения воздушной среды для котельных

Автором усовершенствована методика выбора экологически эффективных и энергетически экономичных инженерно-экологических мероприятий по очистке отходящих газов котельных (рисунок 3) с учетом того, что эффективность снижения загрязнения воздушной среды и энергоемкостный показатель процесса очистки, выступающие в этой методике основными оптимизационными критериями, для рассматриваемых производственно-технологических условий эксплуатации котлоагрегата пока не имеют совершенного математического описания.

Для практической реализации методики усовершенствованы параметрические зависимости экологической эффективности и энергоемкостного показателя как результирующих параметров реализации процесса очистки отходящих газов с учетом того, что для других альтернативных вариантов такие зависимости уже известны. По результатам анализа параметрических зависимостей представлены основные направления совершенствования способов и средств очистки отходящих газов котельных.

Рисунок 3 - Блок-схема реализации методики оценки и выбора максимально экологически эффективных и энергетически экономичных средств очистки отходящих газов котельных

С учетом введения коэффициентов абсорбции для газов и воды и ускорения абсорбции в жидкой фазе в случае протекания в ней химической реакции в формулу расчета эффективности перехода молекулы газа в область на границе раздела фаз за счет абсорбционных сил Епабс новая параметрическая зависимость эффективности процесса очистки отходящих газов котельных имеет вид:

максимальным значением обладает только один вариант технологии очистки

второй этап

- формирование вариантов технологий (метод - способ ~ вид) реализации процесса очистки отходящих газов от токсичных компонентов

первый этап

- сбор информации о технологических параметрах реализации процесса очистки отходящих газов от токсичных компонентов на источнике их выброса в атмосферу

третий этап

- сопоставление технологических особенностей и параметров вариантов технологий (метод - способ ■••вид) реализации процесса очистки отходящих газов от токсичных компонентов с характеристиками объекта городской среды и особенностями территории его расположения;

— отбор вариантов технологий, которые приемлемы по соответствию технологических особенностей и параметров требуемым условиям

ЧЕТВЕРТЫЙ* ЭТАП - расчет эффективности очистки (Е,ф (о)) по каждому варианту технологий (метод -способ - вид) реализации процесса очистки отходящих газов от токсичных компонентой и дополнительный отбор только тех вариантов, которые обеспечивают

достижение ПДК в прн-земиом

выбор этой технологии очистки, расчет её технологических параметров, проектирование п реализация с подбором технических средств

выбор технологии, обладающей максимальной эффективность«» очистки, ей технологическое усовершенствование с нелыо повышения эффективности до требуемого уровня, расчет её технологических параметров, проектирование и реализация с подбором технических средств

максимальным (одинаковым) значением Ё* обладает несколько вариантов технологии

ОЧИСТКИ

выоор оптимального варианта ло минимальному и.» соответствующих значений затраченной энергии Лу расчет технологических параметров, проектирование и реализация с

подбором соответствующих

технических соедств

дополнительный отбор технологий очистки

пятый этап

расчет энергоёмкостного показателя Е* для каждого варианта (если их несколько) технологии реализации

процесса очистки отходящих газов от токсичных компонентов и окончательный выбор оптимальной технологии очистки

\

о |

г--

расчет технологических параметров, проектирование и реализации с подбором соответствующих технических средств Ч_-

rvYI

/ 2 1,8В \2/3 /

1- 1----г—■ 1-0,032-о

V 3 u-v-D.-dl) \ '

dh ■ р„

Q„ ■ D, • ц„ ■ vK

Р ш 'd}'VK'ea

1 ~ ...-Х

36 Нв'<*к

■НО4«"!

С учетом введения коэффициента абсорбции для газов и воды в формулу расчета энергии абсорбционного взаимодействия молекул газа и жидкости 1Га,-,с и коэффициента ускорения абсорбции в жидкой фазе в случае протекания в ней химической реакции в формуле расчета энергии химического взаимодействия '^iiu получена новая параметрическая зависимость энергоемкостного показателя:

Е^КауУкК-Вх _ ( г Ю-26 6г"-<х„-г-(1-с<»Дг)\

' " рл -dcyfTi^a

Автором сформирован также блок исходных данных для выбора способов и расчета функциональных элементов системы борьбы с загрязняющими веществами и предложен алгоритм реализации методики (рисунок 4), в котором основные этапы реализации алгоритма соответствуют основным этапам методики.

В третьей главе с целью выявления оптимальных диапазонов рабочих параметров процесса очистки отходящих газов гидроорошением, практической проверки результатов теоретических исследований автором проведена серия экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования включали два этапа: предварительный и основной. Целью предварительного этапа экспериментальных исследований являлось выявление возможностей стенда по созданию требуемого диапазона изменения измеряемых параметров; определение варьируемых и результирующих параметров работы стенда. Целью основного этапа экспериментальных исследований являлось определение значений результирующих параметров в соответствующих диапазонах изменения варьируемых параметров. На основном этапе экспериментов производили исследование и оптимизацию процесса очистки воздушного потока от оксидов азота, диоксида серы и оксида углерода. Основной этап экспериментальных исследований выполняли на стенде кафедры «Инженерная защита окружающей среды» ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет», имитирующем процесс сжигания органического топлива в котлоагрегате.

Сопоставление результатов теоретических разработок и экспериментальных исследований проведено наиболее наглядным графическим способом, с учетом погрешности проведенных измерений.

Рисунок 4 - Алгоритм реализации методики оценки и выбора максимально экологически эффективных и энергетически экономичных средств очистки отходящих газов котельных

Метрологическая проработка использованных в экспериментальных исследованиях приборов и статическая обработка результатов предварительных экспериментов показали, что:

1) максимальная погрешность измерений концентрации газообразных ЗВ используемыми приборами составляет 10,5% при доверительной вероятности Р=0,95;

2) максимальная погрешность измерений затраченной энергии используемыми приборами составляет 11,7% при доверительной вероятности Р=0,95.

На рисунке 5 приведены примеры графического сопоставления эмпирических зависимостей, полученных обработкой методом анализа размерностей, с теоретическими, полученными в результате реализации математической модели физических процессов газоочистки орошением. На графиках представлены теоретические и эмпирические кривые с соответствующими зонами,

1 — результаты теоретических данных; 2 - результаты экспериментальных

исследований; 3 - границы доверительного интервала а) при рН=10,5 (очистка отЫОх) б) при рН=4,8 (очистка от СО, 802) Рисунок 5 — Зависимость эффективности и энергоемкостного показателя Еэ от давления орошающей жидкости

Анализ графиков показывает, что с учетом погрешности измерений, результаты теоретических расчетов в достаточной степени согласуются с данными экспериментальных исследований.

Сопоставление экспериментальных данных с результатами теоретического описания физических процессов газоочистки орошением позволило выявить достаточную степень сходимости теоретических и практических данных. Это дает

возможность утверждать, что предложенное математическое описание эффективности и энергоемкостного показателя вполне приемлемо для выбора оптимальных по эффективности и экономичности способов и средств очистки отходящих газов котельных.

В четвертой главе представлены результаты практической реализации предложенной автором методики, определены оптимальные рабочие параметры и внедрены технологические схемы реализации процесса очистки отходящих газов котельных:

- ООО «Азовский завод упаковки»: эффективность очистки отходящих газов по оксидам азота и оксиду углерода обеспечивает соблюдение ПДК на границе санитарно-защитной зоны (расчет рассеивания ЗВ в атмосферном воздухе не выявил превышений ПДК в расчетных точках ни по одному из веществ), эколого-экономический эффект от внедрения - 14254,5 руб./год;

- ООО «Дельта»: эффективность очистки отходящих газов по оксидам азота и оксиду углерода обеспечивает соблюдение ПДК на границе санитарно-защитной зоны (расчет рассеивания ЗВ в атмосферном воздухе не выявил превышений ПДК в расчетных точках ни по одному из веществ), эколого-экономический эффект от внедре!шя - 21334,5 руб./год;

- ООО «Строй-инжиниринг»: эффективность очистки отходящих газов по оксидам азота и оксиду углерода обеспечивает соблюдение ПДК на границе санитарно-защитной зоны (расчет рассеивания ЗВ в атмосферном воздухе не выявил превышений ПДК в расчетных точках ни по одному из веществ), эколого-экономический эффект от внедрения - 18590,5 руб./год.

С целью расширения области практического применения диссертационной работы методика выбора высокоэффективных и экономичных систем борьбы с загрязняющими веществами для котельных апробирована в учебном Процессе при подготовке бакалавров и магистров профиля «Инженерная защита окружающей среды» в курсе лекции и на практических занятиях по дисциплинам «Системы жизнеобеспечения населенных мест», «Теоретические основы защиты окружающей среды», «Процессы и аппараты защиты окружающей среды», «Управление охраной окружающей среды».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе представлено решение актуальной проблемы по повышению экологической безопасности городских территорий за счет снижения негативного воздействия котельных на состояние окружающей среды путем разработки и практической реализации теоретических и методических положений методики выбора экологически эффективных и энергетически экономичных инженерно-экологических мероприятий по реализации очистки отходящих газов на базе использования основных положений теории устойчивости дисперсных систем.

Основные результаты и выводы по работе:

1. Построена физическая модель процесса снижения загрязнения воздушной среды для котельных, раскрывающая взаимосвязь между основными физическими объектами, участвующими в процессе очистки воздушной среды.

2. Уточнено математическое описание результирующих параметров (эффективности и энергоемкостного показателя) процесса очистки отходящих газов гидроорошением для условий эксплуатации котлоагрегата.

3. Усовершенствована методика выбора высокоэффективных и экономичных систем борьбы с загрязняющими веществами и расчета ее оптимальных рабочих параметров для условий эксплуатации котлоагрегата котельных.

4. Проведены экспериментальные исследования и оптимизация процесса очистки отходящих газов от оксидов азота, диоксида серы и оксида углерода, определена достоверность результатов теоретических исследований.

5. Результаты исследований проверены на практике на котлоагрегатах котельных ООО «Дельта» (г. Ростов-на-Дону), ООО «Строй-инжиниринг» (г. Ростов-на-Дону) и ООО «Азовский завод упаковки» (г. Азов), а также в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Ростовский государственный строительный университет».

6. На основе предложенной методики оценки и выбора максимально экологически эффективных и энергетически экономичных способов и средств очистки отходящих газов котельных городского хозяйства, исследования параметрических зависимостей экологической эффективности и энергоемкостного показателя процесса очистки отходящих газов выполнена разработка нового инженерного решения - устройства для очистки и утилизации отходящих дымовых газов (патент на полезную модель № 154658 Российская Федерация МПК ВОЮ 47/02 (2006.01), ВОЮ 47/06 (2006.01)).

В работе даны практические рекомендации по повышению экологической эффективности и энергетической экономичности технологий гидродинамической очистки отходящих газов котельных городского хозяйства на основе анализа и управления функционально независимыми параметрами результирующих зависимостей -эффективности и энергоемкостного показателя процесса очистки, а также намечены перспективы дальнейшей разработки темы, заключающиеся в предложениях по совершенствованию процесса гидродинамической очистки отходящих газов.

Условные обозначения

В - константа межмолекулярного взаимодействия, Дж м2; цв - динамическая вязкость воздуха, Па с; г»к - средняя скорость капли, м/с; Ог - коэффициент диффузии газа, м3/с; с!к - средний поверхностно-объемный диаметр капли, м; рж -плотность орошающей жидкости, кг/м3; ()н — расход орошающей жидкости, м3/с; а — коэффициент абсорбции для газов и воды; Ав - коэффициент полноты перекрытия канала вентпотока факелом диспергированной жидкости; п; — коэффициент, характеризующий скоростной режим распространения жидкостного аэрозоля в активной зоне очистки; х ~ коэффициент ускорения абсорбции в жидкой фазе при

протекании в ней химической реакции; ha - длина активной зоны факела орошения, м; В1 - коэффициент, учитывающий направление и величину скорости потока загрязняющих веществ в активной зоне процесса очистки; Н„ - давление жидкости, создаваемое насосом непосредственно перед оросителем, Па; Я™ - полное давление воздуха во всасывающем (нагнетающем) сечении побудителя тяги (вентилятора), Па; Н„ - потери давления в сети воздуховодов от всасывающего (нагнетающего) сечения побудителя тяги (вентилятора) до начальной границы активной зоны процесса очистки, Па; d, - эквивалентный диаметр поперечного сечения активной зоны процесса очистки, м; ц - коэффициент расхода соплового отверстия оросителя; dc - диаметр соплового отверстия оросителя, м; сгж_г - поверхностное натяжение жидкости на границе «жидкость-газ», Н/м.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Работы, опубликованные в рецензируемых научных журналах и изданиях

1. Лысова, Е. П. Анализ методов выработки электрической и тепловой энергии на предприятиях топливно-энергетического комплекса с учетом критериев экологичности и эффективности использования топливно-энергетических ресурсов [Электронный ресурс] / Е. П. Лысова, Л. А. Лисутина // Науковедение. - 2013. - № 5. - URL: naukovedenie.ru/PDF/23trgsu513.pdf.

2. Лысова, Е. П. Выбор критериев оценки мероприятий по обеспечению экологической безопасности предприятий топливно-энергетического комплекса [Электронный ресурс] / Е. П. Лысова // Инженерный вестник Дона. - 2013. - № 3. -URL: http://vvvvw.ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2013/1965

3. Анализ свойств токсичных компонентов отходящих и выхлопных газов стационарных и передвижных источников для урбанизированных территорий [Электронный ресурс] / Л. 3. Ганичева, Н. В. Юдина, Е. П. Лысова и др. // Научное обозрение. - 2014. - № 7. _ ч. 3. - С. 767-770. - URL:

http://wvvvv.sced.ru/ru/index.php?option=com_content&view=article&id=107:-q&catid=21

4. Анализ традиционно применяемых способов очистки выбросов на предприятиях топливно-энергетического комплекса [Электронный ресурс] / Е. П. Лысова, В. И. Беспазов, Н. С. Самарская и др. // Научное обозрение. - 2014. - № 9. -Ч- 3. - С. 921-924. - URL: http://wvwv.sced.ru/ru/index.php?option=com_content&view=article&id=107:-q&catid=21

5. Лысова, Е. П. Разработка физической модели процесса снижения загрязнения воздушной среды для предприятий топливно-энергетического комплекса [Электронный ресурс] / В. И. Беспалов, Е. П. Лысова// Научное обозрение. - 2014.

№ 7- Ч. 3. - С. 914-917. - URL:

http://vwwv.sced.ru/ru/index.php?option=com_content&vievv=article&id=107:-q&catid=21

6. Разработка методики оценки описания свойств и особенностей поведения загрязняющих веществ для предприятий топливно-энергетического комплекса

[Электронный ресурс] / Е. П. Лысова, О. Н. Парамонова, Н. В. Юдина и др. // Научное обозрение. - 2014. - № 9. - Ч. 3. - С. 917-921. - URL: http://vvw\v.sced.ru/ru/index.php?option=com_content&vievv=article&id=107:-q&catid=21 Работы, опубликованные в научных журналах и изданиях, индексируемых в «Scopus»

7. Developmeht of Physical and Energy Concept for Assessment and Selection of Technologies for Treatment of Emissions from Urban Environment Objects. [Электронный ресурс] / V. I. Bespalov, O. S. Gurova, E. P. Lysova и др. // BIOSCIENCES BIOTECHNOLOGY RESEARCH ASIA. - 2014. - December. - Vol. 11(3). - p. 1615 - 1620. DOI: http://dx.doi.org/10.13005/bbra/1560 (Received: 30 October 2014; accepted: 05 December 2014). - URL: http://www.biotech-asia.org/dnload/Vadim-Igorevich-Bespalov-Oksana-Sergeevna-Gurova-Natalia-Sergeevna-Samarskaya-Ekaterina-Petrovna-Lysova-and-Alexandra-Nicolaevna-Mishchenko/BBRAV 11103P1615-1620.pdf

8. Development and Choice of an Evidence-based Technique of the Most Ecologically Effective and Energetically Economic Technologies of Cleaning of Toxic Components of the Departing and Exhaust Gases of Objects of an Urban Environment Assessment. [Электронный ресурс] / V. I. Bespalov, O. S. Gurova, E. P. Lysova и др. // BIOSCIENCES BIOTECHNOLOGY RESEARCH ASIA. - 2015. - August. - Vol. 12 (2).

- p. 1459-1470. DOI: http://dx.doi.org/10.13005/bbra/1805 (Received: 10 April 2015; accepted: 19 June 2015). - URL: http://www.biotech-asia.org/dnload/Vadim-Igorevich-Bespalov-Oksana-Sergeevna-Gurova-Oksana-Nickolaevna-Paramonova-and-Ekaterina-Petrovna-Lysova/BBRAV 12I02P1459-1470.pdf

Патент на полезную модель

9. Пат. RU 154658 U1 Российская Федерация МПК B01D 47/02 (2006.01), B01D 47/06 (2006.01). Устройство для очистки и утилизации отходящих дымовых газов [Текст] / Е. П. Лысова, H. С. Самарская, Т. Л. Пирожникова. - № 2015109181/05; за-явл. 16.03.2015; опубл. 27.08.2015, Бюл. № 24.

Отраслевые издания и материалы конференций

10. Лысова, Е. П. Разработка физической модели процесса загрязнения воздушной среды для производственно-отопительных котельных [Текст] / С. В. Мещеряков, Е. П. Лысова, Ю. В. Елецкая // Строительство - 2003: Мат. Межд. науч.-практ. конф. -Ростов н/Д.: Рост. гос. строит, ун-т, 2003. -С. 29-31

11. Лысова, Е. П. Разработка физической модели процесса снижения загрязнения воздушной среды для производственно-отопительных котельных [Текст] / Ю. В. Елецкая, Е. П. Лысова // Строительство - 2003: Мат. Межд. науч.-практ. конф.

- Ростов н/Д.: Рост. гос. строит, ун-т, 2003. - С. 31-33

12. Лысова, Е. П. Математическое описание энергоемкостного показателя процесса очистки гидродинамическим методом [Текст] / Е. П. Лысова, Ю. В. Елецкая, П. В. Ломакин // Строительство — 2005: Мат. Межд. науч.-практ. конф. — Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2005. - С. 129-131

13. Лысова, Е. П. Совершенствование математического описания эффективно-

сти процесса очистки гидродинамическим методом [Текст] / Ю. В Елецкая, Е. П. Лысова // Строительство - 2005: Мат. Межд. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д.: Рост, гос. строит, ун-т, 2005. -С. 127-129

14. Лысова, Е. П. К оценке эффективности работы предприятий топливно-энергетического комплекса [Текст] / Е. П. Лысова, Ю. В. Елецкая // Строительство -2006: Мат. Межд. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д.: Рост. гос. строит, ун-т, 2006. - С. 101-104

15. Лысова, Е. П. Экологические проблемы тепловой энергетики, оснЬванной на сжигании ископаемого твердого органического топлива [Текст] / Ю. В. Елецкая, Е. П. Лысова // Строительство - 2006: Мат. Межд. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д.: Рост. гос. строит, ун-т, 2006. — С. 108-110

16. Лысова, Е. П. Контроль и управление выбросами предприятий топливно-энергетического комплекса [Текст] / Ю. В. Елецкая, Е. П. Лысова, П. В. Ломакин // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды: Межвуз. сб. научн. тр. Вып. 10. - Ростов н/Д.: Рост. гос. акад. с.-х. машиностроения, 2006. - С. 2427

17. Лысова, Е. П. Перспективы развития предприятий топливно-энергетического комплекса, работающих на твердом топливе [Текст] / Е. П. Лысова, Ю. В. Елецкая, П. В. Ломакин // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды: Межвуз. сб. научн. тр. Вып. 10. - Ростов н/Д.: Рост. гос. акад. с,-х. машиностроения, 2006. - С. 146-149

18. Лысова, Е. П. Структура теплоэнергетического комплекса города Ростова-на-Дону [Текст] / Е. П. Лысова, Ю. В. Елецкая // Строительство - 2007: Мат. Межд. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д.: Рост. гос. строит, ун-т, 2007. - С. 93-95

19. Лысова, Е. П. Комплекс мероприятий по охране атмосферного воздуха и достижению нормативных параметров воздушной среды от предприятий ТЭК в крупных городах [Текст] / Ю. В. Елецкая, Е. П. Лысова, П. В. Ломакин // Строительство - 2007: Мат. Межд. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д.: Рост. гос. строит, ун-т, 2007.-С. 91-93

20. Лысова, Е. П. Экологический менеджмент как часть системы управления предприятиями топливно-энергетического комплекса [Текст] / Ю. В. Елецкая, Е. П. Лысова, П. В. Ломакин // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды: Межвуз. сб. научн. тр. Вып. 11. - Ростов н/Д.: Рост. гос. акад. с.-х. машиностроения, 2007.-С. 174-176

21. Лысова, Е. П. Анализ основных физико-химических методов очистки атмосферного воздуха от газообразных загрязнителей производственно-отопительных котельных [Текст] / Е. П. Лысова, Ю. В. Елецкая // Строительство - 2008: Мат. Межд. науч.-практ. конф. -Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2008. - С. 102-105

22. Лысова, Е. П. Анализ воздействия на окружающую среду предприятий ТЭК, работающих на твердом топливе [Текст] / Ю. В. Елецкая, Е. П. Лысова //

Строительство - 2009: Мат. юбилейной Межд. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д.: Рост, гос. строит, ун-т, 2009. - С. 107-109

23. Лысова, Е. П. Экологические последствия использования твердого топлива вместо природного газа в теплоэнергетике России [Текст] / Е. П. Лысова, Ю. В. Елецкая // Строительство - 2009: Мат. юбилейной Межд. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д: Рост. гос. строит, ун-т, 2009. - С. 104-107

24. Лысова, Е. П. Экологические последствия использования твердого топлива вместо природного газа в теплоэнергетике России [Текст] / Е. П. Лысова, Ю. В. Елецкая // Известия Ростовского государственного строительного университета. -2011. - № 15.-С. 120-125

25. Лысова, Е. П. Топливно-энергетический комплекс Ростовской области: тенденции и особенности развития [Текст] / Е. П. Лысова, Ю. В. Елецкая, С. О. Корягин // Строительство - 2011: Мат. Межд. науч.-практ. конф. — Ростов н/Д.: Рост. гос. строит, ун-т, 2011.-С. 130-132

26. Лысова, Е. П. Топливно-энергетический комплекс Ростовской области: социальный аспект [Текст] / Е. П. Лысова, Ю. В. Елецкая, А. Н. Петренко // Строительство - 2011: Мат. Межд. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д.: Рост. гос. строит, ун-т,

2011. -С.134-135

27. Лысова, Е. П. ТЭК Ростовской области: экологические последствия ликвидации угольных шахт [Текст] / Е. П. Лысова, Ю. В. Елецкая, С. О. Корягин // Строительство — 2012: Мат. Межд. науч.-практ. конф. — Ростов н/Д.: Рост. гос. строит, ун-т,

2012.-С. 122-124

28. Лысова, Е. П. Экологическая ситуация на территории Восточного Донбасса после ликвидации угольных шахт [Текст] / Е. П. Лысова, Ю. В. Елецкая, С. Буслаева // Строительство — 2012: Мат. Межд. науч.-практ. конф. - Ростов н/Д.: Рост. гос. строит, ун-т, 2012.-С. 124-126

29. Лысова, Е. П. Основные положения физико-энергетической концепции обеспечения экологической безопасности территорий размещения предприятий топливно-энергетического комплекса [Текст] / Е. П. Лысова, Л. А. Лисутина // Малоотходные, ресурсосберегающие химические технологии и экологическая безопасность: Мат. Всерос. науч.-практ. конф., посвященной Году охраны окружающей среды и 65-летию Уфимского государственного нефтяного технического университета (г. Стерлитамак, 21-22 ноября 2013 г.). - Стерлитамак: Типография «Фобос», 2013. - С. 192-193

30. Лысова, Е. П. Основные положения физико-энергетической концепции описания процесса загрязнения окружающей среды для предприятий ТЭК [Текст] / Е. П. Лысова, А. П. Пирожникова// Строительство-2013: Мат. Межд. науч.-практ. конф. — Ростов н/Д.: Рост. гос. строит, ун-т, 2013. —С. 122-124

31. Лысова, Е. П. Основные положения физико-энергетической концепции описания процесса снижения загрязнения окружающей среды для предприятий ТЭК

[Текст] / Е. П. Лысова, Л. А. Лисутпна // Современные тенденции в образовании и науке: Мат. Межд. заочной науч.-практ. конф. (31 октября 2013 г.): в 26 ч. Ч. 1. -Тамбов: изд-во ТРОО «Бизнес-Наука-Общество», 2013. - С. 88-89

32. Лысова, Е. П. Анализ параметров, характеризующих поведение загрязняющих аэрозолей в воздушной среде [Текст] / Е. П. Лысова, О. Н. Парамонова // Теоретико-методологические и прикладные аспекты науки: Мат. Межд. науч.-практ. конф. (13 июня 2014 г., г. Уфа). - Уфа: Аэтерна, 2014. - 144 С. 34-36

33. Анализ воздействия и разработка физической модели процесса загрязнения воздушной среды для предприятий теплоэнергетического комплекса [Текст] / В. И. Беспалов, Е. П. Лысова, О. Н. Парамонова и др. // Современные направления теоретических и прикладных исследований 2014: Сб. науч. тр. 8\¥огИ по мат. Межд. науч.-практ. конф. - Вып. 1. - Т. 3. - Одесса: КУПРИЕНКО СВ, 2014 - С. 3-10

34. Лысова, Е. П. Анализ методических подходов к оценке параметров и свойств загрязняющих веществ в окружающей среде [Текст] / Н. В Юдина, Е. П. Лысова, Л. 3 Ганичева // Современное общество, образование и наука: Сб. тр. по мат. Межд. науч.-практ. конф. Ч. 7. - Тамбов: исогп, 2014. - С.161-162

35. Лысова, Е. П. Анализ экологических особенностей сжигания органических видов топлива энергоснабжающими предприятиями городского хозяйства [Текст] / Беспалов. В. И., Лысова, Е. П. // 5\\'огИ: Сб. науч. тр.. - 2015. - Т. 2. - №1 (38). - С. 19-24

36. Лысова, Е. П. Энергоснабжающие предприятия как элемент системы жизнеобеспечения города [Текст] / Е. П. Лысова // Современное состояние и перспективы развития технических наук: Мат. Межд. науч.-практ. конф. (20 марта 2015 г., г. Уфа). - Уфа: Аэтерна, 2015. - 150 С. 79-81

37. Алгоритм реализации методики оценки и выбора технологий очистки отходящих газов промышленных и энергетических предприятий [Текст] / В.И. Беспалов, О.С. Гурова, Е. П. Лысова и др. // 8\Уог1с1: Сб. науч. тр.. - 2015. - Т. 2. - Ко2 (39). - С. 80-85

ЛЫСОВА ЕКАТЕРИНА ПЕТРОВНА

СНИЖЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОТЕЛЬНЫХ ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

05.23 Л9 Экологическая безопасность строительства и городского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 07.10.2015 г. Заказ № 841/15. Тираж 100 экз. Уч.-изд. л. 1,3.

Формат 60x84 1/16 Бумага писчая. Ризограф.

Редакционно-издательский отдел Ростовокого государственного строительного университета 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162