автореферат диссертации по строительству, 05.23.03, диссертация на тему:Совершенствование очистки дымовых газов теплогенерирующих установок систем теплоснабжения

На правах рукописи /

ТАРАСОВСКИЙ АЛЕКСАНДР ВАЛЕНТИНОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ УСТАНОВОК СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Специальность 05.23.03 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха,

газоснабжение, освещение 03.00.16 Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград-2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения Российской Федерации» (РГУПС (РИИЖТ))

Научный руководагель доктор технических наук,

профессор Комиссаров Константин Борисович

Официальные оппоненты заслуженный деятель науки РФ доктор технических наук,

профессор Иванов Владлен Васильевич

кандидат технических наук,

доцент Коврина Ольга Евгеньевна

Ведущая организация ООО «ПТБ ПСО Волгоградгражданстрой»

Защита диссертации состоится «26» июня 2006 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета К212.026 03 при Волгоградском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 400074, г. Волгоград, ул. Академическая, 1, ауд. В-710

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского

с

государственного архитектурно-строительного университета.

-г: к.

Автореферат разослан «26» мая 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

Н.М. Сергина

А 00? А

лг/5?

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. При эксплуатации теплогенерирующих установок малой и средней производительности, используемых в системах теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) Ростовской области, ежегодно в атмосферу выбрасываются 73,4 тыс. тонн диоксида серы, 317,7 тыс. тонн оксида углерода, 65,9 тыс. тонн диоксида азота, 48,4 тыс. тонн твердых веществ и другие соединения.

Способов очистки дымовых газов, на сегодняшний день, разработано достаточно много. Они различаются по методологии, конструктивным особенностям аппаратов, применяемым поглотителям и другим аспектам. К основным можно отнести: известняковый и известковый, «кристальный» и «бескристальный», аммиачный метод, методы на основе соды, метод Рейнлюфт и др. При детальном рассмотрении этих способов можно сделать вывод: применяемые аппараты сложны, металлоемки, требуют существенных затрат энергии и реагентов, а также значительных производственных площадей и количества обслуживающего персонала.

Таким образом, целенаправленная, систематическая работа по совершенствованию и разработке высокоэффективных способов и устройств очистки дымовых газов теплогенерирующих установок систем теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства, использующих новые подходы, с точки зрения их технико-экологических возможностей, является актуальной в научном, эколого-экономическом и социальном аспектах.

Работа выполнена в соответствии с тематическим планом научно-исследовательских работ Ростовского государственного университета путей сообщения.

Цель работы. Снижение загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов выбросами диоксида серы от теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ, посредством повышения очистки дымовых газов, достигаемого в результате совершенствования установки поглощения газовых выбросов с использованием струйного смесителя.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: - оценка основных способов очистки дымовых газов, содержащих диоксид серы, от различных теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ;

- исследование условий процессов конденсации водяного пара в парогазовых смесях;

- исследование процессов образования парогазовых смесей в струйном смесителе и их конденсации;

- экспериментальная оценка эффективности поглощения оксида серы при смешении дымовых газов с водяным паром и конденсации образовавшейся парогазовой смеси на лабораторной и опытно-промышленной установке поглощения газовых выбросов.

Основная идея работы состоит в использовании струйного аппарата для смешения дымовых газов с инжектируемым водяным паром и последующей конденсацией образующейся парогазовой смеси в диффузоре струйного аппарата и установке поглощения газовых выбросов.

Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных научных и технических результатов; физическое моделирование изучаемых процессов; обработку полученных экспериментальных данных с использованием компьютерных программ и основных положений теории подобия; лабораторные и опытно-промышленные исследования.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, физическим моделированием исследуемых процессов с использованием современных приборов и подтверждена удовлетворяющей сходимостью результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях. Научная новизна работы состоит в том, что:

- получены экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность процесса очистки дымовых газов от диоксида серы, образующегося при эксплуатации теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ, при смешении их с водяным паром и конденсацией парогазовой смеси в струйном аппарате;

- получены аналитические зависимости, описывающие условия процесса смешения газов с водяным паром и последующей конденсации парогазовой смеси в струйном аппарате;

- установлены экспериментальные зависимости позволяющие оценивать содержание диоксида серы в дымовых газах теплогенерирующих установок систем

теплоснабжения ' и в атмосферном воздухе населенных пунктов на основании изменения электрофизических свойств газовых потоков в зависимости от концентрации диоксида серы. Практическое значение работы состоит в том, что:

- разработан, экспериментально исследован и внедрен способ очистки дымовых газов систем теплоснабжения ЖКХ с использованием струйного аппарата и установки поглощения газовых выбросов, новизна которого подтверждена патентом на изобретение РФ (№2240178);

- усовершенствована установка для очистки дымовых газов теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ.

Реализация результатов работы:

- результаты работы внедрены в отопительной котельной станции Лихая для двухступенчатой очистки газовых выбросов в струйном аппарате и установке поглощения газовых выбросов от котла типа КВ-М-2,5, работающего на мазуте;

- материалы диссертационной работы использованы кафедрой «Теплоэнергетика на железнодорожном транспорте» Ростовского государственного университета путей сообщения в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 330200 «Инженерная защита окружающей среды».

На защиту выносятся:

- экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность процесса очистки дымовых газов от диоксида серы, образующегося при эксплуатации теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ, при смешении их с водяным паром и конденсацией парогазовой смеси в струйном аппарате;

- аналитические зависимости, описывающие условия процесса смешения газов с водяным паром и последующей конденсации парогазовой смеси в струйном аппарате;

- экспериментальные зависимости позволяющие оценивать содержание диоксида серы в дымовых газах теплогенерирующих установок систем теплоснабжения и в атмосферном воздухе населенных пунктов на основании изменения электрофизических свойств газовых потоков в зависимости от концентрации диоксида серы.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на: межрегиональной научно-практической конференции «Жилищно-коммунальное хозяйство и энергетика в 21 веке» (Ростов н/Д, 2003); международной школе - семинаре «Промышленная экология» (Ростов н/Д, 2003); международной научно-практической конференции «Строительство-2005» (Ростов н/Д, 2005).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 14 публикациях.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Общий объем работы 141 страница, в том числе: 116 страниц - основной текст, содержащий 10 таблиц на 7 страницах, 56 рисунков на 49 страницах, список используемой литературы из 113 наименований на 9 страницах, 4 приложений на 15 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Основная идея работы, которая защищена патентом РФ, заключается в использовании струйного аппарата для смешения дымовых газов с инжектируемым водяным паром и последующей конденсацией образовавшейся парогазовой смеси с целью предварительной очистки дымовых газов теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ, перед установкой поглощения газовых выбросов.

Струйные аппараты работают в широком диапазоне изменения параметров газов, позволяют легко регулировать рабочий процесс и переходить с одного режима работы на другой. Основные элементы струйного аппарата: рабочее сопло, приемная камера, камера смешения, диффузор. В предлагаемой технологии диффузор служит для повышения парциального давления водяного пара, обусловливающего начало процесса их конденсации. Процесс смешения можно условно разделить на два этапа - начальный и основной, для чего выделяются два участка камеры смешения (рис. 1). Течение в начальном участке камеры смешения соответствует турбулентной струе, движущейся в ламинарном потоке того же направления. Ввиду наличия поперечных пульсационных компонентов скорости, свойственных турбулентному движению, потоки внедряются друг в друга, образуя постепенно расширяющуюся зону смешения - пограничный слой струи.

Рис. 1. Изменение поля скоростей по длине камеры смешения струйного аппарата для очистки дымовых газов теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ

В пределах пограничного слоя происходит плавное изменение параметров смешиваемых газов и паров от значений их в активном потоке до значений в инжектируемом. В начальном участке камеры смешения частицы инжектируемого газа непрерывно захватываются высоконапорной струей и увлекаются ею в зону смешения. Благодаря этому и поддерживается разрежение на входе в камеру смешения. В зависимости от относительных размеров струйного аппарата с удалением от рабочего сопла исчезают обе зоны невозмущенного течения газов. На модели (рис. 1) первым ликвидируется ядро рабочей струи. На некотором расстоянии от рабочего сопла, в граничном сечении Г-Г, пограничный слой струи заполняет все сечение камеры смешения. В этом сечении уже нет областей невозмущенных течений, однако параметры газа различны по радиусу камеры. Поэтому и после сечения Г-Г в основном участке камеры смешения продолжается выравнивание параметров потока по сечению. В конечном сечении камеры смешения, отстоящем от начального в среднем на 8 - 12 диаметров камеры смешения, получается однородная парогазовая смесь, полное давление которой роз тем больше превышает давление инжектируемого газа р02, чем меньше коэффициент инжекции и. После камеры смешения поток поступает в диффузор, где давление его растет, 'а скорость снижается. При этих параметрах смешанный поток выходит из струйного аппарата.

Конструирование струйного аппарата сводится к выбору его геометрических размеров для получения наибольшего значения полного давления смеси при заданных начальных параметрах и и, либо при заданных начальных и конечном давлениях получить наибольший и Для характеристики струйного аппарата используется

уравнение, описывающее для заданных геометрических размеров струйного аппарата зависимость и или производительности от внешних параметров взаимодействующих потоков. Для струйного аппарата неизменных геометрических размеров оптимальные условия могут иметь место только при одном режиме, который обычно является расчетным для данного струйного аппарата. При нерасчетных режимах работы струйного аппарата значения р,/р„ могут существенно отличаться Рс/Рн |-п

1.6 -

1.5 -1,4 (1,3 -1.2 ~ 1,1 -1,0 -

О 0,5 1,0 1,5 2.0 2,5 3,0 и

Рис. 2. Сопоставление экспериментальных характеристик СА при рс/р„ с расчетной зависимостью для достижимого и: Д- а-1УГр.=14,12; х- £Др,=21,5

На (рис 2) штриховой линией показана расчетная зависимость рс/р„ = А^и) для перегретого водяного пара (к=1,3) при рр/р„ = 6. Сплошными линиями нанесены экспериментальные характеристики рс/р„= Я и) струйных аппаратов трех различных геометрических параметров: 7,6; 14,2 и 21,6; с!р. = 21,6 мм При тех режимах, для которых геометрические размеры струйного аппарата являются оптимальными, в струйном аппарате отсутствуют дополнительные потери и экспериментальные точки ложатся близко к расчетной кривой В области повышенных р,/рн характеристика струйного аппарата проходит ниже кривой достижимых и. При снижении рУр,, характеристика аппарата приближается к кривой достижимых и. При дальнейшем снижении р</р„ характеристика отклоняется вниз от кривой достижимых и и переходит в вертикальную прямую. На последнем участке струйный аппарат работает на режиме, при котором понижение рс/рн не приводит к росту и. Сравнение характеристик струйных аппаратов показывает, что зависимость оптимальных параметров рс/р = ^и), является огибающей для всех режимов. При малом значении отношения "р. струйные аппараты

являются высоконапорными, но отличаются низкими значениями и При увеличении отношения f3/fp. снижается рс/ри и растет и.

Анализ данных Соколова Е Я и Зингера Н М. показывает, что разрабатываемый нами струйный аппарат для смешения дымовых газов и водяного пара относится к струйным компрессорам. Для струйных компрессоров при условии кр = к„ и Rp = RH и заданных геометрических размерах постоянному отношению внешних давлений р,/рн и

рс/р„ соответствует постоянное значение произведения и -./© = const, где 0 - ТИ/Тр,

откуда

I [т„

и = const, const, l^i-. (1)

Коэффициент инжекции увеличивается при повышении температуры активного потока и снижается при повышении температуры инжектируемого потока. Легко показать, что для струйных компрессоров заданных размеров постоянным значениям

внешних давлений рр, р„, рс и произведения и-,/© соответствуют постоянные значения всех газодинамических функций.

Проанализируем, как отражаются на расходах рабочего и инжектируемого потоков через струйный аппарат (Gp и G„) изменения начальных температур этих потоков (Тр и Т„) при условии, что давления потоков рр и ри остаются постоянными. Расход рабочего потока

1 _ const 2

GP=CPpfp.

На основании (1) и (2) можно записать расход инжектируемого потока

. Тр * 1 const, G„ = uG„ - const. M^const,

i. -ui at, r--—i--/-j\

n 2л • (3)

Уравнения (2) и (3) показывают, что изменение начальной температуры одного из потоков (активного или инжектируемого) влияет только на расход этого потока и не влияет на расход второго смешиваемого с ним потока При этом расход каждого из смешиваемых потоков изменяется обратно пропорционально корню квадратному от абсолютной температуры этого потока перед струйным аппаратом. Указанные положения были положены в основу создания модели струйного аппарата для

лабораторной установки, а после проведения экспериментальных исследований, с учетом основных положений геометрического и аэродинамического (по числу Ие) подобия, натурного образца струйного аппарата, внедренного совместно с установкой поглощения газовых выбросов в котельной станции Лихая, обеспечивающей теплоснабжение станции и ЖКХ прилегающего района

Для анализа процессов, происходящих при смешении дымовых газов с водяным паром и последующей конденсации парогазовых смесей, были обобщены основные теоретические положения и результаты экспериментальных исследований посвященных конденсации водяных паров при описанных условиях. Если давление пара в газовой фазе больше давления насыщенного пара, он становится пересыщенным. Степень пересыщения пара выражается уравнением:

8 = (4)

Зависимость давления насыщенного пара от температуры для жидкостей может быть выражена удобной для практических расчетов формулой, полученной из уравнения Клаузиуса—Клапейрона:

Е с—

1пр„(Т) = С-- рх(Т) = е т (5)

или

1пр.(Т) = А-| р.(Т) = еА~\ (6)

где С, Е, А и В — коэффициенты.

О МЬ

В уравнении (5) Е = — = —— = 0,12МЬ (7)

Значения коэффициентов А и В для многих веществ приведены в справочной литературе. Из уравнений (5) и (6) следует: С=2,ЗА; Е=2,ЗВ. Подставив полученное значение для рх (Т) из уравнения (5) в уравнение (4), находим

с Р Р

е 1

В производст венных процессах давление пара в газе и температура газа обычно изменяются во времени, поэтому изменяется и величина пересыщения пара. Уравнение,

выражающее зависимость 8 от времени и температуры в общем виде может быть получено в результате дифференцирования уравнения (8):

сК> _ ар____рЕс!Т

ск~рДТ)с1т Т2р,(Т)ск Р)

или

ёЭ _ ар___рЕ_

ёТ ~ Рос(Т)ёТ Т2рк(Т) (10>

Процесс конденсации пара может происходить в объеме, когда пар конденсируется на центрах конденсации, имеющихся в газовой смеси или образующихся в ней самопроизвольно. При этом в объеме образуются взвешенные в газе капли жидкости. Следует отметить, что разграничение понятий конденсации пара на поверхности и в объеме условно. По существу в обоих случаях имеет место конденсация пара на поверхности. Над выпуклой поверхностью, которую имеют мелкие капли жидкости (и вообще центры конденсации), давление насыщенного пара больше, чем над плоской. Поэтому необходимым условием конденсации пара в объеме и является наличие капель. Конденсация пара в объеме начинается при критическим пересыщением Би>

Анализ литературы показал, что критическое пересыщение пара наступает раньше, если пар конденсируется на каплях, состоящих из водных растворов серной кислоты, что имеет место в предлагаемой технологии поглощения оксидов серы в струйном аппарате. При конденсации пара на твердых ядрах конденсации (например, частицах сажи, образующихся при сжигании мазута) механизм процесса такой же, как и на каплях. В производственных процессах газы всегда содержат ионы, твердые и жидкие частицы во взвешенном состоянии (ядра конденсации), на которых в первую очередь и происходит конденсация паров в объеме и образование капель. Такая конденсация наступает при пересыщении значительно более низком, чем при гомогенной конденсации. Кроме того, ядра конденсации (как и аэрозоли) возникают в процессе конденсации паров в объеме и в результате распыления жидкостей, что имеет место в установке поглощения газовых выбросов при орошении фильтрующих элементов.

Расчеты показывают, что в зависимости от соотношения объемов

смешивающихся газов пересыщение пара изменяется и в ряде случаев имеет максимум. Поэтому в некоторых областях смешения, где возникает наиболее высокое пересыщение пара, мельчайшие капли образуются в первую очередь. В зоне смешения газов температура газовой смеси и давление паров в ней определяются отношением масс смешивающихся газов.

Таким образом, зная природу смешивающихся газов, их температуру и давление пара расчетом определяется возможность образования мелкодисперсных капелек (тумана) без проведения громоздких вычислений температур и концентраций в

различных областях смешения газовых потоков. В литературе приведены опытные данные по определению критического пересыщения пара воды в свободной струе, что характерно для процессов в струйном аппарате. Образование капелек жидкости наблюдалось на некотором расстоянии от сопла.

Рис. 3. Схема лабораторной установки для исследования процессов смешения газов с водяным паром для очистки дымовых газов теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ: 1,19 - струйный аппарат; 2, 9 - емкость объемом 0,05 м3; 3,6- колба; 4 - электронагреватель; 5 - конденсатор; 6 - колба для отбора проб конденсата; 7,18 - воздуходувка; 8 - вакуум насос; 10,11 -вентили; 12 - газоанализатор 1МК - 3000Р; 13 - расходомер; 14 - и-образный манометр; 15 - измерительная ячейка; 16 - измерительный прибор; 17 -психрометр; 20 - колба Вюрца; 21 - делительная воронка Для проведения экспериментальных исследований процессов смешения газов с насыщенным водяным паром в камере смешения струйного аппарата и последующей

конденсации образующейся смеси создана лабораторная установка (рис 3). В качестве модельного газа используется смесь воздуха и диоксида серы. Диоксид серы получают путем взаимодействия сульфита натрия (Ыа2803) и концентрированной Н2804, дозируемой в колбу из делительной воронки 21, по реакции

Ка280з +Н2804 -> Ыа2804 + Н20 + 802 1\ (14)

В процессе опытов были получены зависимости е парогазовой смеси от ее влагосодержания <1. Диэлектрическая проницаемость воздуха близка к единице, поэтому наличие водяных паров четко контролируется в измерительной ячейке, что позволяет строить калибровочные кривые и определять с1 по е Анализ газа выполнялся газоанализатором 1МК - ЗОООР (точность измерений концентраций 0,25 мг м"3) в пробах отобранных из емкостей 2 и 9 соответственно, то есть до и после струйного аппарата. Предварительно проведены эксперименты с использованием в качестве модельного газа чисюго воздуха и инжектируемого в поток водяного пара. По экспериментальным данным построены зависимости исходных и конечных концентраций 802 в газовом потоке при изменении расхода активного потока от 1,95 10"3 м3с"1 до 3,03 10"3 м3-с"'. На (рис. 4) показана указанная зависимость при расходе 1,95 10'3 м3с"'. Кроме этого построены зависимости рН=Г (Спога) при разных значениях (}а>гг, е=^С>а,а), с!=Г(()а(ст) для чистого воздуха и пара и для смеси воздуха, пара с ЭОг, которые представлены на (рис. 5 - 8). На всех зависимостях представлены линии тренда и аппроксимационные уравнения с достоверностью аппроксимации Я. Из (рис. 4) видно, что при изменении концентрации 802 в смеси с воздухом от 543 до 4 мгм"3 инжекция водяного пара и конденсация образующейся смеси позволяет поглотить содержащийся в потоке БОг до значений 30 - 0 мг м"3 соответственно. Значения рН (рис. 5) уменьшаются от 3,4 до 1,84 с увеличением массы поглощенного 802 соответственно от 4 до 513 мг м"3, что указывает на образование весьма сильной кислой среды и свидетельствует об активном взаимодействии оксидов серы с водяным паром.

На (рис. 6) представлены зависимости е от величины расхода активного потока для воздуха и водяного пара и смеси воздуха и пара с 802 Наличие 802 в потоке воздуха существенно влияет на величину £, что позволяет использовать метод измерения е для контроля загрязненности газовых потоков. На (рис. 7) изображены зависимости ст от

величины расхода активного потока для воздуха и пара, а также смеси воздуха и пара с 802.

Наличие 802 в смеси воздуха и водяного пара вызывает резкое (на два порядка) увеличение о этой смеси. Зависимости влагосодержания с! от величины расхода активного потока для исследованных смесей представлены на (рис. 8). Наличие в паровоздушной смеси 802 приводит к их взаимодействию с водяными парами, что снижает влагосодержание смеси Полученные зависимости позволяют коррелировать величины влагосодержания, рН образующегося конденсата, концентрации оксидов в парогазовых потоках с их электрофизическими свойствами.

139 иск конц ШИконеч кош —- Экспоненциальный (исх кона) Рис. 4. Изменение концентрации 802 в газовых потоках при С*ап=1,95 10 "3 м3-с"'

0 100 200 300 400 500 600

Спэгп, мгм ^

Рис. 5. Зависимость рН конденсата от массы поглощенного 802 (0^=1,95 ЮЛ^-с"1); -- линия тренда

Рис. 6. Зависимость е от <Закт: Рис. 7. Зависимость а от 0а1С1:

▲ - воздух и пар; ▲ - воздух и пар;

■ - смесь воздуха и пара с 802; ■ - смесь воздуха и пара с Б02;

—-линия трецда —-линия тренда

При реконструкции отопительной котельной станции Лихая, обеспечивающей теплоснабжение жилых районов и станции, была смонтирована установка поглощения газовых выбросов, оборудованная предварительной ступенью очистки дымовых газов в виде струйного аппарата (рис. 9). Испытания проводились при работе котла типа КВ-М-2,5-115, работающего на мазуте марки М100 при нагрузке 2,08 Гкал /ч. Для анализа дымовых газов использовался газоанализатор типа 1МИ. 3000 Р.

При смешении дымовых газов и водяного пара, который направлялся в приемную камеру струйного аппарата из рядом расположенного парового котла в количестве 0,1% от его номинальной паропроизводительности, процент поглощения оксидов составил по С02 - 62%, N02 - 60%, Ъ02 - 68%. После струйного аппарата газовый поток направлялся в установку поглощения газовых выбросов, в которой поглотилось: 802 - 75%; И02 - 70%; С02 - 69,3% от остаточной после струйного аппарата

концентрации Общий процент поглощения оксидов по предлагаемой схеме достиг' 92 % по 802; 89 % по N02; 88 % по С02.

А для воздуха

■ длясмгсивозд параи!Ю2

—~ Полмюмдальный (для возика)

—•— Полиномиальный (дня смсси возд пара и 802)

1,5

2,5

3,5

4 4,5

СГ103 м3с1

Рис. 8. Зависимость (1 от О,

Рис. 9. Схема присоединения струйного аппарата к установке поглощения газовых выбросов в котельной, обеспечивающей теплоснабжение станции Лихая и прилегающего жилого района- СА - струйный аппарат, ГА1. ГА2, ГАЗ - места отбора проб дымовых газов на газоанализатор 1МЯ-3000Р

В результате проведенной реконструкции эффективность системы очистки дымовых газов возросла с 75% до 92% по 802, что обеспечило снижение выбросов в

атмосферу диоксида' серы, с 0,52 г/с до 0,19 г/с по 802, что обеспечило достижение норматива ПДВ.

Эколого-экономический эффект от внедрения разработанной схемы очистки дымовых газов в отопительной котельной станции Лихая составил 103,6 тыс руб /год

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной проблемы снижения выбросов диоксида серы при работе теплогенерирующих установок малой и средней производительности, используемых в системах теплоснабжения, достигаемая в результате совершенствования системы очистки дымовых газов и использования струйного аппарата для смешения дымовых газов с инжектируемым водяным паром и последующей конденсацией образующейся парогазовой смеси в диффузоре струйного аппарата и установке поглощения газовых выбросов. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы по работе:

1. Получены экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность процесса очистки дымовых газов от диоксида серы, образующегося при эксплуатации теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ, при смешении их с водяным паром и конденсацией парогазовой смеси в струйном аппарате.

2. Получены аналитические зависимости, описывающие условия процесса смешения газов с водяным паром и последующей конденсации парогазовой смеси в струйном аппарате.

3. Установлены экспериментальные зависимости позволяющие оценивать содержание диоксида серы в дымовых газах теплогенерирующих установок систем теплоснабжения и в атмосферном воздухе населенных пунктов на основании изменения электрофизических свойств газовых потоков в зависимости от концентрации диоксида серы.

4 Результаты исследования внедрены в отопительной котельной станции Лихая обеспечивающей теплоснабжение жилых районов и станции. В результате использования двухступенчатой системы очистки эффективность возросла с 75% до 92%, что обеспечило снижение выбросов 502 в атмосферу с 0,52 г/с до 0,19 г/с.

5. Суммарный эколого-экономический эффект от внедрения усовершенствованной системы очистки дымовых газов отопительной котельной станции Лихая, составил 103,58 тыс. рубУгод.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ: Gp - расход рабочего газа, кг-с'1; G„ - расход инжектируемого газа, кг с"1; и-коэффициент инжекции; g! и g2 - массы смешивающихся газов, кг; к -показатель адиабаты; R - газовая постоянная; S - пересыщение пара; р - парциальное давление пара в газовой смеси, Па; р«(Т) - парциальное давление насыщенного пара над плоской поверхностью жидкости при температуре Т, Па; Q - мольная теплота испарения, Дж моль1; М - масса одного моля, кг-моль"1; L - удельная теплота испарения, Дж-кг"'; QaKT, 0И1Ы, - объемный расход активного и инжектируемого потоков соответственно, mj-c"', pH - водородный показатель; ст - проводимость, См; е - диэлектрическая проницаемость.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Тарасовский, A.B. Экспериментальные исследования поглощения оксидов из продуктов сгорания при их смешении с водяным паром и последующей конденсации [Текст] / A.B. Тарасовский, К.Б. Комиссаров [и др.] // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды: сб. науч. тр. / Ростов, гос. академ. сельскохоз. машиностроения гос. образов, учреждение. - Ростов-на-Дону, 2005.- Вып. 9.-С. 82-85.

2. Тарасовский, A.B. Совершенствование технологии поглощения парниковых и токсичных составляющих дымовых газов [Текст] / A.B. Тарасовский, К.Б. Комиссаров [и др.] // Транспорт 2005: сб. науч тр. / Ростов, гос. ун-т путей сообщения. - Ростов-на-Дону, 2005. - Ч. 2. С. 354-355.

3.Тарасовский, \.В. Совершенствование технологии очистки дымовых газов энергоустановок [Текст] / A.B. Тарасовский, К.Б. Комиссаров [и др.] // Актуальные проблемы развития транспорта России: страт е!ические, региональные, технические: сб. науч. тр. / Ростов, гос. ун-т путей сообщения. -Ростов-на-Дону, 2004. - С. 237-239.

4 Тарасовский, A.B. Экспериментальная установка для исследования процессов смешения [азов с водяным паром [Текст] / А В. Тарасовский, К.Б. Комиссаров [и

др.] // Безопасность жизнедеятельности. Охрана труда и окружающей среды: сб науч. тр. / Ростов гос. академ. сельскохоз. машиностроения гос. образов, учреждение. - Ростов-на-Дону, 2004. - Вып. 8. - С. 72-74.

5.Тарасовский, A.B. Эколого-экономическая эффективность систем газоочистки [Текст] / A.B. Тарасовский, К.Б. Комиссаров [и др.] // Безопасность жизнедеятельности Охрана труда и окружающей среды: сб. науч. тр. / Ростов, гос. академ. сельскохоз. машиностроения гос образов, учреждение. - Ростов-на-Дону, 2004. - Вып. 8. - С. 67-70.

6. Пат. 2240178 Российская Федерация, МПК7 Cl В 01 F 3/04. Способ смешивания газа с жидкостью [Текст]/Комиссаров К.Б., Тарасовский A.B. [и др.]; заявитель и патентообладатель Ростов. гос. ун-т путей сообщения. - № 2003110897; заявл. 16.04.03; опубл. 20.11.04, Бюл. № 32 - 4с.: ил.

7.Тарасовский, A.B. Загрязнение атмосферы сернистыми соединениями и пути снижения антропогенных газовых выбросов [Текст] / A.B. Тарасовский, К.Б. Комиссаров [и др.] // Вестник СамГАПС: сб. науч. тр. / Самарская гос. академ. путей сообщения. - Самара, 2004. - Вып. 1. - С. 36-41.

8. Тарасовский, A.B. Анализ взаимодействия газового потока с водяным паром [Текст] / A.B. Тарасовский, К.Б. Комиссаров [и др.] // Жилищно-коммунальное хозяйство и энергетика в 21 веке: сб. науч. тр. / Ростов, гос. ун-т путей сообщения. - Ростов-на-Дону, 2003.-С. 139-146.

9. Тарасовский, A.B. Газовые выбросы от котельных агрегатов, работающих на сернистых топливах [Текст] / A.B. Тарасовский, К.Б. Комиссаров [и др.] // Транспорт 2003: сб. науч. тр. / Ростов, гос. ун-т путей сообщения. - Ростов-на-Дону, 2003. - С. 33-34.

Ю.Тарасовский, A.B. Очистка газов, выбрасываемых в атмосферу [Текст] / A.B. Тарасовский, К.Б. Комиссаров [и- др.] // Жилищно-коммунальное хозяйство и энергетика в 21 веке: сб. науч. тр. / Ростов, гос. ун-т путей сообщения. - Ростов-на-Дону, 2003.-С. 12-16.

¿РР0/?

р 15 17 7

ТАРАСОВСКИЙ АЛЕКСАНДР ВАЛЕНТИНОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОЧИСТКИ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ТЕПЛОГЕНЕРИРУЮЩИХ УСТАНОВОК СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Специальность 05.23.03 Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха, газоснабжение, освещение 03.00.16 Экология

Подписано в печать 19.05.06 Заказ № 2 8<2 Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0

Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Печать трафаретная.

Типография Фирмы «Континент» (ЗАО) 352120, Тихорецк, ул.Калинина, 22.

Введение.

1 Состояние атмосферы.

1.1 Газообразные выбросы от теплогенерирующих установок.

1.2 Содержание оксидов в дымовых газах теплогенерирующих установок. Цели и задачи исследования.

2 Технологии очистки дымовых газов и технологических выбросов от оксидов серы.

2.1 Мокрые методы.

2.2 Сухие методы.

2.3 Абсорберы для очистки дымовых газов от оксидов серы.

2.4 Циклонно-пенные апараты.

3 Конструкции и технологические особенности установок, основанных на применении вибротурбулизационного эффекта.

3.1 Способы и устройства смешения газов с жидкостью.

3.2 Устройство и принцип действия УПГВ — 3.

3.3 Устройство и принцип действия УПГВ — 4.

3.4 Устройство и принцип действия УПГВ — 5.

3.5 Перспективы применения струйных аппаратов для очистки дымовых газов.

3.5.1 Принципиальная схема и процесс работы струйного аппарата.

4 Теоретические исследования по образованию пересыщенного водяного пара и условий его конденсации.

4.1 Образование пересыщенного пара при конденсации.

4.1.1 Образование капель жидкости в объеме пара.

4.1.2 Ядра конденсации.

4.1.3 Образование пересыщенного пара при турбулентном смешении газов.

5 Экспериментальные исследования.

5.1 Определение коэффициента инжекции струйного аппарата.

5.2 Экспериментальные исследования процессов смешения газовых потоков с водяным паром.

5.3 Результаты испытаний котлов и УПГВ.

5.3.1 Испытания котлов, работающих на жидких высокосернистых топливах.

5.3.2 Результаты испытаний УПГВ 6.

Нарастающее загрязнение воздушного бассейна Земли примесями, имеющими антропогенную природу, является безотлагательной проблемой всего человечества /1-18/. Атмосферный воздух является основной средой деятельности биосферы, в том числе человека. Однако, по вине человечества ежегодно в атмосферу выбрасывается миллионы тонн оксидов азота, серы, сажа, соединения свинца, водяной пар и др. Содержание диоксида серы в дымовых газах тепловых электростанций, металлургических предприятий и транспортных двигателях в мировых масштабах (в пересчете на серу) достигает 100 млн. тонн в год /1/.

Основными источниками атмосферных загрязнений являются энергетические установки, в которых используется минеральное топливо, предприятия черной и цветной металлургии, химической и нефтехимической промышленности, автомобильный, авиационный и железнодорожный транспорт /1/. Из газообразных выбросов оксид серы и ее соединения занимают лидирующее положение по степени опасности для природы и человека.

Хроническое воздействие сернистого газа на органы дыхания способствует возникновению бронхитов, в ряде случаев с астматическими явлениями, а так же других аспираторных заболеваний. Оксиды серы (IV) могут нарушать углеводный и белковый обмен, способствовать образованию метгемоглобина, снижению имуннозащитных свойств организма. Оксид серы (IV) считается одной из основных действующих частей «токсичных туманов» и одним из активных компонентов формирования смога.

Взаимодействуя с атмосферной влагой, оксиды серы образуют кислотные осадки, которые оказывают как прямое повреждающее действие на биосферу, так и косвенное, закисляя почвы и водоемы. Попадая в атмосферу, соединения серы подвергаются химическим или фотохимическим превращениям с участием компонентов воздуха. Конечные продукты химических превращений удаляются из атмосферы с осадками или выпадают на поверхность Земли с аэрозолями. Попадая на поверхность биологических объектов, строительных конструкций и других предметов, загрязнения и продукты их превращения интенсифицируют физико-химические процессы разрушения органических веществ, металлов и неорганических материалов.

Ущерб, наносимый живой природе атмосферными загрязнениями и в частности соединениями серы, трудно оценить, но гибель лесов, загрязнение водных бассейнов, распространение аллергических заболеваний, нарушение биологического равновесия в экосистемах в большей степени связаны с высокими концентрациями агрессивных примесей в атмосфере.

Основные соединения серы, находящиеся в атмосфере - диоксид серы [оксид серы (IV)], оксисульфид (серооксид углерода), сероуглерод, сероводород и диметилсульфид. Последние четыре соединения вследствие сильного окислительного действия атмосферы легко превращаются в диоксид серы или в серную кислоту. В сильно загрязненных районах уровень диоксида серы может в 1000 и даже в десятки тысяч раз превысить естественную границу значений.

Среди источников этих соединений на первом месте стоит уголь, используемый в качестве топлива на электростанциях и других энергоустановках, который дает 70% антропогенных выбросов. В процессе горения сера превращается в сернистый газ, а часть серы остается в золе в твердом состоянии.

Содержание серы в неочищенной нефти также достаточно велико и зависит от места добычи (0,1 - 2%). При сгорании нефтяных продуктов сернистого газа образуется значительно меньше, чем при сгорании угля, но если учесть, что на сегодняшний день потребление жидкого топлива значительно преобладает над потреблением угля, то и валовые выбросы сернистого газа при сжигании жидкого топлива значительно выше /19-21/.

В жидком топливе сера входит в состав сераорганических соединений (меркаптаны, сульфиды, тиофаны, дисульфиды, полисульфиды, тиофены), хорошо растворимых в углеводородах, а также в виде растворимых в углеводородах сероводорода и элементарной серы. Элементарная сера в сырых нефтях содержится до 1% и более, как в аморфном, так и в кристаллическом виде.

При температуре выше 150°С элементарная сера может взаимодействовать с некоторыми углеводородами с образованием сероводорода и других новых сернистых соединений /19-28/.

Сравнение естественных и антропогенных выбросов соединений серы показывает, что человек загрязняет атмосферу газообразными соединениями серы в 3-4 раза больше, чем это происходит в природе. К тому же эти соединения концентрируются в районах с развитой промышленностью, где антропогенные выбросы в несколько раз превышают естественные.

Заключительным этапом в круговороте соединений серы в атмосфере является выпадение кислотных осадков /29/. Влияние кислотности в первую очередь сказывается на состоянии пресных вод и лесов. В большинстве случаев воздействия на ту или иную систему бывают косвенными, то есть опасность представляют не сами кислотные осадки, а протекающие под их влиянием процессы (например, высвобождение алюминия). Обычно эти косвенные воздействия не являются местными и могут влиять на расстоянии нескольких сотен километров от источника загрязнения. В определенных объектах (почва, вода) в зависимости от кислотности могут возрасти концентрации тяжелых металлов, так как в результате изменения рН изменяется их растворимость. Через питьевую воду и животную пищу, например через рыбу, в организм человека также могут попасть токсичные металлы. Если под действием кислотности изменяются строение почвы, ее биология и химия, то это может привести к гибели растений.

Основными способами защиты окружающей среды от выбросов серы и ее соединений считается уменьшение выбросов диоксида серы путем сокращения использования энергии и создания электростанций, не использующих минеральное топливо, удаление серы из топлива, повышение качества процессов горения, создание принципиально новых технологий по очистке дымовых газах теплогенерирующих установок.

По приближенным оценкам из известных в настоящее время мировых запасов нефти только 20% имеют содержание серы менее 0,5%. Среднее содержание серы в используемой нефти увеличивается, так как нефть с низким содержанием серы добывается ускоренными темпами.

Очистка нефти от серы представляет собой достаточно сложный и малораспространенный процесс, причем затраты на него весьма высоки. Кроме того, даже после очистки энергоносителей в них остается приблизительно половина первичного содержания серы. Поэтому очистка от серы является не самым лучшим решением проблемы.

Для качественного сжигания топлива с возможно меньшим количеством окислителя необходимы равномерная раздача топлива в поток воздуха и интенсивное смывание им капель топлива, что достигается закручиванием потока воздуха, поступающего из горелок в топливный факел с возможно большими скоростями. Горение мазута сопровождается протеканием сложнейших физических и химических процессов. Разделить процессы по времени протекания реакций и по их последовательности практически невозможно. В диффузионной теории горения вводится квазистационарное представление о процессе: без учета изменения температур и концентраций отдельных компонентов газовой среды с уменьшением диаметра горящей капли. Допускается симметричность полей температур и концентраций. Предполагается отсутствие влияния кинетической фазы и отсутствие пиролиза при нагреве топлива и его паров. Многообразный состав паров топлива, неоднородность концентраций окислителя в факеле, а также наличие температурных полей в топке с разным уровнем и высокая энергия активации конечных дымовых газах обусловливают сложность химических реакций горения топлива /20-23/.

Одним из наиболее спорных способов «защиты» атмосферы от газообразных выбросов, является применение высоких труб. При использовании низких труб, выбрасываемые соединения серы перемешиваются с воздухом в меньшей степени. Поэтому в ближайшем окружении (от нескольких километров до нескольких десятков километров) концентрация оксидов серы будет высокой и, естественно, ее соединения будут причинять больше вреда. Если труба высокая, то воздействия вблизи выброса дымовых газах уменьшаются, возрастает эффективность перемешивания, что означает большую опасность для отдаленных районов и для всей атмосферы в целом. Таким образом, строительство высоких труб, несмотря на распространенное мнение, не решает проблемы загрязнения воздуха, однако в значительной степени увеличивает «экспорт» кислотных веществ и опасность выпадения кислотных дождей в отдаленных местах. Следовательно, увеличение высоты трубы сопровождается тем, что непосредственные воздействия загрязнений (гибель растений, коррозия зданий и т.п.) уменьшаются, однако косвенные воздействия (влияние на экологию удаленных районов) увеличиваются. Строительство высоких труб в известной степени безнравственно, поскольку страна, где происходят сильные выбросы загрязнений, переадресовывает часть кислотных осадков вместе с их неблагоприятными последствиями в другие страны.

Сокращения выброса диоксида серы достигается различными технологиями очистки уходящих газов. Наиболее распространенный метод — мокрый процесс, когда уходящие газы, например, барботируют через раствор известняка, в результате чего образуются сульфит или сульфат кальция. Недостатком этого способа можно считать малую поверхность контакта очищаемых газов с поверхностью раствора.

В предлагаемой диссертационной работе научно обоснован и практически реализован один из перспективных способов очистки дымовых газах от соединений серы. Исследован процесс двухступенчатого смешивания газа с жидкостью, описанный в /30/. На первой ступени процесс осуществляется в струйном аппарате, где газовый поток смешивается с водяным паром. После этого в диффузоре и конденсаторе организуется конденсация газопаровой смеси. При этом конденсируемый пар частично взаимодействует с оксидами, содержащимися в дымовых газах. На второй ступени газ подается в установку поглощения газовых выбросов (УПГВ) /31-34/, в конструировании, изготовлении и испытаниях которой автор принимал участие /35-37/. После УПГВ газовый поток, подверженный сложному процессу сорбции удаляется в атмосферу. Жидкость, насыщенная оксидами, направляется на дальнейшую переработку /38-44/. Указанная технология внедрена на нескольких объектах /45,46/.

У нас в стране, так и за рубежом выполняются теоретические и экспериментальные работы по взаимодействию газовых выбросов различного состава (оксиды углерода, азота, серы, несгоревшие компоненты топлив, твердые частицы и др.) от теплогенерирующих установок, с жидкостями. Большой вклад в исследование проблем очистки газообразных выбросов внесли отечественные ученые: А.К. Внуков, Н.Ф. Тищенко, В.В. Кафаров, Э.Я. Тарат, В.М. Рамм, Друскин Л.И., Цирульников Л.М., Сигал И.Я., Федоров Н.А., Спейшер В.А., Горбаненко А.Д., Кулиш О.Н., Широков В.А., Газаров Р.А., Дятлов В.А. и многие другие, ученые РГУПС: К.Б. Комиссаров, В.М. Гарин, ученые РГСУ: Новгородский Е.Е., Богуславский Е.И., Беспалов В.И. и другие.

Решению этих вопросов посвящена настоящая диссертационная работа. Тема работы актуальна, так как посвящена экспериментальному изучению процессов смешения дымовых газов с водяным паром и конденсации парогазовых смесей перед поступлением их в УПГВ с целью снижения антропогенного воздействия на атмосферу Земли. Работа выполнена в соответствии с «Экологической программой железнодорожного транспорта на 2001-2005 года» (Указание МПС РФ № Г-131у от 30 января 2001 г).

Цель работы. Снижение загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов выбросами диоксида серы от теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ, посредством повышения очистки дымовых газов, достигаемого в результате совершенствования установки поглощения газовых выбросов с использованием струйного смесителя.

Для достижения поставленной цели в диссертации решались следующие основные задачи:

- оценка основных способов очистки дымовых газов, содержащих диоксид серы, от различных теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ;

- исследование условий процессов конденсации водяного пара в парогазовых смесях;

- исследование процессов образования парогазовых смесей в струйном смесителе и их конденсации;

- экспериментальная оценка эффективности поглощения оксида серы при смешении дымовых газов с водяным паром и конденсации образовавшейся парогазовой смеси на лабораторной и опытно-промышленной установке поглощения газовых выбросов.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- получены экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность процесса очистки дымовых газов от диоксида серы, образующегося при эксплуатации теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ, при смешении их с водяным паром и конденсацией парогазовой смеси в струйном аппарате;

- получены аналитические зависимости, описывающие условия процесса смешения газов с водяным паром и последующей конденсации парогазовой смеси в струйном аппарате;

- установлены экспериментальные зависимости позволяющие оценивать содержание диоксида серы в дымовых газах теплогенерирующих установок систем теплоснабжения и в атмосферном воздухе населенных пунктов на основании изменения электрофизических свойств газовых потоков в зависимости от концентрации диоксида серы.

Основные научные результаты выносимые на защиту:

- экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность процесса очистки дымовых газов от диоксида серы, образующегося при эксплуатации теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ, при смешении их с водяным паром и конденсацией парогазовой смеси в струйном аппарате;

- аналитические зависимости, описывающие условия процесса смешения газов с водяным паром и последующей конденсации парогазовой смеси в струйном аппарате;

- экспериментальные зависимости позволяющие оценивать содержание диоксида серы в дымовых газах теплогенерирующих установок систем теплоснабжения и в атмосферном воздухе населенных пунктов на основании изменения электрофизических свойств газовых потоков в зависимости от концентрации диоксида серы.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована применением классических положений теоретического анализа, физическим моделированием исследуемых процессов с использованием современных приборов и подтверждена удовлетворяющей сходимостью результатов экспериментальных исследований, выполненных в лабораторных и промышленных условиях.

Практическое значение работы состоит в том, что:

- разработан, экспериментально исследован и внедрен способ очистки дымовых газов систем теплоснабжения ЖКХ с использованием струйного аппарата и установки поглощения газовых выбросов, новизна которого подтверждена патентом на изобретение РФ (№2240178);

- усовершенствована установка для очистки дымовых газов теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ.

Реализация результатов работы:

- результаты работы внедрены в отопительной котельной станции Лихая для двухступенчатой очистки газовых выбросов в струйном аппарате и установке поглощения газовых выбросов от котла типа КВ-М-2,5, работающего на мазуте;

- материалы диссертационной работы использованы кафедрой «Теплоэнергетика на железнодорожном транспорте» Ростовского государственного университета путей сообщения в учебном процессе при подготовке инженеров по специальностям 330200 «Инженерная защита окружающей среды».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на: межрегиональной научно-практической конференции «Жилищно-коммунальное хозяйство и энергетика в 21 веке» (Ростов н/Д, 2003); международной школе - семинаре «Промышленная экология» (Ростов н/Д, 2003); международной научно-практической конференции «Строительство-2005» (Ростов н/Д, 2005).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации изложены в 14 публикациях.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка используемой литературы и приложений. Общий объем работы 141 страница, в том числе: 116 страниц - основной текст, содержащий 10 таблиц на 7 страницах, 56 рисунков на 49 страницах, список используемой литературы из 113 наименований на 9 страницах, 4 приложений на 15 страницах.

4. Результаты исследования внедрены в отопительной котельной станции Лихая обеспечивающей теплоснабжение жилых районов и станции. В результате использования двухступенчатой системы очистки эффективность возросла с 75% до 92%, что обеспечило снижение выбросов SO2 в атмосферу с 0,52 г/с до 0,19 г/с.

5. Суммарный эколого-экономический эффект от внедрения усовершенствованной системы очистки дымовых газов отопительной котельной станции Лихая, составил 103,58 тыс. руб./год.

Заключение

В диссертационной работе дано решение актуальной проблемы снижения выбросов диоксида серы при работе теплогенерирующих установок малой и средней производительности, используемых в системах теплоснабжения, достигаемая в результате совершенствования системы очистки дымовых газов и использования струйного аппарата для смешения дымовых газов с инжектируемым водяным паром и последующей конденсацией образующейся парогазовой смеси в диффузоре струйного аппарата и установке поглощения газовых выбросов. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований можно сделать следующие основные выводы по работе:

1. Получены экспериментальные зависимости, характеризующие эффективность процесса очистки дымовых газов от диоксида серы, образующегося при эксплуатации теплогенерирующих установок систем теплоснабжения ЖКХ, при смешении их с водяным паром и конденсацией парогазовой смеси в струйном аппарате.

2. Получены аналитические зависимости, описывающие условия процесса смешения газов с водяным паром и последующей конденсации парогазовой смеси в струйном аппарате.

3. Установлены экспериментальные зависимости, позволяющие оценивать содержание диоксида серы в дымовых газах теплогенерирующих установок систем теплоснабжения и в атмосферном воздухе населенных пунктов на основании изменения электрофизических свойств газовых потоков в зависимости от концентрации диоксида серы.

1. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды» 2003 год.

2. Панкеев И.А. и др. Окружающая среда России на рубеже тысячелетий. Популярный доклад о состоянии окружающей среды в России. М.: РЭФИА, НИА - Природа, 2003. - 238 с.

3. Покровский В.Н. Очистка дымовых газов ТЭС от окислов серы. М.: Моск. Энерг. Ин-т, 1984.-64с.

4. Охрана окружающей среды на ТЭС и АЭС: Учеб. Для техникумов. М.: Энергоатомиздат, 1992.-240с.

5. Тищенко Н.Ф. Охрана атмосферного воздуха. Расчет содержания вредных веществ и их распределение в воздухе: Справ. М.: Химия, 1991 .- 368с.

6. Охрана окружающей среды: Учебн., Под ред. С.В. Белова.:М. Высшая школа, 1991.-319 с.

7. Энергетика и охрана окружающей среды. Под ред. Н.Г. Зологина, Л.И. Кропла, Ю.М. Кострикин. М.: Энергия 1979.- 352 с.

8. Внуков А.К. Защита атмосферы от выбросов энергообъектов. Справочник.М.: Энергоатомиздат, 1992. 437 с.

9. Справочник по пыле и золоулавливанию. М.И. Биргер, А.Ю. Вальдберг, Б.И. Мягков м др. Под общ.ред. А.А. Русанова. Изд. 2-е переработанное. М.: Энергоатомиздат. 1983. - 312с.

10. Инженерная экология. /Мазур И.И., Молдованов О.И., Шишов В.Н. Справочное пособие. Под ред. Мазура И.И. М.: Высшая школа. 1996. - 655 с.

11. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. /Лозановская И.Н. и др. Учебное пособие. М.: Высшая школа. 1998. -287 с.

12. Коуль А.П., Розенфельд Ф.С. Очистка газа. М.: Недра, 1968. 392 с.

13. Кузнецов И.Е., Троицкая Т.М. Защита воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами. М.: Химия, 1979. 344 с.

14. Русанов А.А., Урбах И.И., Анастасиди А.П. Очистка дымовых газов в промышленной энергетике. М.: Энергия, 1979. 469 с.

15. Сугак Е.В., Воинов Н.А. и др. Очистка промышленных газов от газообразных и дисперсных примесей. Химия растительного сырья. № 3,1998. С. 21-34.

16. Цирульников JI.M. и др. Подавление вредных выбросов при сжигании газа в топках котлов. М.: ВНИИЭгазпром, 1981.-376 с.

17. Сигал И .Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива JL: Недра, 1983.-382 с.

18. Газаров Р.А., Широков В.А., Дятлов В.А. Снижение выбросов оксидов азота в выхлопных газах газотурбинных ТС. Газовая промышленность. 1993. № 4. С.23-29.

19. Белосельский Б.С., Покровский В.Н. Сернистые мазуты в энергетике. М.: Энергия. 1969.-328 с.

20. Белосельский Б.С. Топочные мазуты. М.: Энергия.1977. -255 с.

21. Адамов В.А. Сжигание мазута в топках котлов. Д.: недра. 1989. 304 с.

22. Кнорре Г.Ф., Арефьев К.М., Блох А.Г. Теория топочных прцессов. М. Д., Энергия, 1966.491 с.

23. Основа практической теории горения /В. В. Померанцев, Р.Б. Ахмедов, Ю.А. Рундыгин и др. Л., Энергия, 1973. 263 с.

24. Diderichs F. Einflubgroben bei der Bildung von Feststoffen in Abgasen von olgefeuerten Wormeereugern. VDI - Ber., 1977, № 286.

25. Внуков A.K. Надежность и экономичность котлов для газа и мазута М. Д., Энергия, 1966. 368 с.

26. Руководящие указания по переводу котлоагрегатов, работающих на сернистых жидких топливах в режиме сжигания с предельно малыми избытками воздуха. М., Союзтехэнерго, 1980. 34 с.

27. Спейшер В.А. Горбаненко А.Д. Повышение эффективности использования газа и мазута в энергетических установках. М., Энергоиздат, 1982. 239 с.

28. Внуков А.К. Теплохимические процессы в газовом тракте паровых котлов. М., Энергоиздат, 1981. 296 с.

29. Бажин Н.М. Кислотные дожди. СОЖ. т.7, №7.2001.- С. 47-51.

30. Способ смешивания газов с жидкостью./ К.Б.Комиссаров и др. Патент РФ 2166356. 1999.

31. Усовершенствованная установка поглощения газовых выбросов. Комис-саров К.Б., Онишков В.Е., Шерстов Ю.Б. Вестник РГУПС. №2. 2000.-5с.

32. Комиссаров К.Б. и др. Вибротурбулизационное поглощение газов жидкостью //Труды Международной научно-технической конференции "Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта" Ростов н/Д: РГУПС. 1991.С. 83-85.

33. Комиссаров К.Б., Тарасовский А.В., Онишков В.Е. Газовые выбросы от котельных агрегатов, работающих на сернистых топливах. Тезисы доклада на научно-теоретической конференции "Транспорт 2003" Ростов н/Д. РГУПС. 2003. С.33-34.

34. Шапошник В.А. Чистая вода. СОЖ.1998. т.З., С.45-51.

35. Шапошник В.А., Мазо А.А., Фрёлих П. // Успехи химии. 1991. Т. 60, вып. И. С. 2469-2483.

36. Шапошник В.А. //Журн. аналит. химии. 1992. Т. 47, вып. 1. С. 152-158.

37. Гребенюк В.Д., Мазо А.А. Обессоливание воды ионитами. М.: Химия, 1980. 256 с.

38. Light T.S.// Anal. Chem. 1984. Vol. 56. P. 1138-1142.

39. Шапошник B.A., Стрыгина И.П., Зубец Н.Н., Милль Б.Е. // Журн. прикл. химии. 1991. Т. 64, № 9. с. 1942-1946.

40. Шапошник В.А. Кинетика электродиализа. Воронеж: Изд-во Воронеж, унта,1989. 175 с.

41. Комиссаров К.Б., Тарасовский А.В., Комиссарова Т.И., Казарян А.С. Загрязнение атмосферы сернистыми соединениями и пути снижения антропогенных газовых выбросов. Вестник СамГАПС: Научно-техн. журнал.-Самара: СамГАПС,2004.-Вып.1.-с. 36-41.

42. Испытания опытно-промышленной установки поглощения газовых выбросов.// Комиссаров К.Б., Малоземов В.Н., Финоченко В.А. и др. Межвуз. сб. научн. тр. «Экология и безопасность». Ростов-на-Дону. РГАСХМ. 1997.-С. 38-43.

43. Большаков Г.Ф. Сераорганические соединения нефти. Новосибирск.: Наука, 1986.- 243 с.

44. Ляпина Н.К. Химия и физикохимия сераорганических соединений нефтяных дистиллятов. М.: Наука, 1984.- 336 с.

45. Харлампиди Х.Э. Сераорганические соединения нефти, методы очистки и модификация. СОЖ. Т.6,№7.2000. С. 42-46.

46. Способ смешивания газа, содержащего твёрдые частицы с жидкостью. Патент РФ № 2166361, 2001. / авт. Комиссаров К.Б., Вершинин Л. Б., Онишков В. Е.

47. Способ смешивания газов с жидкостью. Патент РФ № 2166356, 2001./ авт. Комиссаров К.Б., Комиссаров М.К.

48. Способ смешивания газов с жидкостью. Патент РФ №2240178, 2004. /авт. Комиссаров К.Б., Казарян А.С., Тарасовский А.В.

49. Покровский В. Н., Бугров В. П. Очистка дымовых газов ТЭС от окислов серы, М.: Моск. энерг. ин-т, 1984. - 64 с.

50. Розенкноп 3. П. Извлечение двуокиси серы из газов. М.: Госхимиздат, 1952. -192 с.

51. Рамм В. М. Абсорбция газов. М.: "Химия", 1976. - 655с.

52. Богатых С. А. Циклонно-пенные аппараты. JL: Машиностроение, 1978 г. -224 с.

53. Заминян А.А., Рамм В.М. Абсорберы с псевдоожиженной насадкой. М.: Химия, 1980. 184 с.

54. Кузнецов И.Е., Троицкая Т.М. Защита воздушного бассейна от загрязнения вредными веществами. М.: Химия, 1979. 344 с.

55. Кельцев Н.В. Основы адсорбционной техники. М.- JL: Химия, 1976. 512 с.

56. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., «Химия», 1973. 750 с.

57. Аэров М.Э. Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем. Изд-во «Химия», 1968 г., 512 с.

58. Кноп В., Теске В. Техника обеспечения чистоты воздуха: Пер. с нем. М.: Медицина, 1970. 200 с.

59. Холланд Ф., Чапман Ф. Химические реакторы и смесители для межфазных процессов. М.: Химия. 1974.-208 с.

60. Устройство для смешивания газа с жидкостью Патент РФ 1780821 /Комиссаров К.Б., Финоченко В.А., Вершинин Л.Б., Онишков В.Е. 1994.-Зс.

61. Смесительное устройство систем газ-жидкость твердые частицы. Патент РФ № 2041734, /Комиссаров К.Б., Финоченко В.А., Педыч В.И. 1995. -4 с.

62. Способ смешивания газов с жидкостью. Патент РФ № 2166356 /Комиссаров К.Б., Суховеева Е.Н., Комиссаров М.К. 2001.- 4 с.

63. Устройство для очистки газов. Патент РФ № 2023497 /Комиссаров К.Б., Карминский В.Д., Финоченко В.А., Комиссаров М.К. 1994. -4 с.

64. Способ смешивания газа, содержащего твёрдые частицы с жидкостью. Патент РФ № 2166361 / Комиссаров К.Б., J1. Б. Вершинин, В. Е. Онишков, и др. 2001. -4с.

65. Альтшуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат,1987.-414с.

66. Экспериментальная установка для смешения газов с жидкостью. Комиссаров К.Б., Казарян А.С., Тарасовский А.В. Материалы международной школы-семинара «Промышленная экология». Ростов н/Д. РГСУ.2003.- С.87-90.

67. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. 3-е изд., перераб. - М:. Энергоатомиздат, 1989. - 353 с.

68. Цегельский В.Г., Ермаков П.Н., Спиридонов B.C., Защита атмосферы от выбросов углеводородов из резервуаров для хранения и транспортирования нефти и нефтепродуктов. Безопасность жизнедеятельности, №3, 2001

69. Прохоренко Ф.Ф., Андреева Г.А. Герметизированная система хранения испаряющихся нефтепродуктов в резервуарах и защита окружающей среды. М.: ЦНИИТЭнсфтехим. 1991. (Тем. обзор).

70. Белевич А.И. Струйные насосы-дозаторы (эжекторы) новых конструкций. ООО "Эжектор". М.2002.

71. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. М.: Физматгиз, 1960, 715 с.

72. Дейч М.Е. Техническая газодинамика. М.: Энергия. 1974.- 674с.

73. Прикладная газовая динамика. Абрамович Г.Н. Изд. 3-е перераб. Гл. ред-я физ.-мат. литературы из-ва Наука, М.:1969. 824 с.

74. Газовая динамика. /Рахматуллин Х.А., Сагомонян А.Я., Бунимович А.И., Зверев И.Н. Высшая школа. М.: 1965. 722 с.

75. Амелин А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации пара. 4-е изд., доп. и перерыб. - М.: Химия, 1982. - 325с.

76. Амелин А. Г., ДАН СССР, 68, 1673.1947.

77. Амелин А. Г., Коллоид, ж., 10, 169.1948.

78. Амелин А. Г., Новые идеи в области изучения аэрозолей. Изд. АН СССР, 1949.

79. Дессауэр Ф., Ионизированный воздух и его физиологическое действие, 1934.

80. Hidy G. M., Fried lander S. K„ A. J.Ch. E. Journal, 10, 115. 1964.

81. Лаигмюр И., УФН, 37, 349. 1949.

82. Амелин А. Г., Беляков М. И., Коллоидн, ж., 17, 1463. 1955.

83. Levne D. G., Friedlender S. К., Chem. Eng. Sci., 13, 49. 1960.

84. Higuchi W. J., Konski С. Т., J. Coll. Sci., 15, 14 1960.

85. Шишкин H.C. Облака, осадки и грозовое электричество, Гидрометеоиздат, 1964.

86. JangeC. Ann. MeL (Beiheit), 5, 1952.

87. Дьяконов Г. К. Вопросы теории подобия в области физико-химических процессов, Изд. АН СССР, 1956.

88. Domkohler G., Themi—Ingenier, 3 (1939).

89. Амелин А. Г. В сб. «Новые идеи в области изучения аэрозолей». Изд. АН СССР, 1949.

90. Levine D. G., Friedlender S. К., Chem. Eng. Sci., 13, 49.1960.

91. Higuchi W. J., Konski С. Т., J. Coll. Sci., 15, 14.1960.

92. Hidy G.M., Fried lander S. K., A. J.Ch. E. Journal, 10, 115. 1964.

93. Коган Я. И., Бурнашова 3. А., ЖФХ, 24, 2630. 1960.

94. Вильсон Д. Камера Вильсона, Издатинлит, 1954.-295с.

95. Пронин А. Ф., Машины для борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур, Изд. «Высшая школа», 1964. 389с.

96. Расчет объемного расхода газов и паров с применением компьютерной программы / Комиссаров К.Б., Кучеренко Е.А., Яковлева А.А. и др. Ростов н/Д.: РГУПС, 2001.- 12 с.

97. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. 720 с.

98. Голубев Б.П. и др. Электрофизические методы исследования свойств теплоносителей. М.: Энергоатомиздат. 1985.-184 с.

99. Водоподготовка. Процессы и аппараты. Под. ред. докт. техн. наук, проф. О.И. Мартыновой. Учебное пособие для вузов. М., Атомиздат, 1977. 352 с.

100. Крешков А.П. Основы аналитической химии. М.: Химия, 1965,- 498 с.

101. Дьяконов Г. К. Вопросы теории подобия в области физико-химических процессов, Изд. АН СССР, 1956.

102. Лоусон Ч., Хенсон Р. Численное решение задач методом наименьших квадратов: пер. с англ. М.: Наука 1986. 367 с.