Содержание к диссертации
Стр
Введение 4
1. Литературный обзор 7
Воздействие компонентов газовых выбросов энерго- 7 технологических установок на окружающую среду
Существующие методы контроля компонентов газовых 8 выбросов энерготехнологических установок
1.2Л. Традиционный экологический мониторинг 8
Анализ воздуха, связанный с отбором проб 9
Анализ воздуха с использованием 12 автоматических устройств
1.2.3. Параметрический мониторинг 18
1.3. Зависимости, положенные в основу работы системы 31
параметрического мониторинга
Материальный баланс горения топлива 34
Тепловой баланс горения топлива 35
Топливо 39
2. Теплоэнергетические объекты исследования, методы 42
исследования и средства контроля за выбросами
Паровой котел ДКВР-20-13 42
Приборы, использованные для анализа выбросов 45
Штатные параметры исследуемых теплоэнергетических 48 объектов
2.3.1. Штатные параметры паровых котлов ДКВР-20-13 48
и ТП-92
2.3.2. Штатные параметры газотурбинных установок 49
ГТУ-2,5ПиГТУ-4П
3. Концепция разработки системы параметрического 50
мониторинга
Моделирование количества выбросов как функций 50 отклика на контролируемые параметры энерготехнологических установок
Методика формирования базы данных для системы 52 мониторинга выбросов паровых котлов ДКВР-20-13 и ТП-92
Методика формирования базы данных для системы 53 мониторинга выбросов газотурбинных установок ГТУ-2,5ПиГТУ-4П
Построение модели работы энерготехнологических 54 установок
Формирование базы данных для мониторинга выбросов 64 энергетического котла ТП-92 и результаты измерений
Формирование базы данных для мониторинга выбросов 75 энергетического котла ДКВР-20-13 и результаты измерений
Формирование базы данных для системы мониторинга 105
выбросов газотурбинных установок ГТУ-2,5П и ГТУ-4П
4. Минимизация воздействия энерготехнологических
установок на окружающую среду при использовании
системы параметрического мониторинга
5. Заключение
Выводы
Список использованной литературы Приложения
Введение к работе
Актуальность темы: Современная промышленность, обеспечивая потребности общества, перерабатывает природные ресурсы в готовую продукцию. Одним из основных показателей, характеризующих общее развитие промышленности, является объем добычи углеводородных энергоносителей и производство энергии. Человечеству требуется все большее количество энергии для удовлетворения своих потребностей. При этом на всех этапах добычи и переработки энергоносителей происходит воздействие на окружающую среду, изменяющее существующее природное материальное и энергетическое равновесие [1-19].
В настоящее время существует два основных типа систем экологического мониторинга: аналитический или традиционный, основанный на применении измерительного оборудования для определения концентраций и расхода топлива с дальнейшим расчетом величины выброса, и параметрический, основанный на зависимости вещественного состава выбросов как от технологических параметров процессов, в которых образуются загрязняющие вещества, так и на физико-химических характеристиках этих процессов.
Типичная (аналитическая) система мониторинга выбросов состоит из автоматического стационарного промышленного анализатора с системой отбора и подготовки проб, измерителей температуры, давления и других параметров сбросного потока. Измеренные параметры сбросного потока передаются в компьютер для дальнейшей обработки. В настоящее время эта система широко распространена и применяется на большинстве предприятий, но она имеет существенный недостаток - не является непрерывной во времени.
В то же время обеспечение действенного контроля за соблюдением нормативов предельно допустимых выбросов возможно только при использовании систем непрерывного аналитического контроля, связанных с блоками регулирования работы агрегатов.
В связи с этим представляет интерес создание систем непрерывного аналитического контроля, так как они позволяют определять истинные величины выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, оперативно регулировать режим работы теплоэнергетической установки, прогнозировать величину выбросов и минимизировать воздействие выбросов на окружающую среду.
Известны работы, связанные с использованием системы параметрического мониторинга для определения концентраций компонентов в выбросах. Российское законодательство предполагает определение массовых содержаний компонентов выбросов. Решению этой проблемы и посвящена настоящая работа.
Цель исследования заключалась в разработке количественного определения выбросов, основанного на математической модели работы энерготехнологической установки и потоков выбросов, в режиме реального времени.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
изучить закономерности образования загрязняющих компонентов на энерготехнологических установках при окислении углеводородных топлив;
выявить значащие факторы в штатных параметрах работы паровых котлов и газотурбинных установок для построения математической модели выбросов;
разработать методики формирования баз данных паровых котлов и газотурбинных установок;
- спроектировать систему параметрического мониторинга путем
нахождения зависимостей функций отклика в виде характеристик выбросов
от значащих факторов штатных параметров работы энерготехнологических
установок;
- показать эффективность работы предложенной системы для снижения
антропогенного воздействия.
Научная новизна:
создана система экономичного автоматического непрерывного
контроля вещественного состава выбросов энерготехнологических
установок.
разработана модель, описывающая зависимость количества выбросов
от технологических параметров работы установки.
разработана система контроля выбросов энерготехнологических
комплексов, основанная на анализе штатных технологических параметров и
количественных характеристик выбросов в режиме реального времени.
доказана адекватность модели и возможность в предупредительном режиме корректировать технологические параметры для снижения техногенной нагрузки на окружающую среду.
научная новизна подтверждена патентом РФ № 2190875 "Способ определения величины массовых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду и система для его осуществления".
Практическая значимость работы заключается в том, что создана система для непрерывного вещественного определения загрязняющих компонентов в газовых выбросах, которая позволяет отказаться как от пробоотбора, так и использования специальных газоанализаторов, чем обеспечивается значительный экономический эффект.
Доказана возможность существенного снижения количества выбросов и снижения нагрузки на окружающую среду при использовании предложенной системы.
Созданы базы данных для реализации сертифицированной системы параметрического мониторинга энергетических котлов и газотурбинных установок.
Система функционирует на ОАО «Уралкалий» (г. Березники) и опробована на ОАО «Авиадвигатель» (г. Пермь) и Ливийской ГРЭС (пос. Яйва).
Практическая значимость подтверждена актом использования изобретения ОАО «Уралкалий».
Использование предложенной системы на ОАО «Уралкалий» (г. Березники) позволило уменьшить количество выбросов оксидов азота NOx примерно на 800 килограммов в год.
Результаты исследований используются в учебном процессе Пермского государственного технического университета при чтении лекций по курсу «физико-химические методы анализа» для специальностей «технология неорганических веществ» и «биотехнология».
