Введение к работе
Актуальность работы. Одной из наиболее острых и актуальных экологических проблем водоемов-охладителей объектов энергетики является их тепловое загрязнение, наблюдаемое в результате поступления термически нагретых вод, сбрасываемых после охлаждения энергетического оборудования.
Согласно санитарным нормам и правилам СанПиН 2.1.9.980-00 «Гигиенические требования к охране поверхностных вод» летняя температура воды в водоеме в результате сброса сточных вод не должна повышаться более чем на 3 С по сравнению со среднемесячной температурой воды самого жаркого месяца года за последние 10 лет.
Для прогноза влияния тепловых сбросов ТЭЦ с выявлением участков в водоеме с повышенной температурой, превышающей установленные нормативы, широко используются методы построения математических моделей. Существует ряд программных комплексов, которые используются для моделирования качества вод водоемов различных типов (морей, озер, рек) со значительной акваторией и многочисленными сбросами, в которых температурная составляющая является лишь одним из нескольких параметров
оценки.
Вместе с тем для водоемов-охладителей объектов теплоэнергетики, находящихся в черте мегаполиса, со сбросом теплых вод в природный водоем и высокой степенью водообмена актуальной задачей является создание адекватной модели с возможностью прогноза конфигурации теплового факела и распределения температуры сбрасываемой воды. Выявление закономерностей температурных характеристик водоема-охладителя методами математического моделирования позволит судить о необходимости реализации инженерных решений по улучшению экологической ситуации.
Существуют различные инженерно-технические решения снижения температуры сбросных вод после охлаждения энергетического оборудования с целью соблюдения санитарно-гигиенических нормативов. Выбор инженерного решения требует учета большого объема фактических данных и сложных расчетов. Поэтому разработка методики выбора эффективного технического решения для снижения теплового загрязнения, основанной на моделировании теплового факела и учитывающей специфические особенности водного объекта (морфометрические, гидрологические, экологические, социальные), является актуальной задачей.
Объект исследования - водоемы-охладители ТЭЦ. Предмет данной работы -температурный режим водоемов-охладителей ТЭЦ.
Целью данной работы является изыскание способов экологической реабилитации водоемов-охладителей объектов теплоэнергетики с разработкой модели теплового факела и выбором эффективных инженерных решений по снижению теплового загрязнения.
Задачами исследования являются:
- изучить существующие инженерные решения, используемые для снижения теплового загрязнения водоемов-охладителей сбросами ТЭЦ;
- выявить закономерности распределения температур в водоеме-
охладителе на основе моделирования теплового факела с использованием
программного комплекса CORMIX;
разработать методику выбора инженерных решений по снижению теплового загрязнения водоема-охладителя объекта энергетики;
разработать программу для расчета установок, предназначенных для минимизации теплового загрязнения водоемов;
провести натурные исследования состояния водоема-охладителя с учетом параметров, необходимых для моделирования теплового факела;
оценить адекватность компьютерной модели теплового загрязнения конкретным параметрам водоема-охладителя с учетом специфики объекта теплоэнергетики;
апробировать методику выбора инженерного решения по снижению теплового загрязнения водоема-охладителя ТЭЦ.
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались: программирование в среде Delphi для расчета установок, предназначенных для минимизации теплового загрязнения водоемов; моделирование теплового факела с помощью программного комплекса CORMIX; проведение экспедиционных натурных исследований термического режима водоема-охладителя ТЭЦ.
Научная новизна работы
-
Разработана методика выбора инженерных решений по снижению теплового загрязнения водоема-охладителя объекта энергетики.
-
На основе моделирования в среде CORMIX впервые для ТЭЦ Республики Татарстан получено распределение температуры в непосредственной близости от точки сброса условно загрязненных вод в озеро Средний Кабан и выполнена оценка конфигурации теплового факела.
3. Создана компьютерная программа расчета конкурирующих
инженерных решений по снижению теплового загрязнения на языке Pascal в
среде Delphi.
4. Выбрано эффективное техническое решение - брьагальные установки,
позволяющие минимизировать тепловое загрязнение озера Средний Кабан.
Практическое значение работы
Результаты исследований позволяют минимизировать тепловое загрязнение озера Средний Кабан сбросами Казанской ТЭЦ.
Внедрение рекомендованного технического решения позволит снизить экологическую нагрузку на водоем, платежи предприятия и решить социальные проблемы, обусловленные неблагополучной экологической обстановкой иа акватории озера.
Методологические подходы, разработанные при выполнении данной работы, могут быть применены при составлении планов развития городских территорий и сохранении водных ресурсов от теплового загрязнения и в других странах, в том числе Сирийской Арабской Республике. Планируется использовать разработанную методику выбора эффективного решения по
снижению теплового загрязнения для решения проблемы тепловых сбросов Катинской ТЭЦ, поступающих в озеро Катина.
Результаты исследований могут быть использованы в учебном процессе при подготовке специалистов - энергетиков, экологов и др.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: международной молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, КГЭУ, 2009,2010); аспирантско-магистерском семинаре, посвященном Дню энергетика (Казань, КГЭУ, 2009, 2010); международной студенческой научно-образовательной конференции «Иностранные языки в профессиональной коммуникации» (Казань, КГУ, 2010); XVII международной специализированной выставке «Энергетика и электротехника 2010» (Санкт-Петербург, 2010) и международной конференции «Экология, технологии, культура в современном мире; проблемы versus решения», Москва, МГГУ, 2010.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 2 из перечня ВАК.
Положения, выносимые на защиту:
закономерности распределения температур в водоеме-охладителе на основе моделирования теплового факела с использованием программного комплекса CORMIX;
методика выбора инженерных решений по снижению теплового загрязнени водоема-охладителя объекта энергетики с использованием компьютерной программы расчета установок, предназначенных для минимизации теплового загрязнения водоемов;
результаты математического моделирования характеристик теплового факела для различных сценариев тепловых сбросов в озеро Средний Кабан;
результаты инженерных расчетов технических устройств, предназначенных для снижения теплового загрязнения озера Средний Кабан;
- рекомендации по снижению теплового загрязнения озера Средний
Кабан.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 113 наименований, и приложения. Работа без приложений изложена на 114 страницах машинописного текста, включая 30 рисунков и 18 таблиц. Приложение занимает 31 страницы.
