Содержание к диссертации
Введение
Глава первая. Анализ состояния вопроса и постановка задач исследования
1.1. Общие сведения о котельных агрегатах ТЭЦ 12
1.1.1. Паровые и водогрейные котлоагрегаты ТЭЦ 13
1.1.2. Топочные устройства котлоагрегатов ТЭЦ 18
1.1.3. Технические характеристики котлоагрегатов Ульяновской ТЭЦ-1 23
1.2. Общие сведения о дутьевых вентиляторах котлоагрегатов ТЭЦ и производственных котельных 28
1.2.1. Характеристики дутьевых вентиляторов 29
1.2.2. Влияние температуры воздуха на работу вентилятора 31
1.2.3. Выбор дутьевых вентиляторов 33
1.2.4. Маркировка, аэродинамические схемы и номенклатура дутьевых вентиляторов 37
1.3. Химические процессы окисления топлива в топках котлов ТЭЦ и
промышленных котельных 42
1.3.1. Химический процесс окисления газообразного топлива 42
1.3.2. Химические процессы окисления жидкого топлива (мазута) 45
1.3.3. Химические процессы окисления твердого топлива 46
1.4. Использование воздуха в качестве окислителя в процессах горения топлива в топках котлоагрегатов ТЭЦ 49
1.4.1. Определение количества воздуха, необходимого для горения топлива 52
1.5. Анализ состояния воздушного бассейна на территории промышленных предприятий и городов 55
1.6. Постановка задач исследования 63
Глава вторая. Разработка технологий использования котельных агрегатов тэц и их дутьевых вентиляторов для транспорта и обезвреживания промышленных и автотранспортных выбросов
2.1. Новый подход к утилизации теплоты и загрязнителей вентиляционных выбросов в топках котлоагрегатов ТЭЦ
2.2. Технологии обезвреживания вентиляционных выбросов промышленных предприятий
2.3. Способы повышения надежности и экономичности технологий утилизации промышленных выбросов
2.4. Технологии обезвреживания загрязненного воздуха городских автомагистралей
2.5. Анализ возможности термического обезвреживания вентиляционных выбросов в топках котлоагрегатов ТЭЦ и котельных
2.6. Выводы
Глава третья. Экспериментальное исследование промышленной применимости новых технологий утилизации вентиляционных выбросов в топках котлоагрегатов тэц и производственных котельных
3.1. Задачи исследования
3.2. Характеристика технологического оборудования и приборов
3.2.1. Производственное оборудование.
3.2.2. Приборы
3.3. Результаты экспериментального исследования 98
3.4. Обработка результатов эксперимента 103
3.5. Выводы 114
Глава четвертая. Технико-экономическое исследование технологий утилизации вентиляционных выбросов в топках котлов теплоэнергетических установок
4.1. Методика технико-экономического исследования новых технологий 115
4.2. Оценка энергетической и экономической эффективности технологий утилизации вентиляционных выбросов в топках котлов теплогенерирующих установок предприятий Ульяновской области 124
4.3. Энергетическая эффективность утилизации загрязненного воздуха в топках котлоагрегатов ТЭЦ 143
4.4. Оценка энергетической эффективности технологий утилизации загрязненного воздуха городов в топках котлов ТЭЦ (на примере Ульяновской ТЭЦ-1) 147
4.5. Выводы 152
Основные выводы 154
Список литературы 156
Приложения 173
- Общие сведения о дутьевых вентиляторах котлоагрегатов ТЭЦ и производственных котельных
- Технологии обезвреживания вентиляционных выбросов промышленных предприятий
- Характеристика технологического оборудования и приборов
- Оценка энергетической и экономической эффективности технологий утилизации вентиляционных выбросов в топках котлов теплогенерирующих установок предприятий Ульяновской области
Введение к работе
Актуальность темы. Значительная часть отечественных ТЭЦ предназначена для снабжения паром и горячей водой промышленных предприятий. Располагаются эти ТЭЦ, как правило, на территории предприятий или в непосредственной близости от них. Технологически ТЭЦ и промышленные объекты обычно связаны только трубопроводами теплоносителей. Многие весьма актуальные научно-технические проблемы, к которым относятся, прежде всего, повышение энергетической эффективности производства и защита воздушной среды, являются общими для тепловых электростанций и промышленных предприятий, однако решаются такие проблемы на них автономно, без учета технологических возможностей этих расположенных рядом объектов.
Анализ показывает, что при объединении ТЭЦ и промышленного потребителя в единую технологическую систему появляются новые возможности для решения названных выше проблем и использования тепловой электростанции как утилизатора значительных объемов техногенных выбросов.
В данной работе решены задачи, позволяющие существенно повысить энергетическую и экологическую эффективность производственных процессов на тепловых электростанциях и промышленных предприятиях, а также повысить экологическую безопасность автомагистралей городов с помощью оборудования ТЭЦ.
Основная часть диссертации выполнена в рамках научно-технической программы Министерства образования Российской Федерации «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» по подпрограмме 207, номер государственной регистрации НИР №01200312435.
Целью работы является разработка энергетически и экологически эффективных технологий использования котлоагрегатов теплоэнергетических установок и их дутьевых вентиляторов для вентиляции промышленных объектов и автомагистралей городов.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
- проанализировано состояние воздушного бассейна на территории промышленных предприятий и городов;
- разработаны технологии транспорта и утилизации промышленных и автотранспортных выбросов с помощью дутьевых вентиляторов котлов ТЭЦ и производственных котельных;
- проанализирована возможность термического обезвреживания вентиляционных выбросов в топках котлоагрегатов теплогенерирующих установок;
- проведено экспериментальное исследование промышленной применимости новых решений на теплоэнергетических установках, выполнен корреляционный анализ параметров вентиляционного воздуха промышленного объекта и ряда технологических факторов;
- разработана методика технико-экономического исследования новых технологий и выполнена оценка их энергетической и экономической эффективности на Ульяновской ТЭЦ-1 и промышленных предприятиях Ульяновской области;
- разработаны способы повышения надежности и экономичности технологий утилизации вентиляционных выбросов с помощью дутьевых вентиляторов котлов ТЭЦ и котельных в различных производственных условиях.
Основные методы научных исследований. В работе использованы метод пассивного эксперимента, статистический метод корреляционного анализа результатов эксперимента, методы вычислительной математики, аэродинамики, эвристические методы разработки новых технических решений. Для расчетов и построения графических зависимостей использовался пакет программ Microsoft Excel.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. Разработан новый подход к повышению энергетической и экологической эффективности котлоагрегатов ТЭЦ и производственных котельных, предусматривающий использование в качестве окислителя в процессах горения топлива загрязненного воздуха промышленных предприятий и автомагистралей городов. Новый подход реализован в серии энергетически и экологически эффективных технологий утилизации теплоты и загрязнителей воздуха в топках котлов тепловых электростанций и промышленных котельных.
Новизна созданных решений подтверждена 25 патентами на изобретения Российской Федерации.
2. В результате экспериментального исследования доказана возможность использования вентиляционного воздуха производственных цехов в качестве окислителя в процессах горения топлива, а также возможность снижения расхода топлива на котлы за счет утилизации теплоты промышленных выбросов, что позволило сделать вывод о технологической целесообразности применения разработанных решений на ТЭЦ и промышленных предприятиях.
Достоверность результатов работы обусловлена проведением эксперимента в реальных промышленных условиях, использованием современных средств измерений, тарировкой и калибровкой измерительных систем, использованием стандартизированных методов обработки и обобщения экспериментальных данных, применением действующих нормативных методик оценки экономической эффективности энергосберегающих технологий, патентной чистотой разработанных технических решений.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
1. Сформулирован новый подход к утилизации теплоты вентиляционных выбросов и вредных веществ, содержащихся в них, основанный на использовании дутьевых вентиляторов котлов ТЭЦ и промышленных котельных для вентиляции производственных объектов и автомагистралей городов. В рамках этого подхода разработана серия энергетически и экологически эффективных технологий вентиляции производственных цехов предприятий и загазованных автодорог дутьевыми вентиляторами котлов теплоэнергетических установок. Реализация новых технологических решений позволяет утилизировать теплоту и термически нейтрализовать вредные вещества, содержащиеся в вентиляционных и автотранспортных выбросах, в топках котлоагрегатов ТЭЦ и производственных котельных, снизить топливопотребление теплогенерирующими установками и энергопотребление промышленными предприятиями.
2. Экспериментально обоснована промышленная применимость и целесообразность разработанных решений на теплоэнергетических установках.
3. Разработана методика технико-экономического исследования новых технологий и выполнена оценка их энергетической и экономической эффективности применительно к Ульяновской ТЭЦ-1 и предприятиям Ульяновской области.
4. Разработан ряд технических решений по повышению надежности и экономичности технологий утилизации промышленных выбросов в топках котлоагрегатов теплогенерирующих установок в различных производственных условиях.
Реализация результатов работы. На Ульяновской ТЭЦ-1 принята к промышленному внедрению технология транспорта загрязненного воздуха автомагистрали Московское шоссе г. Ульяновска через подземные каналы теплотрассы в топки паровых котлов ТГМ-96Б. На Ульяновском предприятии ООО «Стройпластмасс-СП» приняты к использованию решения по отводу вентиляционных выбросов цеха по производству линолеума дутьевыми вентиляторами в топки котлоагрегатов теплогенерирующей установки предприятия для их термического обезвреживания. На Ульяновском предприятии ОАО «Волжские моторы» выполнена проектная проработка решений по отводу технологических выбросов цветолитейного цеха № дутьевыми вентиляторами в топки паровых котлов. Материалы диссертационной работы также использованы кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция» УлГТУ в курсах лекций «Технологии централизованного производства тепловой и электрической энергии», «Теплогенерирующие установки», «Энергосбережение», «Охрана воздушного бассейна», «Вентиляция» и дипломном проектировании при подготовке инженеров по специальности 27010965.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Новый подход к повышению энергетической и экологической эффективности котлоагрегатов ТЭЦ и производственных котельных и разработанные в рамках его реализации решения, предусматривающие использование в качестве окислителя в процессах горения топлива загрязненного воздуха промышленных предприятий и автомагистралей городов.
2. Результаты экспериментального исследования возможности использования вентиляционных выбросов в качестве окислителя в процессах горения топлива в топках котлов теплоэнергетических установок и возможности снижения расхода топлива на котлы за счет утилизации теплоты вентиляционных выбросов.
3. Результаты расчета энергетической и экономической эффективности реализации разработанных технологий на ТЭЦ и промышленных предприятиях Ульяновской области.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на: 4-й и 5-й Российских научно-технических конференциях «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (Ульяновск, УлГТУ, 2003 и 2006 гг.), V Школе-семинаре молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении» (Казань, КазНЦ РАН, 2006 г.), II Молодежной научной конференции «Тинчуринские чтения» (Казань, КГЭУ, 2007 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Наука — производство - технологии - экология» (Киров, ВятГУ, 2007 г.), II Международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции» (Москва, МГСУ, 2007 г.), II и IV Международных научных конференциях «Качество внутреннего воздуха и окружающей среды» (Волгоград, ВолгГАСУ, 2003 и 2006 гг.), 10-й, 11-й и 13-й Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, МЭИ, 2004, 2005, 2007 гг.), II Международной научно-практической конференции «Экология: образование, наука, промышленность и здоровье» (Белгород, БГТУ, 2004 г.), Всероссийских конференциях аспирантов по приоритетному направлению «Рациональное природопользование» (Ярославль, ЯрГУ, 2005 и 2006 гг.), 39-й, 40-й и 41-й НТК ППС УлГТУ (Ульяновск, 2005, 2006, 2007 гг.), заседаниях научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки» УлГТУ (Ульяновск, 2002-2007 гг.).
В 2002 г. разработка технологий вентиляции автомагистралей городов дутьевыми вентиляторами котлов ТЭЦ отмечена золотой медалью 51-го Всемирного салона инноваций, научных исследований и новых технологий «Брюссель-Эврика-2002». В 2004 г. разработка технологий вентиляции производственных цехов промышленных объектов дутьевыми вентиляторами котлов теплоэнергетических установок отмечена бронзовой медалью 32-го Международного салона изобретений, новой техники и товаров «Женева-2004». В 2007 г. автор стала победителем конкурса научно-инновационных проектов по Федеральной программе «УМНИК-2007» (направление «Тепловые электрические станции и промышленная теплоэнергетика»).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 55 работ, в том числе 1 монография, 14 статей, 12 полных текстов докладов, тезисы 3 докладов, 25 патентов на изобретения Российской Федерации.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, 2 приложений, содержит 52 иллюстрации, 43 таблицы, список литературы из 143 наименований. Общий объем работы составляет 175 страниц машинописного текста.
Структура изложения диссертации построена следующим образом. В первой главе диссертации приведен обзор литературы по оборудованию ТЭЦ и котельных, анализ состояния воздушной среды на территории промышленных предприятий и городов, а также обоснованы задачи исследования. Во второй главе представлены решения по утилизации теплоты и загрязнителей воздуха промышленных объектов и автомагистралей городов в топках котлоагрегатов тепловых электростанций и котельных. В третей главе диссертации приведены результаты экспериментального исследования возможности использования вентиляционных выбросов производственных цехов в качестве окислителя в процессах горения топлива в топочных устройствах котлов. В четвертой главе выполнена оценка энергетической и экономической эффективности разработанных в диссертации технологий на примере Ульяновской ТЭЦ-1 и промышленных предприятий Ульяновской области. В заключительной части диссертации приведены основные выводы, список литературы и приложения.
Общие сведения о дутьевых вентиляторах котлоагрегатов ТЭЦ и производственных котельных
Для того, чтобы в топке котлоагрегата могло происходить горение топлива, в нее необходимо подавать воздух. Для котлов с уравновешенной тягой и котлов, работающих под наддувом, подача воздуха осуществляется дутьевыми вентиляторами. Дутьевые вентиляторы забирают из атмосферы значительное количество чистого воздуха. Крупные котельные установки и тепловые электростанции каждый час потребляют миллионы кубометров воздуха. Таким образом, они оказывают значительное влияние на состояние воздушной среды населенных пунктов.
Характеристики дутьевых вентиляторов представляют собой графические зависимости создаваемого машиной давления (Я, Па), потребляемой мощности (N, кВт) и коэффициента полезного действия (КПД) (//, %) от производительности (Q, м3/с).
Характеристики вентиляторов в большинстве случаев построены по полному давлению, создаваемому машиной при перемещении воздуха, имеющего указанную на характеристике температуру, при абсолютном давлении 760 мм. рт. ст. в сечении входа в вентилятор.
Производительность вентилятора — объем перемещаемого вентилятором воздуха в единицу времени, измеренный во входном сечении.
Необходимая расчетная производительность вентилятора Q, м /ч, определяется исходя из условий всасывания, температуры перед вентилятором, и представляет собой действительный объем воздуха, который должен перемещать вентилятор: где V — расход воздуха при номинальной нагрузке котла для абсолютного давления 760 мм. рт. ст., м /ч; pi и р2 - коэффициенты запаса по производительности и по давлению; z — количество одинаковых параллельно работающих вентиляторов; кбар — барометрическое давление в месте установки вентилятора, мм. рт. ст.; Нвх — разрежение во входном сечении вентилятора, мм. вод. ст. Для всех дутьевых вентиляторов, а также для других машин с давлением, меньшим 3 кПа, в формуле (1.2) учитывается только барометрическое давление без поправки на Нвх.
Выбор любого тягодутьевого механизма сводится к подбору машины, обеспечивающей производительность и давление, которые определяются при расчете воздушного и газового трактов, и потребляющей наименьшее количество электрической энергии при эксплуатации.
Воздуховоды, подводимые к дутьевым вентиляторам, рассчитывают исходя из скорости движения воздуха в пределах 6- -10 м/с. Воздуховоды снабжают задвижками или шиберами, позволяющими регулировать и прекращать подачу воздуха в топочное устройство котлов ТЭЦ.
Размещение дутьевых вентиляторов можно выполнить как внутри здания котельной, так и за его пределами. Не рекомендуется устанавливать тягодутьевые машины на открытом воздухе при расположении котельных среди жилого массива.
Для выбора вентилятора необходимо знать расход воздуха V, м3/ч, в месте установки машины, перепад полных давлений АНп, кПа, при номинальной нагрузке котла и плотность перемещаемого воздуха р, кг/м . При выборе тягодутьевых машин вводятся коэффициенты запаса по производительности Pi = 1,1 (10 % запас) и давлению р2 = 1,2 (20 % запас) [28].
Объем воздуха перед вентилятором на 1 МДж тепловой мощности парового котла мало изменяется в зависимости от вида топлива и оказывается повышенным только для влажных топлив (табл. 1.5) [26]. Таблица 1.5 Объем воздуха перед вентилятором на 1 МДж тепловой мощности парового котла
При выборе вентилятора радиального типа точка с параметрами Qp и Н Т должна располагаться ближе к кривой Q-H вентилятора, построенной для полностью открытого направляющего аппарата, снизу от нее по возможности вблизи максимального КПД (рис. 1.5).
Для вентиляторов осевого типа расчетная точка должна располагаться на кривых, соответствующих повороту направляющего аппарата в сторону противокрутки (положительные углы поворота створок направляющего аппарата). В этом случае развиваемое вентилятором давление достигает максимума [29]. Если на заданные параметры может быть выбрано несколько вентиляторов различного типа, то выбор вентилятора должен быть произведен на основании технико-экономического расчета с учетом годового графика загрузки котельного агрегата, стоимости затраченной электроэнергии на привод вентилятора, эффективности его регулирования и стоимости самого вентилятора [25].
Технологии обезвреживания вентиляционных выбросов промышленных предприятий
Предлагаемый подход можно реализовать различными способами в зависимости от конкретных производственных условий: состояния оборудования, теплогенерирующей установки, ее удаленности от вентилируемых цехов, состава загрязнителей промышленных выбросов. Транспорт вентиляционных выбросов можно осуществить через специально смонтированные воздуховоды, а также через инженерные коммуникации.
Наиболее эффективная по экономическим показателям, не требующая значительных капитальных вложений, технология использования дутьевых вентиляторов котлоагрегатов ТЭЦ или промышленных котельных для вентиляции производственных цехов [60, 61, 62] представлена на рис. 2.1 и реализуется следующим образом. Рис. 2.1. Схема транспорта промышленных вентиляционных выбросов в топки котлоагрегатов через вытяжной воздуховод системы вентиляции: 1 — вытяжные зонты (местные отсосы); 2 - сборный воздуховод вытяжной вентиляции; 3 — дутьевой вентилятор; 4 — всасывающий воздуховод вентилятора; 5 — котлоагрегат; 6 — производственный цех; 7 — дымосос; 8 - дымовая труба
Загрязненный воздух рабочей зоны производственного цеха забирается вытяжными зонтами 1 в сборный воздуховод вытяжной вентиляции 2, далее дутьевым вентилятором 3 через всасывающий воздуховод 4 подается в котлоагрегат 5 для поддержания процесса горения топлива в топке. Органические соединения, содержащиеся в воздухе рабочей зоны производственного цеха 6 промышленного предприятия, термически обезвреживаются в топке котла (окисляются до диоксида углерода ССЬ и водяных паров Н20) и удаляются дымососом 7 в дымовую трубу 8, из которой выбрасываются в атмосферу на значительную высоту. Теплота, содержащаяся в вентиляционном воздухе, регенерируется в топке котлоагрегата, благодаря чему снижается расход топлива на теплогенерирующую установку.
При значительном количестве котлоагрегатов целесообразно сделать подвод вентиляционных выбросов к всасывающим патрубкам всех установленных котлов. Это позволит повысить эффективность и работоспособность системы обезвреживания загрязненного воздуха при выводе из эксплуатации каких либо котлов. В случае если сборный воздуховод системы промышленной вентиляции подключен к дутьевому вентилятору только одного котла, то в производственном цехе следует оставить штатный вытяжной вентилятор [63, 64].
Экологическими и экономическими преимуществами разработанных технологий обезвреживания вентиляционных выбросов в топках котлов ТЭЦ или промышленных котельных являются [65, 66]: термическое обезвреживание вентиляционных выбросов в топках котлоагрегатов теплоэнергетических установок; снижение потребления котлами теплогенерирующих установок чистого атмосферного воздуха; снижение топливопотребления ТЭЦ или котельными вследствие регенерации в топках котлоагрегатов теплоты загрязненного воздуха; снижение расхода пара на калориферные установки ТЭЦ для предварительного подогрева воздуха; снижение энергопотребления системами вентиляции предприятий за счет исключения из работы штатных вытяжных вентиляторов; снижение энергопотребления оборудованием станций газоочистки предприятий вследствие сокращения объема выбросов, поступающих для обезвреживания, а в некоторых случаях полное исключение их из работы; снижение эксплуатационных затрат на обслуживание вентиляционного и газоочистного оборудования; снижение выплат по экологическим штрафам за загрязняющие атмосферу вентиляционные выбросы; отсутствие необходимости в громоздком, дорогостоящем и энергоемком оборудовании для реализации технологий; низкие капитальные затраты, срок окупаемости которых в большинстве случаев не превышает 1 года.
Разработанные технологии особенно актуальны для промышленных предприятий, имеющих большой объем вентиляционных выбросов, недостаточно оборудованные или малоэффективные станции газоочистки, теплогенерирующую установку на своей территории, а также значительное потребление электроэнергии системами вентиляции.
На промышленных предприятиях, не имеющих собственных ТЭЦ или котельных установок, но получающих пар или горячую воду от них по теплопроводам, расположенным в подземных каналах, может быть использована технология, представленная на рис. 2.2, которая реализуется следующим образом. Загрязненный воздух рабочей зоны производственного цеха 3 забирается вытяжными зонтами 1 в сборный воздуховод вытяжной вентиляции 2, откуда направляется в подземный канал системы теплоснабжения 4. Затем дутьевым вентилятором 6 через всасывающий воздуховод 5 подается в котлоагрегат 7 для поддержания процесса горения топлива в топке. Органические соединения, содержащиеся в вентиляционных выбросах, термически обезвреживаются в топке котла и удаляются из него через дымовую трубу [67 - 70].
Дополнительным преимуществом этого решения по сравнению с технологией, рассмотренной на рис. 2.1, является регенерация в топках котлов тепловых электростанций избыточных тепловыделений от теплопроводов, полученных загрязненным воздухом при прохождении через каналы теплотрассы.
Характеристика технологического оборудования и приборов
Основным оборудованием цеха «Контакт-2» является линия по производству линолеума. Технологический процесс разбит на четыре стадии -термоскрепление, предварительное терможелирование, терможелирование, тиснение линолеума. На агрегатах терможелирования происходит адгезия пасты, которая является связующим компонентом между основой линолеума -синтетическим иглопробивным полотном — и поливинилхлоридной пленкой с нанесенным на нее рисунком. Согласно проектным данным о ПДВ вредных веществ, выделяющихся в процессе производства линолеума, в цехе «Контакт 2» наибольшие концентрации загрязняющих компонентов наблюдаются над агрегатами терможелирования, что приводит к оседанию и налипанию аэрозолей на внутренних стенках вытяжных зонтов и воздуховодов (рис. 3.1, 3.2). Вследствие этого решено произвести замеры температуры вентиляционного воздуха, концентраций вредных веществ и кислорода в нем над агрегатами предварительного терможелирования и терможелирования.
Агрегат предварительного терможелирования (ПАТЖ) состоит из одного барабана, в который подается пар с теплогенерирующей установки предприятия, расположенной на расстоянии 40 м от производственного цеха. Агрегат терможелирования (АТЖ) состоит из шести барабанов, расположенных в три ряда, в которые также подается пар с котельной. В связи с тем, что температура пара, подаваемого в каждый ряд барабанов, различна и обусловлена технологией производства линолеума, то принято условное обозначение: АТЖ 1 - первый ряд барабанов со стороны движения производственной линии, АТЖ 2 - второй ряд барабанов и АТЖ 3 - третий ряд барабанов.
Для проведения экспериментального исследования использованы следующие измерительные приборы: газоанализатор КГА-8, инфракрасный термометр «модель 8866» и восьмиканальный регулятор температуры ТРМ 38.
Замеры концентраций вредных веществ в вентиляционном воздухе выполнены с помощью портативного газоанализатора КГА-8, позволяющего измерять концентрации оксида углерода СО, диоксида углерода СС 2, оксидов азота NO и кислорода Ог в промышленных газовых выбросах (рис. 3.4).
Измеренные и вычисленные величины могут быть записаны во временную память с возможностью последующего просмотра на дисплее прибора или могут быть выведены по стандартному каналу RS-232 в ПЭВМ для последующей обработки данных или их распечатки, при этом автоматически указывается номер замера, время и дата его проведения. О
Замеры выполнялись в течение 5 дней в разное время суток для возможности фиксирования изменений исследуемых параметров при различных условиях технологического процесса. За время проведения эксперимента на линии «Контакт-2» был произведен линолеум двух видов: 21, 22 и 25 августа выпущен полутораметровый линолеум, а 23 и 24 августа — двухметровый.
Установлено, что при производстве двухметрового линолеума в вентиляционном воздухе содержатся такие токсичные вещества, как оксид углерода и оксиды азота, причем их концентрации значительно превышают ПДК [117]. Кроме того, вытяжной воздух также содержит диоксановые спирты, метилбутандиол, пыль поливинилхлорида. В цехе наблюдается газовый туман, у рабочих, обслуживающих производственную линию часто отмечаются рефлекторные заболевания.
При измерении концентрации кислорода в загрязненном воздухе установлено, что она не опускается ниже 20,8 %, что больше минимальной концентрации кислорода, равной 15 %, необходимой для осуществления процесса горения топлива в топках котлоагрегатов.
Оценка энергетической и экономической эффективности технологий утилизации вентиляционных выбросов в топках котлов теплогенерирующих установок предприятий Ульяновской области
На предприятии ООО «Стройпластмасс-СП» целесообразно провести реконструкцию местной вытяжной вентиляции в соответствие с разработанной технологией (рис. 2.1) в цехе по производству линолеума «Контакт-2», в котором наблюдаются значительные газо- и тепловыделения. При технико-экономическом исследовании на предприятии получены следующие исходные данные [134]:
1. В производственном цехе «Контакт-2» устроена местная вытяжная вентиляция — 4 прямоугольных вытяжных зонта над технологическим оборудованием. Вентиляционный воздух от агрегата термоскрепления удаляется в зонт № 1, агрегата предварительного терможелирования - в зонт № 2, агрегатов терможелирование — в зонт № 3, агрегатов тиснения линолеума — в зонт № 4: а) в настоящее время процесс термоскрепления исключен по экономическим соображениям. Зонт № 1 удаляет воздух, незагрязненный органическими веществами; б) процесс предварительного терможелирования сопровождается подачей пара с температурой tn = 125 - 135С, давлением Р„ = 0,8 - 1 МПа в агрегат предварительного терможелирования (ПАТЖ). Загрязненный воздух удаляет через зонт № 2 вентилятор с мощностью двигателя Neettm2 = 5,5 кВт; в) процесс терможелирования сопровождается подачей пара с температурой /„ = 130-140С, давлением Р„ = 0,8-1 МПа в три агрегата терможелирования (АТЖ). Загрязненный воздух удаляет через зонт № 3 вентилятор с мощностью двигателя NeeHm3 = 7,5 кВт; г) процесс тиснения сопровождается нагревом линолеума ТЭНами с энергопотреблением 4 кВт. Загрязненный воздух удаляет через зонт № 4 вентилятор с мощностью двигателя NeeHtn4 = 4 кВт. 2. Пар в агрегаты терможелирования подается с теплогенерирующей установки, расположенной на расстоянии 129 м от вентиляционных воздуховодов цеха «Контакт-2». 3. Теплогенерирующая установка оборудована двумя паровыми котлами ДЕ-4-14ГМ, один из которых резервный, и двумя водогрейными котлами КВЖ-5-115ГМ (в теплый период года работает один водогрейный котел для горячего водоснабжения, а в холодный и переходный периоды — два котла для отопления и горячего водоснабжения предприятия и близлежащих домов). 4. Паровые котлы укомплектованы дутьевыми вентиляторами ВДН-8 с частотой вращения двигателя 1000 об/мин, водогрейные котлы укомплектованы дутьевыми вентиляторами ВДН-8 с частотой вращения двигателя 1500 об/мин. 5. Дутьевой вентилятор ВДН-8 имеет следующие характеристики: производительность на всасывании 6970 м /ч (при частоте вращения двигателя 1000 об/мин); 126 производительность на всасывании 10460 м /ч (при частоте вращения двигателя 1500 об/мин); напор 2,19 кПа при температуре транспортируемого воздуха 30С; эксплуатационный КПД 83%; тип двигателя 4A-160S-6, мощность двигателя 11 кВт, частота вращения 1000 об/мин; тип двигателя 4A-160S-6, мощность двигателя 16 кВт, частота вращения 1500 об/мин. 6. На предприятии установлена станция газоочистки «Контакт-2», на которой работают два дымососа с потребляемой мощностью по 22 кВт каждый, удаляющие обезвреженный после фильтров воздух в дымовую трубу. 7. Физико-химические характеристики конденсата, образующегося в вентиляционном воздухе и удаляемого через систему местной вентиляции таковы: температура вспышки 135С; содержание летучих 2,3 %.
По данным опытно-промышленного предприятия «Центр по разработке эластомеров», данный конденсат можно применять в качестве дополнительного котельного топлива, его теплота сгорания составляет 7000 - 8000 ккал/кг.
Для реализации новой технологии утилизации вентиляционных выбросов цеха «Контакт-2» в топках котлов теплогенерирующей установки предприятия необходимо смонтировать воздуховод от вытяжных воздуховодов местной вентиляции цеха до всасывающих патрубков дутьевых вентиляторов паровых и водогрейных котлов и предусмотреть его тепловую изоляцию. Для удобства монтажа необходимо осуществить прокладку воздуховода от цеха до котельной по улице в непосредственной близости к паропроводам, подающим пар от котельной в производственный цех.
Вследствие того, что для выработки необходимого количества пара и горячей воды паровым и водогрейным котлам требуется меньшее количество воздуха, чем удаляется системой вентиляции, то максимальный расход загрязненного воздуха, который принимается в качестве дутьевого будет составлять максимальную производительность трех дутьевых вентиляторов ВДН-8 (в холодный и переходный периоды работают 3 дутьевых вентилятора ВДН-8, обслуживая 1 паровой и 2 водогрейных котла; в теплый период года работают 2 дутьевых вентилятора для подачи воздуха в 1 паровой и 1 водогрейный котлы). Производительность дутьевого вентилятора ВДН-8 (1000 об/мин) парового котла составляет 90-100% от максимальной производительности и равна 6000 м /ч. Производительность дутьевого вентилятора ВДН-8 (1500 об/мин) водогрейного котла составляет 20 —40 % от максимальной производительности и равна 4500 м /ч (по данным, полученным у начальника паросилового цеха и подтвержденным расчетом расхода воздуха, необходимого для осуществления процесса горения природного газа в топках котлов). Остальная часть загрязненного воздуха, составляющая 7500 м /ч в холодный период года и 12000 м /ч в теплый период года, будет поступать на существующую станцию газоочистки «Контакт-2».
