Классификация измерительных приборов.

Основная классификация предусматривает деление приборов по роду измеряемых величин. Условно приняты следующие наименования наиболее распространенных приборов, предназначенных для измерения:

Ø температуры – термометры и пирометры;

Ø давления – манометры, вакуумметры, мановакууметры, тягометры, напорометры и барометры;

Ø расхода и количества – расходомеры, счетчики и весы;

Ø уровня жидкости и сыпучих тел – уровнемеры и указатели уровня;

Ø состава дымовых газов – газоанализаторы;

Ø качества воды и пара -- кондуктометры и кислородомеры

Дополнительная классификация подразделяет указанные приборы на следующие группы:

Ø по назначению – промышленные (технические), лабораторные, образцовые и эталонные;

Ø по характеру показаний – показывающие, регистрирующие (самопишущие и печатающие) и интегрирующие;

Ø по форме представления показаний – аналоговые и цифровые;

Ø по принципу действия – механические, электрические, жидкостные, химические, радиоизотопные и др.;

Ø по характеру использования – оперативные, учетные и расчетные;

Ø по местоположению – местные и с дистанционной передачей показаний;

Ø по условиям работы – стационарные (щитовые) и переносные;

Ø по габаритам – полногабаритные, малогабаритные и миниатюрные.

Почти каждый измерительный прибор может быть отнесен к любой из указанных выше групп.

Приборы, измеряющие расход, называются расходомерами. В зависимости от рода измеряемого вещества они делятся на расходомеры воды, пара, газа и др. Расходомеры бывают показывающими и самопишущими. Часто они снабжаются встроенным счетным механизмом (интегратором). Для определения расхода и количества жидкости, газа, пара и сыпучих тел чаще всего применяются следующие основные методы измерений: переменного перепада давления, скоростной, объемный и весовой. В отдельных случаях используются и другие методы измерений. Метод переменного перепада давления, имеющий большое практическое значение, основан на изменении статического давления среды, проходящей через искусственно суженое сечение трубопровода; скоростной – на определение средней скорости движения потока; объемный и весовой – на определении объема и массы вещества.

Достоинствами первых двух методов измерений является сравнительная простота и компактность измерительных приборов, а последних двух – более высокая точность измерений.

Приборы для измерения температуры разделяются в зависимости от используемых ими физических свойств веществ на следующие группы с диапазоном показаний:

Ø термометры расширения (+190 …650⁰ С) основаны на свойстве тел изменять под действием температуры свой объем;

Ø манометрические термометры (+160 …650⁰ С) работают по принципу изменения давления жидкости, газа или пара с жидкостью в замкнутом объеме при нагревании или охлаждении этих веществ;

Ø термометры сопротивления (+200 …650⁰ С) основаны на свойстве металлических проводников, изменять в зависимости от нагрева их электрическое сопротивление;

Ø термоэлектрические термометры (+50 …1800⁰ С) построены на свойстве разнородных металлов и сплавов, образовывать в паре (спае) термоэлектродвижущую силу, зависящую от температуры спая;

Ø пирометры (+300 …6000⁰ С) работают по принципу измерения излучаемой нагретыми телами энергии, зависящей от температуры этих тел.

Главными узлами измерительных приборов являются измерительные и отсчетные устройства. Первое из них непосредственно осуществляет измерение физической величины при помощи чувствительного элемента и при необходимости усиливает входной сигнал, а второе – показывает, записывает или интегрирует полученные значения.

Использование счетчиков приносит немалую финансовую выгоду потребителю тепловой и электрической энергии, однако реальная экономия достигается совместным применением счетчика и автоматического регулирующего оборудования, признанного поддерживать теплоснабжение и

Рис.6.1 Схема включения электронного регулятора системы

теплоснабжения в систему отопления.

зависимости от наружной, ограничивать температуру обратной воды. Пример применения электронного регулятора приведен на рис.6.1. Примером прибора измеряющего количество теплоносителя является теплосчетчик «Струмень-ТС400». Измерение расхода теплоносителя в данном приборе основано на электромагнитном принципе, который обеспечивает высокую точность, а отсутствие механических устройств гарантирует долгий срок службы приборов.

6.2.Автоматизация процесса регулирования, учета

и контроля потребления энергоресурсов.

Решение проблем энергоучета на предприятиях требует создания автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ).

В настоящее время такие системы строят по трех уровневому принципу (рис.6.2). Нижний уровень – первичные измерительные преобразователи (ПИП) с телеметрическими выходами, осуществляющие непрерывно или с минимальным интервалом усреднения измерение параметров энергоучета потребителей (расход, мощность, давление, температуру, количество энергоносителя, количество теплоты с энергоносителем) по точкам учета. Средний уровень – контроллеры (К), специализированные измерительные системы, или многофункциональные программируемые преобразователи, со встроенным программным обеспечением энергоучета, осуществляющие в заданном цикле интервала усреднения круглосуточный сбор измерительных данных с территориально распределенных ПИП, накопление, обработку и передачу этих данных на верхний уровень. Верхний уровень – персональная ЭВМ (ПЭВМ) со специализированным программным обеспечением АСКУЭ, осуществляющая сбор информации с контроллера (или группы контроллеров) среднего уровня, итоговую обработку этой информации как по точкам учета, так и по их группам – по подразделениям и объектам предприятия, отображение и документирование данных учета в виде, удобном для анализа и принятия решений (управления) оперативным персоналом службы главного энергетика и руководством предприятия.

Нижний уровень АСКУЭ связан со средним уровнем измерительными каналами, в которые входят все измерительные средства и линии связи от точки учета до контроллера. В свою очередь средний уровень АСКУЭ связан с верхним уровнем каналом связи, в качестве которого могут использоваться физические проводные линии связи, выделенные или коммутируемые телефонные каналы, радиоканалы.

Рис.6.2. Обобщенная трехуровневая схема АСКУЭ

По назначению АСКУЭ предприятия подразделяют на системы коммерческого и технического учета. Коммерческим, или расчетным, называют учет выработанной и отпущенной потребителю (предприятию) энергии для денежного расчета за нее. Техническим, или контрольным, называют учет процесса энергопотребления внутри предприятия по его подразделениям и объектам. Системы АСКУЭ коммерческого и технического учета могут быть реализованы как раздельные системы или как единая (смешанная) система (рис.6.3).

По принципу реализации и доступа к информации АСКУЭ коммерческого и технического учета можно разделить на централизованные и децентрализованные. В централизованной системе сбор данных с ПИП осуществляется непосредственно на многоканальный контроллер, а с него на ПЭВМ. Альтернативой централизованной системе является децентрализованная АСКУЭ. Такая система строится на базе недорогих малоканальных контроллеров учета, которые устанавливаются непосредственно на контролируемых объектах и через среду связи подключаются к удаленной ПЭВМ главного энергетика предприятия. Такая АСКУЭ обеспечивает в реальном масштабе времени доступ к информации энергоучета всем заинтересованным лицам: как руководству предприятия, так и руководителям подразделений.

Рис.6.3 АСКУЭ коммерческого и технического учета промпредприятия

Тема 7. Экологические аспекты энергетики

и энергосбережения

7.1. Классификация и основные характеристики

атмосферных выбросов при сжигании топлива.

Рациональное использование природных ресурсов и охрана окружающей среды - одна из важнейших насущных проблем современного общества. Под окружающей средой понимается система взаимосвязанных природных и антропогенных объектов и явлений, с которой связаны труд, быт и отдых людей. В настоящее время каждый регион земной поверхности имеет особенности не только естественные, но и созданные руками человека. Масштабы воздействия хозяйственной деятельности человека на природную среду стали поистине гигантскими. К настоящему времени на планете вырублено примерно 2/3 площади первобытных лесов, значительная часть земли занята сельскохозяйственными угодьями, городскими и сельскими поселениями, индустриальными центрами, транспортными средствами. Значительно изменяются ландшафт, направление течения рек и т.р. Поступление в воды суши и океана, в атмосферу и почву различных химических соединений (около 100 тыс.), образующихся в результате деятельности человека, в десятки раз превосходит естественное поступление веществ при выветривании горных пород и извержении вулканов. Ежегодно из земных недр извлекается свыше 100 млрд. т полезных ископаемых, выплавляется 800 млн. т различных металлов, производится более 60 млн. т синтетических материалов, вносится в почвы свыше 500 млн. т минеральных удобрений, примерно 3 млн. т различных ядохимикатов. В водоемы ежегодно сбрасывается более 500 млрд. м³ промышленных и коммунальных стоков, для нейтрализации которых требуется 5…12-кратное разбавление природной чистой водой.

Под воздействием антропогенного фактора снос суши составляет примерно ежегодно 50.6 млрд. т. В результате сжигания топлива в атмосферу ежегодно поступает более 20 млрд. т диоксида углерода и более 700 млн. т других парогазообразных соединений и твердых частиц. Техногенное поступление серы в 7 раз превышает ее естественное поступление в результате природных процессов. Увеличивается содержание в воздухе, воде, почве соединений кадмия, ртути, свинца и других вредных веществ. Происходят также процессы рассеивания вредных веществ в процессе использования готовой продукции из-за коррозии, износа, испарения.

Усиление техногенного воздействия на окружающую среду обусловило ряд экологических проблем, среди которых наиболее важные связаны с состоянием атмосферного воздуха, водных и земельных ресурсов. В большей степени это касается и атмосферы, химический состав которой в основном определяется четырьмя компонентами – азотом, кислородом, аргоном и углекислым газом. Кроме постоянных составных частей, в атмосферу поступают временные примеси хозяйственной деятельности человека. Их повышенное содержание оказывает негативное влияние на развитие живых организмов и растительности. Основные виды загрязнителей атмосферы и окружающей среды приведены на рис.7.1. В то же время, как показывает практика, большинство этих загрязнителей при их вторичном использовании становятся полезными энергетическими источниками.

Рациональное использование ВЭР теплоэнергетических установок позволяет снизить их вредное (токсичное) воздействие на окружающую среду. За основу оценки токсичности ВЭР принят метод доведения многокомпонентной смеси токсичных веществ до безвредных для человека и животных концентраций путем уменьшения возможности их образования или нейтрализации. В нашей республике утверждены нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в атмосферном воздухе, измеряемых на уровне дыхания человека. Поддержание ПДК на допустимом уровне обеспечивается двумя методами:

Ø пассивные методы;

Ø активные методы.

Пассивный метод заключается в строительстве высоких дымовых труб с целью рассеять вредные вещества по возможности над большей территорией, уменьшив тем самым среднюю концентрацию выбрасываемых веществ. Этот метод является в настоящее время наиболее распространенным для поддержания концентрации сернистых газов и оксидов газов и оксидов азота в атмосфере на уровне, обеспечивающем ПДК. Высота труб современных крупных электрических станций уже превысила 300 м; это сложные, дорогие инженерные сооружения.

Активный метод заключается в уменьшении количества вредных выбросов путем использования дополнительных конструктивных решений в виде различного рода очистных сооружений и модификации технологических процессов.

7.2. Взаимосвязь экологии и энергосбережения.

Возрастающие темпы роста промышленного производства вызывают непрерывный рост абсолютного количества выбросов различных веществ в окружающую среду (объем мирового промышленного производства удваивается каждые 12…14 лет, что сопровождается примерно таким же ростом объема вредных выбросов).

Поскольку использование вторичных энергетических ресурсов и отходов производства позволяет не только экономить материально-энергетические ресурсы, но и существенно уменьшать вредное воздействие теплоэнергетических установок на окружающую среду, проанализируем источники этих загрязнений.

В биосферу посту-пает определенное коли-чество примесей от ес-тественных и антропо-генных источников загряз-нений (рис.7.2). К числу веществ, выделяемых естественными источника-ми, относятся: пыль рас-тительного, вулканичес-кого и космического про-исхождения; пыль, образу-ющаяся при эродировании почвы; частицы морской соли; туман; газы, образующиеся в результате лесных пожаров и извержений вулканов; различные продукты растительного, животного и микробиологического происхождения и др.

Обычно естественные источники загрязнений либо равномерно распределены в биосфере (например, космическая пыль), либо имеют локальный кратковременный характер (например, лесные и степные пожары, извержение вулканов и т.п.). Уровень загрязнений окружающей среды этими источниками фоновый и мало изменяется с течением времени.

Основное загрязнение окружающей среды создается в результате хозяйственной деятельности человека, т.е. искусственное происхождение. Наибольшее количество выбросов обусловлено отходами теплоэнергетики и различных отраслей промышленности и транспорта. В странах СНГ относительные доли их выбросов в окружающую среду составляют:

¨ теплоэнергетикой -- 27%

¨ черной металлургией -- 24.3%

¨ цветной металлургией -- 10.5%

¨ нефтедобывающей и нефтехимической отраслями -- 15.5%

¨ автотранспортом -- 13.3%

¨ предприятиями стройматериалов -- 8.1%

¨ химической промышленностью -- 1.3%.

Больше всего загрязнителей образуется в процессе сгорания различных видов топлива, используемого на транспорте, в промышленности, при производстве теплоты и электроэнергии. Интенсивное сжигание топлива в теплотехнических установок разрушающе воздействуют на окружающую среду. Поэтому ее защита стала в настоящее время глобальной проблемой человечества.

В табл.7.1 приведены данные о количестве вредных выбросов, приходящихся на 1 т сжигаемого в различных теплоэнергетических установках топлива, а в табл.7.2 сравнительные данные по вредности различных видов органического топлива.

Выбросы источников сгорания топлива, кг/т топлива

Таблица 7.1

Сравнительные данные вредности различных видов органического

топлива, в относительных единицах (о.е.)

Таблица 7.2

Рассмотрим влияние на окружающую среду различных источников загрязнения атмосферы.

Теплоэнергетика. В промышленно развитых странах основным источником загрязнения являются тепловые электрические станции, в их котельных сжигаются уголь, нефть и продукты ее переработки, газ. Дымовые трубы электростанции ежегодно выбрасывают в атмосферу Земли более 250 млн. т золы, до 60 млн. т сернистого газа. При сжигании одной тонны угля поглощается такое количество кислорода, сколько его необходимо для 3.5 тыс. человек. Как же взаимодействует современная ТЭС с окружающей средой? Количественные показатели основных взаимосвязей применительно к ТЭС мощностью 1000 МВт приведены в табл.7.3.

Годовые расходы топлива и выбросы ТЭС на органическом

топливе мощностью 1000 МВт, млн. кг.

Таблица 7.3

Пользуясь данными табл.7.3, можно определить, что Лукомльская ГРЭС (мощность 2400 МВт) при работе на мазуте может выбросить в атмосферу за год 126 тыс. т оксидов серы и 52 тыс. т оксидов азота. В настоящее время электростанции Республики Беларусь работают на мазуте и природном газе, поэтому основная доля газообразных токсичных выбросов приходится на SO₂ и NO_х.

Энергетика является мощным источником ежегодного поступления в атмосферу 140-160 млн. т SO₂. Это следствие сжигания в основном угля и нефти. Поступление двуокиси серы из природных источников эквивалентно 600 млн.т. Следовательно, человек ответственен за четвертую часть серы, проникающей в биосферу.

Ежегодно в мире в результате сжигания органических топлив в атмосферу выбрасывается до 100 млн. т золы и около 150 млн. т сернистого ангидрида. Из топки одного только парового котла производительностью 950 т/ч при сжигании антрацитового штыба в атмосферу поступает до 60 т оксидов азота в сутки. При взаимодействии с атмосферной влагой эти оксиды образуют кислоты, выпадающие в районе высокой концентрации промышленных предприятий даже в виде " кислотных дождей".

Кроме перечисленных загрязнителей, характерных для тепловых электростанций, отмечено также большое количество тепловых сбросов, главным образом в прилегающие водные бассейны. Установлено, что на площади 3…4 км², занятой электростанцией, изменяется рельеф местности, нарушаются характеристики поверхностного стока, структура почвенного слоя и экологическое равновесие. Относительно экологического воздействия атомных электростанций (АЭС) на окружающую среду существуют различные мнения. Однако не вызывает сомнения ток факт, что в отличие от традиционных теплоэнергетических установок работа АЭС практически не влияет на содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере, не изменяет химического состава атмосферы, гидросферы и почвы. Основными факторами взаимодействия АЭС с окружающей средой являются радиационное воздействие и тепловое загрязнение. Максимально допустимы выбросы с воздушными потоками АЭС представлены в табл.7.4.

Максимально допустимые выбросы АЭС при высоте

вентиляционной трубы 100 м.

Таблица 7.4

Промышленность. В теплоэнергетических установках (двигателях внутреннего сгорания (ДВС), газотурбинных двигателях, паро- и теплогенераторах, печах различного назначения) используются органические виды топлива: нефть и продукты ее переработки, уголь, торф, природный газ, древесина. Основные химические элементы каждого из перечисленных видов топлива - это углерод, водород, кислород, азот, сера, а также соединения металлов (сульфиды и оксиды) и минеральные примеси. Количество этих веществ в топливе зависит как от его типа, так и от места добычи. Содержание серы может изменяться от долей процента до 6…7%. Необходимо также учитывать и то, что многие производства, прежде всего ТЭС, ТЭЦ, металлургические заводы, засоряют окружающую среду микроэлементами. Так, в 1 т угольной золы в среднем содержится 200 г свинца, 400 г урана, по 500 г германия и мышьяка, 700 г никеля и т.д. Максимальное содержание стронция, ванадия, цинка и германия может достигать 10 кг на 1 т шлака. Такие концентрации перечисленных элементов делают экономически выгодным извлечение некоторых металлов из золы. Зола нефти также содержит ванадий, ртуть, молибден, никель и др.; торфяная зола нередко обогащена ураном, кобальтом, медью, никелем, цинком, свинцом. При ежегодном сжигании 2.4 млрд. т каменного и 0.9 млрд. т бурого угля в теплосиловых установках вместе с золой рассеивается 280 тыс. т мышьяка и 224 тыс. т урана, тогда как мировое производство этих двух металлов составляет соответственно 40 и 30 тыс. т в год.

Если учесть, что в мире уже сожжено более 160 млрд. т угля и около 70 млрд. т нефти, то очевидно, в окружающей человека среде рассеяны многие миллионы тон различных микроэлементов. В результате сгорания органического топлива образуется ряд вредных веществ. Это прежде всего оксиды серы SO₂ и SO₃ и золы. Зола некоторых топлив помимо механического воздействия на органы дыхания оказывает также токсическое влияние на организм. Так, в золе донецких антрацитов содержится мышьяк, зола ряда твердых топлив содержит фтористые соединения.

При сжигании мазутов выделяются соединения ванадия. Весьма токсичными компонентами дымовых газов, которым в последнее время уделяется большое внимание, являются оксиды азота, образующиеся из азотистых соединений топлива, а также - при высокой температуре в зоне горения - в результате окисления азота воздуха. Очень важно, что некоторые из составляющих дымового газа, например оксида серы и азота, усиливают вредное воздействие друг друга на организм. При сжигании природного газа выбросы оксидов азота являются, пожалуй, единственными, но существенными загрязнителями атмосферы.

Транспорт. В промышленно развитых странах серьезным источником загрязнения атмосферы являются продукты сгорания транспортных двигателей., что подтверждается данными приведенными в табл. 7.5

Состав и годовой выброс продуктов сгорания

Таблица 7.5

Таким образом автомобильный транспорт является источником выброса 92% оксида углерода, 63% углеводородов, и 46% оксидов азота. Кроме того, эти выбросы часто содержат свинец. Особенно опасна высокая концентрация источников загрязнений, в связи с чем возникает необходимость проведения мероприятий по ее снижению. Характер этих мероприятий должен определяться конкретно для каждого района или города. Кроме того, от автомобилестроителей требуется принципиально новый подход к конструкции автомобильного мотора и самого автомобиля.

Решение стоящих перед мировым автомобилестроением проблем специалисты видят прежде всего в дизелизации автомобилей и очищении топлива от серы. Отмечается, что снижение содержания серы в топливе на 0.15% приводит к уменьшению выброса диоксида серы на 50%. За счет новой конструкции форсунки дизельного двигателя удается снизить выброс несгоревших углеводородов до 1 г на 1 кВт× ч мощности. путем охлаждения надувочного воздуха можно добиться снижения на 30% выхода угарного газа. Сокращение номинальной частоты вращения двигателя при отказе от механизма опережения подачи топлива, хотя и приводит к несколько повышенному расходу топлива при больших частотах вращения коленчатого вала, вместе с тем обеспечивает снижение выброса угарного газа еще на 10%.

Для карбюраторных двигателей в качестве топлива можно использовать сжиженный, в том числе и природный, газ или даже водород. Кроме того, можно оснастить двигатель и специальными системами очистки газов при сжигании бензина.

Газообразное топливо более дешевое, сгорает полностью, сжиженный газ не содержит коррозионно-активных сернистых соединений. В результате увеличивается срок эксплуатации поршневой группы двигателя. Использование топлива в виде сжиженного газа позволит исключить загрязнение воздуха свинцовыми соединениями и продуктами неполного сгорания. Массовый переход транспорта на сжиженный газ сдерживается в настоящее время из-за недостаточного числа газонаполнительных станций.

Мысль об использовании водорода в качестве топлива для транспорта возникла давно. В настоящее время имеется возможность применять водород в качестве автомобильного топлива, изменяя системы его подачи и зажигания, без модификации автомобильного двигателя. Водород не ядовит и при сгорании дает только воду, а теплота сгорания молекулярного водорода в 3 раза больше чем бензина. Применение водорода в качестве топлива позволит получить положительный эффект. Однако трудности, возникающие при его получении, накоплении и перевозке, взрывоопасность и высокая стоимость водорода не позволяют пока применять его в широких масштабах. По прогнозам ученых, водородное топливо получит широкое распространение через 20…30 лет.

Токсичность отдельных компонентов продуктов сгорания топлива проявляется в следующем. Оксид углерода, находясь в атмосфере, постепенно, в течение 3…4 месяцев, окисляется кислородом до диоксида. В реальных условиях для растительности это безвредно, а у человека вызывает кислородное голодание.

В двигателях образуется оксид азота NO, доокисляющийся затем до в атмосфере до высших оксидов: NO₂, N₂O₄, N₂O₃, N₂O₅. Наибольшую опасность представляют диоксид NO₂ и его полимер N₂O₄, образующийся при температуре 135…140 ^оС.

Вредное воздействие оксидов азота проявляется в стратосфере и тропосфере. Существующий защитный озонный слой Земли, расположенный на высоте 10…50 км, испытывает на себе разрушающее воздействие оксидов азота. Разрушение озонного слоя влечет недопустимое возрастание биологически активной радиации, что ставит под угрозу существование биосферы.

Кроме того, оксиды азота, вступая в реакцию с водой, образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислот, раздражающих слизистую оболочку.

Следует отметить еще одну проблему, связанную с присутствием в атмосфере оксидов серы и азота. Соединяясь с атмосферной влагой, указанные оксиды образуют слабые растворы кислот и выпадают в виде “кислотных дождей”, под воздействием которых происходят закисление почв и увеличение кислотности вод поверхностных водоемов, что наносит ущерб рыбному хозяйству: в Швеции, например, 2500 озер уже полностью лишены рыбы, в Германии леса повреждены на площади свыше 2 млн. га, в Польше – на 500 тыс. га с полным уничтожением древостоя на площади в 180 тыс. га. Кислотные дожди усиливают коррозию и разрушение строительных материалов и т.д. Проблему кислотных дождей нельзя решить на национальном уровне. Так, Норвегия имеет самые низкие в Европе выбросы в атмосферу сернистого ангидрида и оксидов азота, а 92% вредных веществ в атмосферу Норвегии “импортировано” из других стран. В Швеции эта цифра составляет 82%, в Финляндии – 74%. По аналогии – авария на Чернобыльской АЭС произошла на Украине, а пострадала в основном Беларусь.

7.3. Характеристики основных очистных

сооружений и их экономическая эффективность

Интенсивное применение различных видов топлива для технических и бытовых целей приводит к увеличению токсичных выбросов в окружающую среду и обуславливает проблему борьбы с ними. Эта проблема в сочетании с не менее важной проблемой уменьшения расхода топлива при эксплуатационных режимах выдвигает решение следующих задач.

1) очистка дымовых газов от загрязняющих веществ, которые выделяются при сгорании топлива;

2) нейтрализации отработанных газов;

3) изменения конструкций и создания более эффективных теплоэнергетических установок;

4) разработки новых эффективных устройств и аппаратов для очистки и переработки отходов теплосиловых установок;

5) применения новых видов топлива (водорода, ядерного, спиртов, топливно-водяных эмульсий и других смесевых топлив);

6) использования возобновляемых источников энергии - солнечной, теплоты земных недр, биогаза, ветра;

7) утилизации материальных отходов и внедрения безотходных технологий на промышленных предприятиях;

8) рационального и эффективного использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР);

9) рационального размещения промышленных и других предприятий.

В связи с интенсивным применением различных видов теплоэнергетических установок и ростом общего промышленного производства во всех развитых странах мира растут затраты на охрану окружающей среды, которые достигают 1.5…2% национального дохода.

В настоящее время имеется ряд достаточно эффективных способов уменьшения вредного воздействия выбросов на биосферу, которые основаны на использовании органических видов топлива. К ним относится очистка и нейтрализация отработанных газов.

Распространено загрязнение атмосферы аэрозолями, состоящими из мелкодисперсных частиц золы, продуктов неполного сгорания топлива, жидкостей. Содержание примесей в плотных дымах составляет более 3 г/м³, однако, согласно санитарным нормам многих стран, необходимо снизить их концентрацию до 0.1 г/м³ и менее.

Обычно для очистки газов от твердых примесей их пропускают через специальную камеру, где под действием гравитационных, инерционных, центробежных или электростатических сил частицы удаляются из газового потока. Очень мелкие частицы (0.5 мкм и менее) могут удаляться из газового потока посредством термодиффузии. Несмотря на некоторые различия в разных методах улавливания частиц из газового потока, все они характеризуются общим принципом - приданием за время прохождения газа через камеру различных скоростей движения частиц относительно газового потока под действием одной из указанных выше сил.

На рис.7.3 представлена классификация основных очистительных устройств применяемых для уменьшения выброса вредных веществ в атмосферу или нейтрализации токсичности этих выбросов.

К современным аппаратам очистки газов от аэрозольных частиц можно отнести следующие:

Ø сухие обеспыливающие устройства;

Ø мокрые, или гидравлические, пылеуловители;

Ø пористые фильтры;

Ø электрофильтры.

Рис7.3 Классификация устройств очистки газов от аэрозолей

и твердых частиц

К сухим обеспыливающим устройствам относятся осадительные камеры, инерционные пылеуловители и циклоны, в которых удаление частиц примесей из газового потока происходит механическим путем, под действием сил гравитации, инерции либо центробежных.

Осадительные камеры (рис.7.4) применяются для улавливания грубодисперсных частиц размерами 50…500 мкм и выше. Эффективность очистки гравитационными осадителями, простейшие из которых представляют собой расширение в газопроводе, зависит от времени пребывания газов в камере (скорости потока и расстояния, проходимого частицами в поле действия гравитационных сил).

Для повышения эффективности газоочистительных устройств простая осадительная камера может быть оснащена горизонтальными пластинами, с помощью которых уменьшается высота осаждения частиц. Такие камеры имеют небольшое аэродинамическое сопротивление, малую стоимость, но громоздки, и их трудно очищать. Осадительные камеры обычно являются первой ступенью очистки газов от грубодисперсной пыли. Для дальнейшей очистки газ направляется в пылеулавливающие установки более высокой эффективности.

В инерционных пылеуловителях резко изменяется направление движения потока: частицы пыли, двигаясь по инерции и ударяясь о поверхность, выпадают в осадок, а затем через разгрузочные устройства выводятся из аппарата. Такие устройства весьма просты, но применяются только для улавливания крупных (более 50 мкм) фракций пыли. Частицы размером до 50 мкм могут задерживаться в более сложных, жалюзийных, фильтрах, к недостаткам которых следует отнести их повышенный абразивный износ и трудность очистки.

Рис.7.5. Прямоточный циклон ЦКТИ.

Для сухой очистки газов широко используются также циклоны различных типов, в которых частицы пыли перемещаются вместе с вращающимися газовыми потоками и под действием центробежных сил оседают на стенках циклонов, образуя пылевой слой, который затем удаляется в бункер. Применяются два основных типа циклонов: прямоточные и противоточные. В циклонах первого типа вращение газа осуществляется с помощью лопастного статора, при этом внешние силы газового потока обогащаются твердыми пылевыми частицами, которые одновременно частично агломерируются (рис. 7.5). Степень эффективности очистки газов в циклонах зависит от режима работы и существенно уменьшается при снижении расхода газа. Поэтому применение циклонов нецелесообразно в установках с переменным режимом работы. КПД циклонов зависит от концентрации пыли и размеров частиц. Эффективность очистки газов в них при размере частиц 30…40 мкм составляет около 98%, при 10 мкм - 80%, при 4…5 мкм - 60%. Поэтому циклоны широко применяются лишь для улавливания частиц размерами 10 мкм и более, и преимуществами их являются простота конструкции, а также сравнительно небольшие габариты. Они могут быть выполнены из различных материалов, устойчивых к действию высоких температур, коррозии, износу. К недостаткам этих аппаратов следует отнести большие затраты энергии (до 40%) на создание вращения потока. К аппаратам центробежного действия относятся также ротационные и вихревые пылеуловители. В отличие от рассмотренных выше устройств ротационные очистители обладают большей компактностью, так как вентилятор и пылеуловитель совмещены в одной конструкции. Они часто применяются для очистки газов от относительно крупных фракций пыли (более 5…8 мкм).

Рис.7.6. Вихревой пылеуловитель лопаточного типа: 1-завихритель; 2-завихритель; 3- шайба; 4-патрубок; 5 - камера; 6 - отводящий патрубок.

Как правило, применяются вихревые пылеуловители двух типов: соплового и лопаточного. Принцип действия последнего показан на рис.7.6. Отличительные особенности вихревых пылеуловителей - высокая эффективность очистки газов в них от тонких фракций размером менее 3…5 мкм, а также слабая зависимость эффективности от расхода запыленного газа. Процесс очистки в них зависит в основном от параметров вторичного потока газа, и при их постоянстве остается неизменной окружная скорость запыленного газа, что обеспечивает действие на частицы центробежной силы, определяющей эффективность очистки. Пропускная способность установок 20…315000 м³/ч. Для улавливания частиц размерами 25…35 мкм и более могут быть использованы и радиальные пылеуловители (рис.7.7.). В них частицы пыли отделяются от газового потока в результате совместного действия гравитационных и инерционных сил.

Рис.7.7. Радиальный пылеуловитель 1-входной патрубок; 2- корпус.

К аппаратам мокрого пылеулавливания относятся противоточные оросительные (промывные) башни, различные скрубберы, трубы Вентури, барботажно-пенные пылеуловители. Улавливание частиц в них осуществляется в результате использования сил инерции и броуновского движения. В основу работы этих устройств положен принцип осаждения частиц пыли на поверхности капель или на пленке жидкости (воды). К недостаткам такого рода устройств относятся: зависимость эффективности работы от смачиваемости пыли, сложность очистки образующегося в процессе работы шлама, опасность щелочной или кислотной коррозии при очистке некоторых газов, ухудшений условий рассеивания увлажненных газов через дымовые трубы, вынос влаги и образование отложений в отводящих газоотходах при охлаждении газов ниже точки росы, необходимость создания систем оборотного водоснабжения, повышенный расход энергии.

Для очистки газовых выбросов широко используются и различные фильтры с пористыми материалами. Качество очистки газов в них зависит от плотности и толщины применяемых материалов.

Классификация фильтров производится по типу фильтрующей перегородки, тонкости очистки, конструкции. Они делятся на фильтры:

Ø с зернистыми слоями (неподвижные, свободно насыпанные и кипящие слои);

Ø с гибкими пористыми перегородками (ткань, войлок, губчатая резина, пенополиуретан, перхлорвиниловые и другие синтетические волокна);

Ø с полужесткими пористыми перегородками (вязаные сетки, прессованные спирали, стружка и др.);

Ø с жесткими пористыми перегородками (пористые керамика и металлы и др.).

Фильтры обеспечивают высокую эффективность очистки газов как от крупнодисперсных, так и от мелкодисперсных частиц. Вместе с тем они создают повышенное гидравлическое сопротивление в газоходах, что вызывает необходимость дополнительных затрат энергии на перемещение газов.

Одним из наиболее совершенных способов очистки газовых потоков от частиц пыли и аэрозолей является очистка в электрофильтрах. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицами примесей и осаждении их на осадительных и коронирующих электродах. Электрофильтры работают эффективно и экономично при больших объемах выбросов и высоких температурах. Затраты на содержание и обслуживание электрофильтров составляют около 3% общих эксплуатационных расходов. Электрические уловители могут использоваться и для очистки выбросов от аэрозолей минеральных масел, пластификаторов и т.п.

Для повышения эффективности работы циклонов или фильтров используются ультразвуковые устройства. Ультразвук вызывает коагуляцию и укрупнение частиц пыли. Хороший эффект ультразвуковые пылеуловители дают только при высокой концентрации пыли или аэрозоля в очищаемом газе.

Важная проблема охраны природы - изыскание и применение эффективных методов и средств очистки газовых выбросов от газо- и парообразных вредных примесей, а также их утилизация. Как уже указывалось, в связи с быстрым развитием промышленности, теплоэнергетики и транспорта в атмосферу выбрасывается большое количество таких газообразных веществ, как диоксид углерода, диоксид и триоксид серы, сероводород и другие сернистые газы, оксиды азота, ряд кислот и др. В большинстве случаев эти выбросы наносят большой ущерб растительности, животному миру и человеку, а также многим предприятиям, объектам коммунального хозяйства и транспорту.

До высокой степени совершенства доведены золоулавливающие установки. Необходимость очистки газов от золы связана помимо защиты атмосферы также с предотвращением абразивного износа дымососа.

Но всегда ли правильно эксплуатируется действующие очистные устройства? Далеко нет. Только в Минске в сутки сбрасывается в канализацию 1300 кг нефтепродуктов, 500 кг хрома, 400 кг железа. Естественно, эти и другие отходы затрудняют работу городских очистных сооружений. Поэтому повышение уровня очистки воды непосредственно на предприятиях имеет большое значение.

Как известно, по санитарным нормам на одного городского жителя в сутки подается до 200-350 л питьевой воды. В Минске утечки через неисправные краны, сливные бачки достигают 10% от объема водопроводной воды, что примерно равно трем объемам таких водохранилищ, как Криницы и Дрозды. Все мы должны не на словах, а в повседневной жизни беречь каждый водоем, каждую речушку, чтобы чистые, прозрачные реки и озера украшали нашу республику.

Экономическая эффективность Э - обезвреживания ВЭР при их использовании определяется как разность между общим ущербом Э_у, который наносится биосфере загрязнением, и приведенными затратами на годовой объем мероприятий по доведению ПДВ до норм ПДК Э_о плюс эффект от утилизации ВЭР ЦА (Ц - оптовая цена реализуемых ВЭР, А - годовой объем продукции ВЭР), т.е.

Общий ущерб, который наносится биосфере загрязнением, определяется из выражения:

,

где Э_уj - ущерб от загрязнения биосферы i-м соединением (i=1, 2, 3…) от j-го источника (j=1, 2, 3…), р/год.

Э_о- произведение приведенных затрат и годового объема обезвреживания ВЭР.

Если Э_о> Э_у+ЦА, то выбранный вариант использования ВЭР не экономичен, и, следовательно, необходим новый вариант применения ВЭР или системы их обезвреживания. Например, если после установки систем дожигания и утилизации содержание оксида углерода в выбросах снизилось с 5 до 0.1%, то экономический эффект при расходе газа 1000 м³/ч составит сумму порядка 60 тыс.р/год. Дожигание СО позволит утилизировать теплоту сгорания, увеличить значение стоимости сэкономленного топлива.

Тема 8. Энергосбережение в зданиях

и сооружениях.

8.1. Тепловые потери в в деталях строений. Эффективная теплоизоляция зданий и сооружений.

Частные домовладельцы в западных странах используют почти 30% всей получаемой энергии, что составляет почти столько же, сколько и промышленность, и больше, чем весь, вместе взятый, транспорт. Большая часть расходуемой энергии (80%) идет на отопление помещений (рис.8.1)

Рис.8.1 Диаграмма потребления энергии в частном домовладении

В Беларуси в настоящее время строится огромное количество коттеджей, и мало кто из хозяев обращает внимание на такие " мелочи", как теплоизоляция и энергосбережение, хотя затраты на отопление 1м² в Беларуси относятся как 1: 2, 5 к соответствующим показателям западных стран.

Необходимая для осуществления жизненных функций энергия, а точнее, ее получение и использование, связано с нагрузкой на окружающую среду: добыча угля, нефти, газа, ядерного топлива, эмиссия продуктов сгорания, тепловое загрязнение окружающей среды.

Жилища, которые теперь разрабатываются или модернизируются, определяют и новые пределы потребления энергии и теплового давления на окружающую среду, а так же цены на энергию в будущем.

Энергосберегающие мероприятия так же являются средством сокращения общего энергопотребления. Несмотря на снижение мировых цен на нефть в 80-е годы, мы должны хорошо осознавать глобальную тенденцию повышения цен на энергию, что особенно актуально для Беларуси. Возможным является резкий скачок мировых цен, как это показал кувейтский кризис.

Как сознательный хозяин своего дома, каждый человек должен самостоятельно принимать решения при строительстве своего жилья в вопросах будущего энергопотребления, а не оставлять этой проблемы специалистам. Этим вы делаете вклад в свое счастливое будущее.