Підвищення надійності теплогенеруючих установок і зниження викидів в атмосферу високотоксичних речовин при спалюванні мазуту в котлах

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНБАСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ

Яценко Олександр Гаврилович

УДК 66.07

ПІДВИЩЕННЯ НАДІЙНОСТІ ТЕПЛОГЕНЕРУЮЧИХ УСТАНОВОК І ЗНИЖЕННЯ ВИКИДІВ В АТМОСФЕРУ ВИСОКОТОКСИЧНИХ РЕЧОВИН ПРИ СПАЛЮВАННІ МАЗУТУ В КОТЛАХ

05.23.03 - Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Макіївка - 1999

Дисертація є рукописом.

Робота виконана на кафедрі теплотехніки, теплогазопостачання і вентиляції Донбаської державної академії будівництва і архітектури Міністерства освіти України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Губар Валентин Федорович, Донбаська державна академія будівництва і архітектури, завідувач кафедри теплотехніки, теплогазопостачання і вентиляції.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Висоцький Сергій Павлович, Донецький державний технічний університет, завідувач кафедри екології і безпеки життєдіяльності;

кандидат технічних наук, доцент Черкашин Юрій Вікторович, Харківський державний технічний університет будівництва і архітектури, доцент кафедри теплопостачання, вентиляції і використання теплових вторинних енергоресурсів.

Провідна установа: Київський національний університет будівництва і архітектури, кафедра теплотехніки, Міністерство освіти України.

Захист дисертації відбудеться “23” вересня 1999 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 12.085.01 у Донбаській державній академії будівництва і архітектури за адресою: 339023, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2, I-й навчальний корпус, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донбаської державної академії будівництва і архітектури (Україна, 339023, Донецька обл., м. Макіївка, вул. Державіна, 2).

Автореферат розісланий “23” серпня 1999 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, доцент Югов А.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Переведення газомазутних котлів систем теплопостачання на спалювання сірчистого і високосірчистого мазуту пов'язане як з додержуванням їхньої високої надійності, так і з обмеженням викидів шкідливих речовин в атмосферу. Відповідно до вимог підвищення надійності роботи котлоагрегатів спалювання сірчистого мазуту в котлах намагаються здійснити з низьким коефіцієнтом надлишку повітря в топковій камері ( = 1,01 1,02). Такий підхід лише з одного боку відбиває економічні вигоди експлуатації котлів. Він враховує тільки експлуатаційні переваги, обумовлені ослабленням корозії і золового заносу поверхонь нагрівання котлів. При цьому не приймаються до уваги зниження ККД котлоагрегатів і екологічні проблеми, до яких призводить збільшення викидів в атмосферу шкідливих речовин відходячими газами.

При спалюванні котельного мазуту в атмосферу з продуктами згоряння викидаються поряд з оксидами сірки і азоту високотоксичні речовини, такі як бенз(а)пирен і сполуки ванадію. Їх концентрація в значній мірі залежить від вмісту в димових газах незгорівших часток палива, що визначається режимом спалювання мазуту.

Щоб забезпечити високі і стабільні техніко-економічні показники роботи устаткування, необхідно систематично і ефективно видаляти з конвективних поверхонь нагрівання якнайбільше відкладень.

Специфіка видалення відкладень з поверхонь нагрівання котлів полягає в тому, що відкладення, які накопичуються на поверхнях нагрівання за тривалий час експлуатації (декілька годин або навіть діб), виносяться в атмосферу за короткий період очистки (до 30 хв). Таким чином, економічні і санітарно-гігієнічні вимоги вступають у явні протиріччя.

У зв'язку з цим розробка режимів експлуатації котлоагрегатів, що забезпечують ефективне спалювання мазуту, високу надійність роботи котлів і зниження викидів в атмосферу високотоксичних інгредієнтів, є актуальною науково-технічною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами. Дисертаційна робота виконувалась у рамках державної науково-технічної програми 02.03.06/160-93 “Розробити систему очистки технологічних газів від твердих і газоподібних шкідливостей” по завданню ДКНТ України в 1994-1996 р.р.

Мета і задачі досліджень. Метою дисертаційної роботи є наукове обгрунтування і розробка режимів спалювання мазуту і очистки поверхонь нагрівання, які забезпечують високу надійність роботи котлоагрегатів, при дотриманні санітарних норм по вмісту в атмосферному повітрі високотоксичних речовин, що входять до складу продуктів згоряння мазуту.

Для досягнення цієї мети були поставлені і вирішені такі задачі:

експериментально вивчити ступінь залежності загальної запиленості димових газів і її органічної складової від режимів спалювання мазуту в котлах;

дослідити вплив способу очистки поверхонь нагрівання і періоду між очистками на загальну запиленість відходячих газів;

дослідити чинники, що впливають на забруднення димових газів мазутних котлів бенз(а)пиреном і сполуками ванадію;

визначити вплив дробової очистки конвективних трубчастих поверхонь нагрівання на надійність роботи котлоагрегатів;

розробити і впровадити в промислових умовах технічні рішення по забезпеченню високої надійності роботи мазутних котлів з одночасним зниженням викидів в атмосферу високотоксичних речовин.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

отримані аналітичні залежності для оцінки впливу на запиленість димових газів режимів спалювання мазуту і дробової очистки поверхонь нагрівання;

сформульовані механізми утворення відкладень на поверхнях нагрівання і їх видалення при дробовій очистці мазутних котлів;

встановлено кількісну залежність вмісту в димових газах бенз(а)пирену і сполук ванадію від коефіцієнта надлишку повітря в продуктах згоряння, механічного недопалу і режиму дробової очистки поверхонь нагрівання мазутних котлів.

Практичне значення отриманих результатів:

створена база для розрахунків загальної запиленості димових газів і вмісту в них високотоксичних інгредієнтів у різних експлуатаційних станах мазутних котлоагрегатів;

розроблена технологічна інструкція з експлуатації котлів при спалюванні сірчистого мазуту, де регламентуються режими, що забезпечують підвищення надійності роботи котлоагрегатів і зниження шкідливих викидів в атмосферу;

запропоновані способи підвищення надійності котлоагрегатів і зниження запиленості газів впроваджені у виробництво на опалювальних і виробничо-опалювальних котельнях м. Шахтарська і на котельні Харцизького ЗАТ “Силур - Енерго” з річним економічним ефектом більш ніж 340 тис. грн.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Особистий внесок здобувача полягає в:

постановці задач досліджень;

виборі методів дослідження і реалізації рішень поставлених задач;

підготовці устаткування до іспитів;

аналізі й узагальненні отриманих даних;

розробці на основі результатів проведених досліджень технічних рішень, спрямованих на підвищення надійності роботи мазутних котлів і зниження забруднення атмосфери їх токсичними викидами.

Роботи, подані в співавторстві, виконувалися автором на основі рівноправного партнерства. Прізвища співавторів у наукових розробках наведені в посиланнях на опубліковані роботи.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи виносились на обговорення і були схвалені на міжнародних науково-технічних конференціях “Екологія промислового регіону” (Донецьк, 1995 р.), “Ресурсозберігаючі технології у виробництві будівельних матеріалів” (Макіївка, 1995 р.), “Екологія виробництва” (Горлівка, 1999 р.), а також на науково-технічних конференціях ДДАБА (Макіївка, 1995, 1996, 1998, 1999 р. р.).

У повному обсязі висновки і результати закінченої дисертаційної роботи доповідалися на кафедрі “Теплотехніка, теплогазопостачання і вентиляція” Донбаської державної академії будівництва і архітектури.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 7 статей в науково-технічних часописах і наукових збірниках.

Обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається із вступу, п'ятьох розділів і висновків, викладена на 131 сторінкці машинописного тексту, включаючи 35 рисунків і 11 таблиць, містить список літератури з 179 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дана стисла характеристика стану наукової проблеми, обгрунтована актуальність теми дисертації, сформульовані мета і задачі досліджень, визначені наукова новизна і практичне значення отриманих результатів, наведені відомості про апробацію роботи.

У розділі 1 наведено аналіз стану питання і наукових досягнень у вирішенні проблеми зниження шкідливих викидів в атмосферу при спалюванні мазуту в котлах із забезпеченням надійності їх роботи.

У роботах М.В. Кузнєцова, Г.І. Лужнова, Л.І. Кроппа, М.І. Вдовенка, І.П. Епіка, А.Ф. Гаврилова, С.П. Висоцького та інших авторів докладно досліджені механізми утворення відкладень на поверхнях нагрівання котлів і дробової очистки поверхонь нагрівання, розташованих у вертикальних шахтах теплогенераторів.

Метою проведених раніше досліджень був, головним чином, пошук шляхів продовження безупинної кампанії роботи котлів при заданих навантаженнях і підвищення теплової ефективності конвективних поверхонь нагрівання.

Проте, у досліджених роботах не була вирішена проблема залежності запиленості димових газів від режимів спалювання мазуту і очистки поверхонь нагрівання котлів. Крім того, тверді викиди мазутних котлів розглядалися як нетоксичний пил, хоча в них вміщується ряд високотоксичних компонентів, що завдають шкоду навколишньому середовищу.

У роботах Л.М. Цирульникова, І.Я. Сігала, В.Ф. Губаря, В.П. Приходька, С.С. Новосьолова досліджувався в основному вміст канцерогенних речовин (бенз(а)пирену і сполук ванадію) у викидах мазутних котлів, але залишилися не дослідженими чинники, що впливають на забруднення атмосферного повітря цими продуктами згоряння мазуту.

Внаслідок проведеного огляду й аналізу літературних джерел були сформульовані основні задачі і напрямки подальших досліджень.

У розділі 2 розглянуті механізми утворення відкладень на поверхнях нагрівання котлоагрегатів і способи їх видалення при дробовій очистці.

В процесі спалювання палива мінеральні домішки та органічні залишки, що не згоріли, переходять у потік газів у зваженому стані. Велика частина цих продуктів виноситься разом з димовими газами з котла, а певна частина осаджується на поверхнях нагрівання у вигляді відкладень. Формування відкладень на поверхнях нагрівання є результатом складних аеродинамічних і фізико-хімічних процесів. Всі ці явища розглядаються з позицій єдиної енергетичної теорії.

Рівняння влучення на поверхню труб золових часток , що набігають на її , може бути виведене з аналітичних або експериментальних залежностей для коефіцієнта асиміляції часток даного розміру () і закону розподілу часток леткої золи по розмірах. За останній прийнято закон Розіна - Раммлера і рівняння влучення часток на обтічну поверхню має вид:

, (1)

де - відносний розмір частки;

макс - найбільший розмір частки, відповідний =99,9%;

D - прохід крізь сито розміром у частках одиниці;

п - показник полідисперсності дисперсної фази.

Утворення золових відкладень із сухих часток обумовлюється швидкістю потоку, що обтікає перешкоду. Якщо швидкість золових часток нижча або дорівнює критичній швидкості (кр), при котрій частки відскакують від труби після удару - кр, то вони осядуть на поверхні. У цьому випадку вся енергія удару часток буде витрачатися на адгезію їх до поверхні:

, (2)

де -маса твердих часток фракції ;

- швидкість частки цієї фракції.

Дане рівняння описує умови, при яких можуть утворюватися золові відкладення.

На низькотемпературних поверхнях нагрівання, що працюють в області температур 50180 0С, відкладення можуть формуватися з дуже високими швидкостями; вони мають пов'язану структуру і, володіючи високою міцністю, важко піддаються видаленню.

Основна особливість пов'язаних відкладень - спроможність значного наростання в часі. Утворення таких відкладень призводить до істотного зниження теплової ефективності поверхні нагрівання і супроводжується збільшенням аеродинамічного опору, зниженням надійності роботи котла і перевитратою палива.

Процес дробової очистки супроводжується збільшенням кількості нейтральних часток (потоку дробу) і їхньої кінетичної енергії.

Зміна термічного опору відкладень при дробовій очистці визначається закономірностями утворення і видалення відкладень:

, (3)

де 0 - термічний опір відкладень у сталому режимі;

Gдр - витрата дробу в одиницю часу на 1 м2 перетину газохода;

К1 і К2 -коефіцієнти пропорційності, що відповідно характеризують спроможність пучків до утворення відкладень і до їхнього видалення дробом.

З цього рівняння випливає важливий практичний висновок: при періодичній очистці коефіцієнт забруднення після очистки тим нижчий, чим менший проміжок часу, за який пропущена задана кількість дробу. Водночас, виявляючись ефективним засобом видалення відкладень з конвективних поверхонь нагрівання котлів, дробова очистка призводить до значного одночасного викиду високотоксичних речовин в атмосферу.

У розділі 3 викладені методичні особливості проведення досліджень на діючих котлах і здійснено вибір методик визначення запиленості відходячих газів, вмісту бенз(а)пирену і сполук ванадію (у перерахунку на V2O5) у викидах мазутних котлів.

Для визначення запиленості димових газів використовувався прямий метод виміру за схемою з внутрішньою фільтрацією, що включає такі операції: ізокінетичний відбір з газоходу проб димових газів; фільтрація відібраної проби димових газів крізь тканинний або паперовий фільтр; визначення обсягу відібраного газу і маси часток, що уловлюються фільтром.

Хімічний аналіз твердих продуктів згоряння мазуту здійснювався за методикою ВТІ.

Відбір проб газів для аналізу на вміст в них бенз(а)пирену і сполук ванадію здійснювався з використанням схеми з зовнішньою фільтрацією при дотриманні умови ізокінетичності.

Підготовка і аналіз проб на вміст бенз(а)пирену проводилися за методикою, сутність якої полягає в екстрагуванні вуглеводнів із проби, хроматографічному розподілу їх на фракції і спектральному аналізі при низьких температурах з використанням ефекту Шпольского.

У розділі 4 наведені результати експериментальних досліджень загальної запиленності димових газів і її впливу на забруднення атмосфери високотоксичними викидами.

Дослідження загальної запиленості димових газів (Z) і її органічної складової (ZГ) у залежності від режимів роботи здійснювалося на водогрійних котлоагрегатах КВ-ГМ-180 і ПТВМ-30М і паровому котлі ТГМП-94. При проведенні дослідів спалювався сірчистий мазут з вмістом золи АР=0,030,04% і вмістом сірки SР=2,22,3%.

Встановлено, що запиленості Z і ZГ збільшуються зі зменшенням коефіцієнта надлишку повітря в топці , причому в області 1,03 - особливо різко (рис. 1). Область між цими залежностями характеризує запиленість газів, формовану мінеральною частиною палива , яка не залежить від режиму роботи котла в діапазоні досліджуваних змін . Характер залежності Z=( ) практично цілком визначається недопалом у загальній масі твердих продуктів згоряния палива. При 1,03 запиленість змінюється слабко.

Зниження навантаження котла супроводжується зростанням запиленості. Загальна запиленість відходячих газів котла КВ-ГМ-180, який працює з номінальним навантаженням при =1,04, у 1,5 разів менша, ніж у випадку зниження навантаження до 40%.

Під час проведення дробової очистки трубних пучків у конвективних шахтах працюючих котлів загальна запиленість зростає у декілька разів. При цьому величина запиленості тим значніша, чим більш тривалий період між очистками (рис. 2). При інтервалі між очистками в 24 години загальна запиленість газів складає 0,6 г/м3, а збільшення інтервалу до 48 і 72 годин призводить до збільшення запиленості відповідно до 0,75 і 0,92 г/м3 (за інших рівних умов).

Величина загальної запиленості газів під час очистки поверхонь нагрівання працюючого котла складається з двох складових: загальної запиленості газів при відсутності очистки і загальної запиленості, яка є наслідком видалення золових відкладень з поверхонь нагрівання і переходу їх у газовий потік (Zоч). Остання формується в основному процесом очистки, інтервалами між очистками поверхонь нагрівання, режимом спалювання мазуту. Саме ця складова визначає рівень запиленості газів при періодичних очистках з тривалими інтервалами між ними.

В результаті отримано вираження для оцінки загальної запиленості димових газів у різних експлуатаційних станах котла:

, (4)

де Кx=2 - коефіцієнт, що враховує збільшення маси мінеральної частини палива за рахунок хімічних перетворень (на основі даних експериментів);

VГ - обсяг газів в розглянутому перетині газового тракту котла, що утворюється при спалюванні 1 кг палива, м3/кг.

Вміст бенз(а)пирену у відходячих газах в основному визначається коефіцієнтом надлишку повітря в продуктах згоряння за топковою камерою і ця залежність описується статистичним рівнянням:

; R = 0,764, R = 0,014, = 38,4 (5)

Зниження з 1,07 до 1,01, сприятливе з економічних міркувань, призводить до зростання концентрації бенз(а)пирену в газах майже в 5 разів. Таким чином, при спалюванні мазуту істотним засобом впливу на викид бенз(а)пирену є вміст кисню в топковій камері.

Вміст бенз(а)пирену в димових газах також визначається значенням механічного недопалу q4 і ця залежність в інтервалі зміни q4 у межах від 0 до 0,2% має лінійний характер:

Zбп = 200 q4; R = 0,921, R = 0,011, = 84,3 (6)

Крім режиму спалювання мазуту на викид бенз(а)пирену істотний вплив чинять механічні очистки поверхонь нагрівання працюючих котлів, при яких велика частина натрубних відкладень переходить у зважений стан і викидається з димовими газами в атмосферу.

У таких режимах роботи котлів на номінальних навантаженнях викид бенз(а)пирену виявляється максимальним і становить найбільшу небезпеку для навколишнього середовища.

У таблиці 1 наведене перевищення концентрації бенз(а)пирену при очистках поверхонь нагрівання над концентрацією при відсутності очисток.

Таблиця 1 - Підвищення концентрації бенз(а)пирену при очистках поверхонь нагрівання

Тип котла	Період між очистками, год
		При дробовій очистці	При очистці РПП
ТГМП-94	8	1,15	1,05
	12	1,2	1,1
	24	1,7 - 1,8	1,2 - 1,25
	48	2,0 - 2,4	1,4 - 1,45
ПТВМ-30	12 - 24	2
КВ-ГМ-180	8	1,2
	12	1,35
	24	1,8 - 1,9
	48	2,2 - 2,5

Вміст бенз(а)пирену у відходячих газах, мазутних котлів під час роботи дробоочисних установок, мкг/м3, визначається по формулі:

, (7)

де - коефіцієнт, що характеризує збільшення концентрації бенз(а)пирену в періоди очисток поверхонь нагрівання на працюючих мазутних котлах;

Zбп - концентрація бенз(а)пирену у відходячих газах при номінальному навантаженні котла, мкг/м3.

Коефіцієнт , статистична достовірність якого складає 0,95, має значення, яке дорівнює одиниці при відсутності очисток, а при дробовій очистці його рекомендується визначати по таблиці 1.

Найбільшу небезпеку забруднення атмосферного повітря викидами ванадію завдають режими експлуатаційних очисток поверхонь нагрівання котлів. Запиленість відходячих газів , формована сполуками ванадію, які містяться у відкладеннях, що видаляються при очистці дробом, визначалася як різниця між запиленістю відходячих газів, що викликається сполуками ванадію, збитими при очистці (), і запиленістю відходячих газів, при відсутності очисток () в аналогічних умовах роботи котлів:

= - . (8)

Вплив очистки дробом на зміну токсичності викидів мазутних котлів аналізували на основі часних показників токсичності продуктів згоряння палива (сполук ванадію і іншої маси палива):

- при відсутності очистки ; (9)

- в період очистки , (10)

де Z і - загальна запиленість і запиленість, яка формується сполуками ванадію при відсутності очисток, мг/м3;

Zоч і - аналогічні запиленості димових газів в період очистки, мг/м3;

=0,002 мг/м3, ГДКз =0,15 мг/м3 - гранично допустимі максимально-разові концентрації відповідно сполук ванадію в перерахунку на V2O5 і мінеральної золи.

Дослідження показують, що за рахунок розглянутих інгредієнтів при періоді між очистками 12 годин токсичність відходячих газів під час очисток збільшується в 13,5 разів, а при періоді 24 години - в 22 рази в порівнянні з режимами експлуатації котлів без очищень.

У розділі 5 надано аналіз надійності мазутних котлів і наведені результати реалізації дослідження.

Визначальними характеристиками надійності котлоагрегатів є можливість форсування їх роботи, теплова ефективність та аеродинамічний опір газового тракту.

Організація спалювання високосірчистого мазуту з малими коефіцієнтами надлишку повітря в топці дозволяє за рахунок обмеження кількості кисню, який бере участь в горінні загальмувати процес окислення сірчистого ангідриду в сірчаний, знизити сірчанокислотну точку роси, зменшити конденсацію аерозолів і пари сірчаної кислоти на низькотемпературних поверхнях нагрівання котлів. Таким чином, спалювання мазуту з малими надлишками повітря забезпечує зниження заносу поверхонь нагрівання золовими відкладеннями і аеродинамічного опору котла, зменшує корозію труб, що підвищує надійність котлоагрегатів.

Разом з тим, робота мазутних котлів з гранично низькими коефіцієнтами надлишку повітря в топковій камері (= 1,01 1,02) приводить до збільшення органічної складової аерозолів, в тому числі високотоксичного бенз(а)пирену, що супроводжується зростанням шкоди, що наноситься навколишньому середовищу. Найбільш оптимальним є коефіцієнт надміру повітря = 1,03.

Оснащення мазутних котлів золовловлюваючими пристроями при оптимальних режимах дробової очистки поверхонь нагрівання є найбільш раціональним рішенням, що дозволяє експлуатувати котли, забезпечуючи їх високу надійність і мінімальний викид в атмосферу токсичних речовин. Аналіз залежності річної шкоди від викидів в атмосферу шкідливостей і витрат, пов'язаних зі зміною надійності котлів, від коефіцієнта надлишку повітря в топці (рис. 3) показує, що для котлів, обладнаних пристроями уловлювання твердих часток, область оптимальних значень зменшується. На котлах, які мають установки рециркуляції димових газів, що забезпечують затамовування NOx, це значення становить 1,02.

Робота котлів з низькими коефіцієнтами надлишку повітря повинна забезпечуватися комплексом заходів по переводу на цей режим, включаючий вибір відповідної конструкції форсунок і пальників, ущільнення топки і конвективної шахти, автоматичне регулювання процесу горіння, суворе дотримання режиму очисток поверхонь нагрівання.

Оптимальний режим спалювання мазуту в котлах повинен встановлюватися на основі техніко-економічної оцінки їх експлуатаційної надійності і шкоди, яка завдається навколишньому середовищу викидами токсичних інгредієнтів.

За результатами досліджень розроблена “Технологічна інструкція з експлуатації мазутних котлів”, впровадження якої на опалювальних і виробничо-опалювальних котельнях м. Шахтарська і котельні Харцизького ЗАТ “Силур - Енерго” дозволило отримати річний економічний ефект в розмірі більше ніж 340 тис. грн.

ВИСНОВКИ

Теоретично обгрунтовано і експериментально встановлено, що загальна запиленість димових газів мазутних котлів визначається зольністю палива, надлишком повітря в топці, недопалом палива в загальній масі продуктів згоряння мазуту, навантаженням котлоагрегату і режимом очистки конвективних поверхонь нагріву.

Розроблені режими надійної експлуатації необладнаних золовловлюючими пристроями мазутних котлів з мінімальним викидом шкідливих речовин в атмосферу базуються на спалюванні палива при оптимальному коефіцієнті надлишку повітря в топці, який дорівнює 1,03, і раціональному регламенті дробової очистки конвективних поверхонь нагрівання.

Встановлено, що дробова очистка поверхонь нагрівання водогрійних мазутних котлів, яка є засобом підвищення надійності їх роботи, призводить до значного збільшення запиленості димових газів і загальний її рівень під час очистки працюючого котла визначається запиленістю газів, яка формується процесом очистки; отримане аналітичне рівняння для розрахунків запиленості газів в залежності від параметрів експлуатаційних режимів котлів.

Експериментальні дослідження викидів в атмосферу високотоксичних бенз(а)пирену і сполук ванадію дозволили отримати статистичні рівняння залежності цих викидів від коефіцієнта надлишку повітря в топці, механічного недопалу і теплового напруження топкової камери, на основі яких представляється можливим з високою мірою достовірності прогнозувати ці викиди.

Оснащення мазутних котлоагрегатів золовловлюючими пристроями є радикальним способом підвищення надійності їх роботи і запобігання викидів в атмосферу високотоксичних інгредієнтів.

Матеріали досліджень використані при розробці “Технологічної інструкції з експлуатації мазутних котлів” і впроваджені на опалювальних і виробничо-опалювальних котельнях м. Шахтарська і котельні Харцизького ЗАТ “Силур - Енерго” з річним економічним ефектом більше ніж 340 тис. грн.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Яценко А.Г. Очистка технологических графитосодержащих газов // Вестник Донбасской государственной академии строительства и архитектуры. Макеевка. - 1995. - Вып. 95-1(1) - С. 137-0138.

Губарь И.В., Яценко А.Г., Удовиченко З.В., Лукьянов А.В. К вопросу о коагуляции мелкодисперсного аэрозоля // Вестник Донбасской государственной академии строительства и архитектуры. Макеевка. - 1995. - Вып. 95-1(1) - С. 138-140.

Яценко А.Г Влияние дробевой очистки конвективных трубчатых поверхностей на экономичность котлоагрегатов, работающих на мазуте // Вестник Донбасской государственной академии строительства и архитектуры. Макеевка. - 1999. Вып. 99-2(16) - С. 193-196.

Губарь В.Ф., Кравец А.Г., Яценко А.Г. Содержание бенз(а)пирена в дымовых газах при сжигании мазута в водогрейных котлоагрегатах // Вестник Донбасской государственной академии строительства и архитектуры. Макеевка. - 1999. Вып. 99-3(17) - С. 92-95.

Яценко А.Г. Уменьшение загрязнения воздушного бассейна твердыми токсичными выбросами котлов при сжигании мазута // Коммунальное хозяйство городов. Киев: “Техника”. - 1999. - Вып. 19. - С. 111-119.

Яценко А.Г. Запыленность дымовых газов при сжигании мазута в котлах // Строительство и техногенная безопасность. Сборник научных трудов. Крымский институт природоохранного и курортного строительства Министерства образования Украины. - Симферополь: Таврия 1999. - С. 246-253.

Яценко А.Г. Организация сжигания мазута с обеспечением высокой надежности котлов // Донецкий государственный технический университет. Труды международной научно-технической конференции. Донецк - 1999. - С. 196-201.

АННОТАЦИЯ

Яценко А.Г. Повышение надежности теплогенерирующих установок и уменьшение выбросов в атмосферу высокотоксичных веществ при сжигании мазута в котлах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.03 - Вентиляция, освещение и теплогазоснабжение. - Донбасская государственная академия строительства и архитектуры, Макеевка, 1999.

Диссертация посвящена теоретическому и экспериментальному решению вопросов обеспечения высокой надежности работы котлоагрегатов при переводе их на сжигание мазута с уменьшением выбросов в атмосферу продуктами сгорания высокотоксичных веществ. Аналитически описаны концептуальные механизмы образования отложений на поверхностях нагрева котлоагрегатов и их удаления при дробевой очистке. Сформулированы требования к основным характеристикам режима дробевой очистки.

Экспериментальными исследованиями на действующих котлоагрегатах установлено, что общая запыленность дымовых газов при работе на мазуте определяется коэффициентом избытка воздуха в топке, величиной недожога топлива в общей массе продуктов сгорания, нагрузкой котлоагрегата и режимами очистки поверхностей нагрева. Уменьшение коэффициента избытка воздуха ниже 1,03, благоприятное с экономических позиций эксплуатации котлов, приводит к резкому увеличению общей запыленности дымовых газов и, что очень важно, к увеличению в них концентраций высокотоксичного бенз(а)пирена. Снижение нагрузки котла сопровождается возрастанием общей запыленности. При механических очистках поверхности нагрева общая запыленность дымовых газов определяется составляющей, формируемой процессом очистки, которая в значительной мере зависит от способа очистки и периода между очистками. Получено аналитическое уравнение, позволяющее оценить запыленность газов, формируемую процессом очистки в различных эксплуатационных режимах работы котла.

Экспериментально-статистическими исследованиями установлено, что кроме коэффициента избытка воздуха дополнительными факторами, влияющими на выброс в атмосферу при сжигании мазута бенз(а)пирена, являются механический недожог, тепловое напряжение топочной камеры и режим дробевой очистки поверхностей нагрева. Получены уравнения регрессии, с высокой достоверностью описывающие влияние этих факторов на выбросы бенз(а)пирена. Установлено, что при отсутствии золоулавливающих устройств для обеспечения надежной работы котлов при минимальных выбросах в атмосферу вредных ингредиентов коэффициент избытка воздуха должен составлять 1,03. Определена зависимость загрязнения атмосферы соединениями ванадия от содержания аэрозолей в уходящих газах. Радикальным решением, позволяющим эксплуатировать котлы в режимах с низкими коэффициентами избытка воздуха, обеспечивая как высокую надежность работы, так и минимальный выброс в атмосферу токсичных веществ, является оснащение мазутных котлов золоулавливающими устройствами.

Результаты научных исследований использованы при разработке "Технологической инструкции по эксплуатации мазутных котлов" и внедрены в производство на ряде котельных Донецкого региона.

Ключевые слова: котел, мазут, запыленность дымовых газов, бенз(а)пирен, надежность, загрязнение атмосферы.

котлоагрегат мазут спалювання викид

АНОТАЦІЯ

Яценко О.Г. Підвищення надійності теплогенеруючих установок і зниження викидів в атмосферу високотоксичних речовин при спалюванні мазуту в котлах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.03 - Вентиляція, освітлення та теплогазопостачання. -Донбаська державна академія будівництва і архітектури, Макіївка, 1999.

Дисертація присвячена теоретичному і експериментальному вирішенню питань забезпечення високої надійності роботи котлоагрегатів при переведенні їх на спалювання мазуту зі зменшенням викидів в атмосферу продуктами згоряння високотоксичних речовин. Аналітично описані концептуальні механізми утворення відкладень на поверхнях нагрівання котлоагрегатів і їх видалення при дробовій очистці.

Встановлено, що запиленість газів повністю визначається кількістю недопалу в загальній масі продуктів згоряння мазуту, яка обумовлюється вмістом кисню в топковій камері. При механічних очистках поверхонь нагрівання запиленість відходячих газів визначається переважно складовою, яка формується процесом очистки котла. Основними факторами, які впливають на викид бенз(а)пирену в атмосферу є механічний недопал і очистка поверхонь нагрівання. Встановлено залежність забруднення атмосфери сполуками ванадію від вмісту аерозолів у відходячих газах мазутних котлів.

Радикальним рішенням, що дозволяє експлуатувати котли в режимах з низькими коефіцієнтами надлишку повітря, забезпечуючи як високу надійність роботи, так і мінімальний викид в атмосферу токсичних речовин, є оснащення мазутних котлів золовловлюючими пристроями.

Результати наукових досліджень використані при розробці "Технологічної інструкції з експлуатації мазутних котлів" і впроваджені у виробництво на ряді котелень Донецького регіону.

Ключові слова: котел, мазут, запиленість димових газів, бенз(а)пирен, надійність, забруднення атмосфери.

ANNOTATION

Yatsenko O.G. Increasing the safety of the thermogenerating installations and reduction of the foxicgases going info the atmosphere during the combustion of mazut in the boilers.

The thesis submitted for scientific candidate's degree of technical sciences is connected with speciality 05.23.03 dealing with Ventilation, lighting, heat supply and gas supply.- Donbas State Academy of Civil Engineering and Architecture, Makiyivka, 1999.

The scientific work is devoted to theoretical and experimental solution of tasks of provision of high reliability of act of cauldron aggregates while converting them to combustion of mazut with reduced ejection of burning products of toxic gas. The mechanism of production of accumulation cauldron aggregates on the heating surface and their extraction by fractional clearness are analytically written.

There has been set that gases are fully determined with the amount of unburned mazut with the contents of oxygen that presents in the heating chamber. Mechanicall cleaning of the heating surfaces is an element which formed during of process of cauldron's cleaning. The main factors which affected to benzopiren to atmosphere are the collection of mechanical unburned dust. It is determined that the pollution of atmosphere is related with the connection of vanadium's mixtures and aerosols that are contained in leaving gases from cauldrons. The radical decisions that allows to exploit the cauldrons with the sufficient higher reliability and with a minimum ejection in atmosphere of toxic gases is the equipment of cauldrons with collectors for ashes. The Results of scientific investigations have been done in elaborated "Technological direction for exploitation of heavy cauldrons" and have used in production for numbers of boiler-rooms of Donetsk region.

Key words: cauldron, mazut, dusted of smoke gases, benzopiren, reliability, contamination of atmosphere.

Размещено на Allbest.ru