Размещено на http://www.allbest.ru/

Внедрение автоматизированной системы непрерывного контроля и регулирования вредных выбросов на учебно-экспериментальной ТЭЦ МЭИ

П.B. Росляков,

Л.Е. Егорова,

ВВЕДЕНИЕ

Расширение производства всегда сопровождается возрастанием негативного воздействия на окружающую среду. Одной из наиболее актуальных проблем в современном технологическом обществе является загрязнение атмосферного воздуха, связанное с процессами сжигания топлива на тепловых электрических станциях и в котельных. Это привело к тому, что развитие теплоэнергетики как в России, так и за рубежом в значительной степени определяется экологическими требованиями. В связи с развитием новых технологических процессов и вводом современных, более жестких нормативов на выбросы в последние годы в разных странах все более активно разрабатываются и внедряются системы непрерывного контроля (мониторинга) вредных выбросов ТЭС в атмосферу. Контроль промышленного загрязнения окружающей среды рассматривается как основное средство для анализа производственных объектов и технологий с точки зрения соблюдения экологических требований и нормативов. Этот новый подход, связывающий охрану окружающей среды с промышленным производством, находит все большее распространение во всем мире. Концепция непрерывного контроля промышленных источников загрязнения получила развитие благодаря Постановлению Правительства РФ № 1229 от 24 ноября 1993 г. «О создании единой государственной системы экологического мониторинга».

Мониторинг окружающей среды, связанный с контролем качества воздуха, имеет существенный недостаток - практически невозможно отделить вклад конкретной электростанции от других источников загрязнения, расположенных в той же местности.

Производственный мониторинг применяется для контроля промышленных источников вредных выбросов, таких как ТЭС, котельные и другие предприятия.

Его задачами являются определение массовых выбросов конкретного источника; выполнение расчетов загрязнения территории, прилегающей к источнику загрязнения; контроль предельно допустимых выбросов (ПДВ) и временно согласованных выбросов (ВСВ); расчет платы за выбросы из конкретного источника и разработка рекомендаций по внедрению мероприятий по снижению вредных выбросов.

В современных условиях наиболее рационально использовать производственный мониторинг на базе систем непрерывного мониторинга выбросов (СНМВ). СНМВ позволит комплексно решить ряд важных проблем, к которым относятся минимизация техногенного воздействия на окружающую среду, создание динамической информационной модели для прогнозирования изменения экологического потенциала региона, а также повышение эффективности работы энергетического оборудования.

1. ОРГАНИЗАЦИЯ НЕПРЕРЫВНОГО МОНИТОРИНГА ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ НА ТЭС

Целями организация системы непрерывного мониторинга выбросов (СНМВ) на ТЭС являются:

- снижение негативного воздействия тепловых электрических станций на окружающую среду за счет обеспечения достоверного контроля вредных выбросов в атмосферу и организации целенаправленной деятельности по их снижению;

- повышение эффективности работы энергетического оборудования за счет оптимизации рабочих режимов, модернизации и реконструкции оборудования, усиления технологической и производственной дисциплины.

Согласно практическим рекомендациям [1] при организации систем непрерывного мониторинга и контроля вредных выбросов на ТЭС могут быть использованы различные газоаналитические системы и сечения газового тракта для определения состава продуктов сгорания.

Принципиально возможны три способа организации промышленного мониторинга на ТЭС (рис.1): непрерывный контроль массовых выбросов вредных веществ на дымовой трубе ТЭС (сечение РЙРЙ); непрерывный контроль концентраций вредных веществ в газоходах котлов (сечение Й-Й и П-П); комбинация двух первых способов.

Преимуществом установки системы непрерывного контроля вредных выбросов на дымовой трубе является возможность использования только одной газоаналитической системы, которая позволяет определить суммарные массовые выбросы всех котлов ТЭС, подключенных к данной трубе. Очевидно, что при наличии на станции нескольких дымовых труб потребуется установка измерительных систем на каждой из них. Для определения массовых выбросов необходимо измерять концентрации вредных веществ и скорость газов в одном из сечений дымовой трубы, где обеспечивается требуемая равномерность скоростных и концентрационных полей. Критерием выбора измерительного сечения газового тракта котельной установки являются технические требования к автоматизированной системе контроля выбросов загрязняющих веществ ТЭС [2], согласно которым допустимое отклонение от средних значений скоростей газов и концентраций компонентов в сечении не должно превышать ±10 %.

В МЭИ (ТУ) были выполнены расчетные исследования влияния режимных и конструктивных факторов на распределение скоростей газового потока и концентраций в различных сечениях дымовой трубы в целях определения оптимальных мест установки измерительных систем, обеспечивающих достоверный контроль массовых выбросов вредных веществ в атмосферу [3]. По результатам исследования для дымовых труб типовых конструкций были разработаны практические рекомендации, согласно которым для обеспечения требуемой достоверности инструментального определения массовых выбросов вредных веществ в атмосферу измерительные системы требуется устанавливать на расстоянии не менее 14 D3KB от кромки разделительной перегородки (где D3KB -- эквивалентный диаметр, равный диаметру устья трубы). При этом следует использовать беспробоотборные измерительные системы, позволяющие получить осредненные значения по диаметру дымовой трубы (ультразвуковые измерители скорости, оптоэлектронные газоанализаторы с установкой передатчика и приемника на противоположных сторонах газохода). Если конструкция дымовой трубы отличается от типовой, целесообразно провести дополнительные расчетные исследования.

Основным недостатком установки системы непрерывного контроля на дымовой трубе является невозможность регулирования и наладки рабочих режимов отдельных котлов. Кроме того, размещение газоаналитической системы вне здания ТЭС

на высоте порядка 80-120 м над поверхностью земли предъявляет повышенные требования к надежности и сроку непрерывной работы оборудования.

Тем не менее установка измерительных систем на дымовых трубах для мониторинга вредных выбросов в атмосферу используется как за рубежом, так и в России, например в ОАО «Татэнерго».

При организации непрерывного контроля вредных выбросов на отдельном котле газовый состав продуктов сгорания целесообразно определять в сечениях I-I и П-П.

Сечение опускного конвективного газохода за первым (по газам) пакетом газового тракта (см. рис. 1, сечение I--I) благодаря достаточно высокой равномерности концентрационных полей и температурам ниже 600 °С может эффективно использоваться в качестве режимного сечения, в котором проводится инструментальный анализ состава дымовых газов для наладки и контроля рабочих режимов котла. Тем не менее наличие даже небольшой неравномерности концентрации по глубине не позволяет проводить замеры одноточечным зондом по сторонам газохода (справа и слева) в режимном сечении, как это принято в настоящее время на котлах. Это, в первую очередь, относится к измерению содержания Ог в дымовых газах, по которому контролируется текущий рабочий режим котла. Для устранения влияния неравномерности концентраций на результат измерения и получения достоверных данных в режимном сечении целесообразно использовать многоточечные пробоотборные зонды, позволяющие проводить усреднение концентраций на рабочей длине зонда.

Исследование процессов конверсии оксида углерода и бенз(а)пирена вдоль газового тракта котельных установок [4] показало, что нельзя в полной мере оценить эффективность и экологическую безопасность режимов сжигания топлива по содержанию СО в режимном сечении газохода котла, так как процессы конверсии имеют место по всему газовому тракту котельной установки вплоть до температур 100--130 °С. Поэтому полную информацию о завершенности процессов выгорания топлива в котле можно получить только на основании одновременных измерений содержания СО в дымовых газах в режимном сечении и в сечении за дымососом. Это особенно актуально при внедрении малотоксичных режимов сжигания топлива с умеренным недожогом [5]. Эти обстоятельства необходимо учитывать при выборе места установки газоаналитических систем. Для контроля эффективности процесса горения топлива газоаналитические системы должны быть установлены в сечениях газового тракта, максимально приближенных к поворотной камере котла (см. рис. 1, сечение I--I), а контроль вредных выбросов от котла в атмосферу целесообразно определять в контрольном сечении за дымососом (см. рис. 1, сечение II--II).

При реализации комбинированного способа мониторинга выбросов контроль суммарных массовых выбросов станции организуется на дымовой трубе, а контроль газового состава продуктов сгорания с целью регулирования и наладки рабочих режимов -на каждом котле.

Окончательный выбор места установки газоаналитического оборудования осуществляется на базе результатов технико-экономического обоснования.

СНМВ базируется на современных средствах измерительной и вычислительной техники и может быть расширена и использована также и для диагностики рабочих режимов и управления процессом сжигания топлива в котлах. В этом случае система промышленного мониторинга трансформируется в систему непрерывного мониторинга и регулирования вредных выбросов ТЭС в атмосферу.

2. ВНЕДРЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ НА УЧЕБНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ТЭЦ МЭИ

В 2007-2008 годах в МЭИ (ТУ) в рамках инновационной образовательной программы «Подготовка кадров с новыми профессиональными компетенциями для энергетики на базе учебно-исследовательского комплекса «технический университет - генерирующее предприятие» на учебно-экспериментальной ТЭЦ МЭИ была внедрена автоматизированная система непрерывного контроля и регулирования вредных выбросов [6].

Внедрение СНМВ ТЭЦ МЭИ преследует следующие цели:

- производственные: организация инструментального контроля вредных выбросов в атмосферу и целенаправленная деятельность по их снижению; повышение эффективности работы котла и снижение негативного воздействия ТЭЦ на окружающую среду;

- научные: доработка и проверка концепции, отработка методики измерений, проверка надёжности оборудования; тиражирование системы;

- учебные: обучение студентов на действующем современном оборудовании, подготовка и переподготовка специалистов в области экологии энергетики, а также повышение их квалификации.

Согласно «Положению о государственном учете вредных воздействий на атмосферный воздух» ТЭЦ МЭИ обязана осуществлять инструментальное определение видов и количества загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу и представлять систематическую отчетность о вредных воздействиях на атмосферу по форме «2ТП-воздух». Поэтому СНМВ ТЭЦ МЭИ должна обеспечивать непрерывный инструментальный контроль следующих параметров уходящих газов:

- при контроле массовых выбросов ТЭЦ в атмосферу:

* концентрацию оксида азота (NO);

* концентрацию оксидов углерода СО и СО2;

* скорость дымовых газов;

- при контроле присосов по тракту -- концентрацию О2;

- при контроле эффективности процесса сжигания топлива:

* концентрацию оксидов азота NO и NO2;

* концентрацию монооксида углерода СО;

* концентрацию кислорода О2.

В соответствии с поставленными перед СНМВ ТЭЦ МЭИ задачами на котле БМ-35РФ было установлено оборудование немецкой фирмы Sick-Maihak, которая выиграла конкурс на поставку измерительных систем. В отводящем газоходе были установлены оптоэлектронные газоанализаторы GM-31 для определения концентрации оксидов азота в дымовых газах и температуры газового потока и GM-35 для измерения содержания СО и СО2, ультразвуковой расходомер Flowsick 100 и анализатор кислорода Zircor 302. В рассечке экономайзера (режимное сечение) установлена пробоотборная газоаналитическая система S710, определяющая содержание в продуктах сгорания NO, CO и О2 (рис.2).

Внедрённая на ТЭЦ МЭИ система непрерывного мониторинга выбросов оснащена современным оборудованием мирового уровня, что значительно упростит и автоматизирует повседневную работу ТЭЦ, а также ведение различной отчётной документации. Эта система, единственная в своём роде, помимо промышленного применения используется и в учебных целях. тепловой электрический сжигание топливо

Значения массовых выбросов, полученные СНМВ ТЭЦ МЭИ, были использованы для оценки воздействия выбросов ТЭЦ МЭИ на состояние атмосферного воздуха в районе Лефортово. Для расчета приземных концентраций вредных веществ, выбрасываемых ТЭЦ МЭИ, была использована УПРЗА «Эколог», реализующая положения нормативной методики по расчету рассеяния примеси в атмосфере ОНД-86 [5]. Основными загрязняющими

веществами в выбросах ТЭЦ МЭИ являются NCh и СО. В результате расчета определены максимальные концентрации примесей, достигаемые в районе Лефортово города Москвы при неблагоприятных условиях (рис. 3)

Проект «Создание комплексной автоматизированной системы непрерывного контроля и регулирования вредных выбросов и стоков ТЭЦ МЭИ и методики использования ее в учебном процессе» награжден Дипломом 11-й Всероссийского форума «Образовательная среда -- 2009».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Система непрерывного мониторинга и регулирования вредных выбросов в атмосферу предназначена для решения целого комплекса задач, поэтому эффект от ее внедрения необходимо оценивать по целому ряду показателей.

Экономический эффект заключается в снижении платы за выбросы вредных веществ в атмосферу за счет достоверного инструментального контроля и снижения объемов выбросов за счет контроля и регулирования процесса сжигания топлива; уменьшении расходов потребляемого топлива в результате повышения эффективности работы основного энергетического оборудования.

Технологический эффект состоит в обеспечении более строгого соблюдения режимных карт работы котлов за счет контроля процесса сжигания топлива. Реализация экспертных и диагностических систем, являющихся частью СНМВ, позволит разрабатывать рекомендации по оптимизации текущих режимов работы оборудования и долгосрочные рекомендации по ремонту, реконструкции и модернизации оборудования. Возможность получения оперативной информации по локальной вычислительной сети станции администрацией и службами ТЭС приведет к усилению контроля за действиями персонала и улучшению производственной дисциплины. Автоматизируется составление форм статистической отчетности и расчет платы за выбросы.

Таким образом, организация систем мониторинга вредных выбросов является одним из главных инструментов практической реализации экологических характеристик промышленных объектов, удовлетворяющих современным жестким нормативным требованиям.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Контроль вредных выбросов ТЭС в атмосферу / П.В. Росляков, И.Л. Ионкин, И.А. Закиров и др.; под ред. П.В. Рослякова. М.: Издательство МЭИ, 2004.

2. Технические требования к автоматизированной систе-ме контроля выбросов загрязняющих веществ ТЭС. М.: РАО «ЕЭС России», 1997.

3. Новожилова Л.Л. Численные исследования аэродинамики дымовых труб с целью обеспечения достоверного контроля вредных выбросов ТЭС в атмосферу. Дисс.. .канд.техн.наук., М., 2009.

4. Исследование процессов конверсии оксида углерода и бенз(а)пирена вдоль газового тракта котельных установок / П.В. Росляков и др. // Теплоэнергетика. 2005. № 4. С. 44-50.

5. Эффективное сжигание топлив с контролируемым химическим недожогом / П.В. Росляков, И.Л. Ионкин, К.А. Плешанов // Теплоэнергетика. 2009. № 1. С. 20-23.

6. Росляков П.В., Егорова Л.Е., Ионкин И.Л. Создание комплексной автоматизированной системы непрерывного контроля и регулирования вредных выбросов и стоков ТЭЦ МЭИ и мониторинга прилегающей территории. Образовательная среда сегодня и завтра // Материалы V Всероссийской научно-практической конференции (Москва, ВВЦ, 01.10.2008). М.: Рособразование, 2008.

7. РД 52.04.212-86 (ОНД-86). Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. Госкомгидромет СССР.

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены вопросы организации непрерывного контроля вредных выбросов ТЭС в атмосферу. Представлен опыт внедрения автоматизированной системы контроля и регулирования вредных выбросов на учебно-экспериментальной ТЭЦ МЭИ.

Размещено на Allbest.ru