VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

В 1992 г. в Бразилии, в Рио-де-Жанейро состоялась конференция Организации Объединенных Наций (ООН) по окружающей среде. На ней была принята так называемая «Программа устойчивого развития». Основная идея этой программы состоит в том, что на всех уровнях современного общества — межгосударственном, государственном, местном, индивидуальном — должны быть приняты срочные меры по предотвращению всемирной экологической катастрофы. Каждый из нас должен осознать свою ответственность за будущее планеты. Ключевую роль в предотвращении экологической катастрофы играет энергосбережение [1].

Проблема разумного использования энергии является одной из наиболее острых проблем человечества. Современная экономика основана на использовании ископаемых энергетических ресурсов, запасы которых истощаются и не могут возобновляться. Современные способы производства энергии наносят непоправимый ущерб и природе, и человеку. Медики считают, что здоровье людей на 20% зависит от состояния окружающей среды. Необходимо что-то делать уже сейчас для предотвращения экологической катастрофы. Эффективное использование энергии —это ключ к успешному решению экологической проблемы [2].Самый простой способ уменьшить загрязнение окружающей среды — беречь энергию, то есть расходовать ее более разумно. В этом заключается принцип энергосбережения. Экономить энергию должно все человечество и каждый человек в отдельности. При сокращении количества используемого ископаемого топлива для получения энергии, мы уменьшаем количество вредных выбросов в атмосферу. Энергосбережение выгодно экономически. Ведь мероприятия по экономии энергоресурсов в 2,5–3 раза дешевле, чем производство и доставка потребителям такого же количества вновь полученной энергии [1].

Самый лучший в мире источник энергии находится всего в восьми минутах от Земли - Солнце . Почти вся энергия, которую мы потребляем, поступает от Солнца. Даже невозобновляемые источники энергии, такие как нефть, уголь и газ, образовались благодаря энергии Солнца. За 15 минут Солнце посылает нам столько энергии, сколько хватает человечеству на целый год. Если мы научимся разумно использовать эту энергию, то сможем решить энергетические проблемы в будущем [3].

Потребление энергии человечеством непрерывно растет. Пещерный человек потреблял примерно 1% того количества энергии, которую потребляет современный житель Земли. Но на Земле не стало больше энергии! Она стала более доступна. Количество энергии в природе постоянно. Она не возникает из ничего и не исчезает в никуда. Она переходит из одной формы в другую. Но использование энергии в первобытном обществе было совершенно иным, чем сейчас [4].

К сожалению, распределение энергии между странами Севера и Юга, между богатыми и бедными очень неравномерно. На одной чаше весов — такие густонаселенные бедные страны, как Индия, Индонезия или Бангладеш, на другой — богатые менее населенные европейские страны с холодным климатом. Малое потребление энергии слаборазвитыми странами нельзя считать экономией, поскольку это - результат долгового кризиса и отсутствия современных технологий получения энергии в этих странах. Молодежь — наше будущее. По решению ООН к охране окружающей среды необходимо привлекать детей и молодежь во всем мире. Задача состоит в том, чтобы дать подрастающему поколению больше знаний об энергии и убедить молодежь в необходимости созданию общества, основанного на безопасном для окружающей среды бережном использовании энергии [1].

1. ХАРАКТЕРИСТИКА МП «ТЕПЛОЭНЕРГИЯ»

Муниципальное предприятие Далматовского района «Теплоэнергия» расположено в г. Далматово по адресу ул. Ленина, д. 121.

Основным видом деятельности МП «Теплоэнергия» является производство тепловой энергии в виде горячей воды и реализация ее потребителям (предприятиям, организациям и населению) Далматовского района. В ведомстве предприятия находится 9 отопительных котельных и 13 тепловых пунктов, присоединенных к тепловой сети котельной № 1 города Далматово. Основным топливом для котельных является природный газ, резервное топливо – каменный уголь, дизельное топливо. Система теплоснабжения – закрытого типа. Тепловые сети выполнены в двухтрубном исполнении. Каждая котельная имеет отдельную тепловую сеть. Все тепловые пункты присоединены к тепловой сети Центральной котельной № 1. В восьми ТП производится нагрев воды из системы холодного водоснабжения. Теплоносителем является прошедшая предварительную подготовку (химическую очистку) вода. Отпуск тепловой энергии потребителям осуществляется по температурному графику качественного регулирования тепловой сети 95/70°С.

На предприятии имеются восемь котельных, которые работают в водогрейном режиме, одна котельная (Центральная) вырабатывает пар. Паровая котельная работает только на отопление и горячее водоснабжение, пар потребителям не отпускается.

Котельная Центральная имеет 13 центральных тепловых пунктов. Для подачи теплоносителя в центральные тепловые пункты в котельной установлены циркуляционные насосы. Для обеспечения требуемого гидравлического режима и возврата теплоносителя в котельную центральные тепловые пункты оборудованы циркуляционными насосами на обратных трубопроводах. В качестве теплоносителя используется вода из реки Исеть. Для подачи воды из реки Исеть в котельную Центральная имеется водозаборное сооружение и технический водопровод.

Остальные котельные тепловых пунктов не имеют. Для обеспечения требуемого гидравлического режима и подачи теплоносителя до потребителей в котельных установлены циркуляционные насосы. В качестве теплоносителя используется водопроводная вода. Поставщиками водопроводной воды являются:

Горячее водоснабжение г. Далматово в настоящее время базируется на тепловой энергии, вырабатываемой Центральной котельной и котельной Школы - интернат. Остальные котельные тепловую энергию для горячего водоснабжения не производят. Исходной водой для приготовления горячей воды является, по котельной Центральная водопроводная вода, поставляемая МПДР «Водхоз», по котельной Школы-интернат, водопроводная вода, поставляемая ООО «Водсервис».

2 ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ МЕРОПРИЯТИЯ МП «ТЕПЛОЭНЕРГИЯ»

Основанием для разработки программы энергосбережения на МП «Теплоэнергия» послужил ФЗ от 23.11.2009 № 261- «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

В качестве энергосберегающих мероприятий предлагается заменить горелки на котлах в котельной .

На данный момент на котлах установлены дутьевые горелки, работающие вместе с вентилятором, который потребляет электроэнергию. Предлагается заменить их на горелки с двухступенчатой подачей воздуха без вентиляторов. Получим экономию электроэнергии в размере:

Потребление электроэнергии вентилятором горелки, кВт/ч:

Е=,

где - расход воздуха, м/ч

Р- давление воздуха, мм. вод. ст.

КПД - коэффициент полезного действия вентилятора

Е=8354,6 кВт/ч

Экономия электроэнергии составила 8354,6 кВт/ч

3 РАСЧЕТ ВЫБРОСОВ ПРИ ЗАМЕНЕ ГОРЕЛОК НА КОТЛАХ

Расчеты проведены в соответствии с Методикой определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 20 Гкал в час [5] .

3.1 Расчет выбросов оксидов азота при сжигании природного газа

Суммарное количество оксидов азота NO_x в пересчете на NO₂ (в г/с, т/год), выбрасываемых в атмосферу с дымовыми газами, определяются по формуле:

M_NOx = B_р · Q_i^r · K_NO2^г · β_к · β_t · β_α · (1 - β_г) · (1 - β_δ) · k_п, (1)

где B_р - расчетный расход топлива, тыс. нм³/год; B_р =330,6 тыс. м3/год

Q_i^r - низшая теплота сгорания топлива, МДж/нм³; Q_i^r =33,55 МДж/м3

K_NO2^г - удельный выброс оксидов азота при сжигании газа, г/МДж.

Для водогрейных котлов:

(2)

где Q_т - фактическая тепловая мощность котла по введенному в топку теплу, МВт, определяемая по формуле:

Q_т = Bp: Т : 3,6 * Q_i^r, (3)

где Т –время работы котла ,ч/ год

Q_т = 330,6 : 5208 :3,6 * 33,55 = 0,59 МВт

K_NO2^г = 0,0113* √0,59 + 0,03=0,039 г/МДж

β_к - безразмерный коэффициент, учитывающий принципиальную конструкцию горелки.

Для всех дутьевых горелок напорного типа (т.е. при наличии дутьевого вентилятора на котле) принимается β_к = 1,0. Для горелок двухступенчатого сжигания (ГДС) β_к = 0,7.

β_t - безразмерный коэффициент, учитывающий температуру воздуха, подаваемого для горения

β_t = 1 + 0,002 · (t_в - 30), (4)

где t_в - температура воздуха, °С.

β_t = 1 + 0,002 · (2 - 30) = 0,944

β_α - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние избытка воздуха на образование оксидов азота. В общем случае значение β_α = 1,225.

β_г - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов через горелки на образование оксидов азота. β_г =0 (нет рециркуляции) .

β_δ - безразмерный коэффициент, учитывающий ступенчатый ввод воздуха в топочную камеру . β_δ =0 (нет ступенчатого ввода).

k_п - коэффициент пересчета, при определении выбросов в тоннах в год k_п = 10^-3.

Выброс оксидов азота при старых горелках( дутьевых) :

M_NOx = 330,6 * 33,55* 0,039 * 1* 0,944*1,225 * (1-0)*(1-0)* 10^-3=0,5 т /год Выброс оксидов азота при новых горелках ( с двухступенчатым вводом воздуха) : M_NOx = 330,6 * 33,55* 0,039 * 0,7* 0,944*1,225 * (1-0)*(1-0)* 10^-3=0,35 т /год Выброс оксида азота (II) рассчитывается по формуле: M_NO = 0,13 M_NOx (5) Для старых горелок: M_NO = 0,13*0,5 = 0,065 т/год Для новых горелок: M_NO = 0, 13*0,35 =0,0455 т/год Выброс диоксида азота рассчитывается по формуле: M_NO2 = 0,8 M_NOx (6) Для старых горелок: M_NO2 = 0,8*0,5 = 0,4 т/год Для новых горелок: M_NO2 = 0,8*0,35 =0,28 т/год

Таким образом, при замене горелок снижается выброс диоксида азота на 0,12 т/год ,

оксида азота на 0,0195 т/год.

3.2 Расчет выбросов оксида углерода

При замене горелок выбросы оксида углерода не изменятся.

Оценка суммарного количества выбросов оксида углерода, г/с (т/год), может быть выполнена по формуле:

(7)

где В - расход топлива, г/с (т/год); B_р =330,6 тыс. м3/год

С_СО - выход оксида углерода при сжигании топлива, г/кг (г/м³) или кг/т (кг/тыс. м³). Определяется по формуле:

C_CO = q₃ · R · Q_i^r, (8)

где q₃ - потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, %; q₃ = 0,2 %

C_CO = 0,2*0,5* 33,55 = 3,36 г/кг

R - коэффициент, учитывающий долю потери тепла вследствие химической неполноты сгорания топлива, обусловленную наличием в продуктах неполного сгорания оксида углерода; принимается для газа 0,5.

Q_i^r - низшая теплота сгорания натурального топлива, МДж/нм³; Q_i^r =33,55 МДж/м3

q₄ - потери тепла вследствие механической неполноты сгорания топлива, %. q₄ =0

M_СO = 0,001* 330,6*3,36 * (1-0) = 1,11 т/год

Выбросы оксида углерода находятся в пределах ПДВ.

3.3 Расчет выбросов бенз(а)пирена

Концентрация бенз(а)пирена, мг/нм³, в сухих продуктах сгорания природного газа на выходе из топочной зоны водогрейных котлов малой мощности определяется по формуле:

- для α"_т = 1,05 ÷ 1,25 и q_v = 250 ÷ 500 кВт/м³:

(9)

α"_т - коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания на выходе из топки; α"_т = 1,1

q_v - теплонапряжение топочного объема, кВт/м³; q_v =405 кВт/м3

K_д - коэффициент, учитывающий влияние нагрузки котла на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, (определяется по графику); K_д =1,2

K_р - коэффициент, учитывающий влияние рециркуляции дымовых газов на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, (определяется по графику); K_р=1 (нет рециркуляции)

K_ст - коэффициент, учитывающий влияние ступенчатого сжигания на концентрацию бенз(а)пирена в продуктах сгорания, (определяется по графику). Для старых горелок K_ст =1 _, для новых горелок(с двухступенчатой подачей) K_ст = 2,4.

Концентрация бенз(а)пирена для старых горелок:

= *1,2*1*1=0,000032 мг/

Концентрация бенз(а)пирена для новых горелок:

= *1,2*1*2,4=0,000076 мг/

Для расчета максимальных выбросов концентрации бенз(а)пирена, рассчитанные по формулам ,приводятся к избыткам воздуха α = 1,4.

Концентрация бенз(а)пирена, приведенная к избытку воздуха α = 1,4:

С = * α"_т :α (10)

Для старых горелок:

С= 0,000032 *1,1:1,4=0,000025 мг/

Для новых горелок:

С= 0,000076 *1,1:1,4=0,00006 мг/

Выброс бенз(а)пирена :

= * * (11)

где – коэффициент пересчета в т /год . = 0,000001

Выброс бенз(а)пирена от старых горелок:

= 0,000025*11,56 *330,6*0,000001=0,000000096 т/год

Выброс бенз(а)пирена от новых горелок:

0,00006*11,56 *330,6*0,000001=0,00000023 т/год

Таким образом, выброс бенз(а)пирена при замене горелок увеличился на 0,00000134 т/год, но остался в пределах ПДВ.

Заключение

Энергетика — та область человеческой деятельности, которая оказывает самое разрушительное воздействие на природу. Отчасти это воздействие обусловлено законами самой природы, например, при преобразовании энергии низкого качества в энергию более высокого качества. Но во многих случаях загрязнение окружающей среды не является неизбежным и связано с неэффективным потреблением энергии, с использованием невозобновляемых источников энергии, с нежеланием перерабатывать отходы производства и т. д.

Эти негативные последствия энергопотребления вполне преодолимы, хотя иногда это требует значительных средств и осуществляется обычно с большим трудом. Но у человечества нет выбора. Миллиарды лет понадобились, чтобы человек смог достичь нынешней степени развития. И если мы хотим, чтобы человечество и все живое на Земле продолжало жить и наслаждаться жизнью еще бессчетное количество поколений, то использование безопасной и возобновляемой энергии, разумная экономия и эффективное использование имеющейся энергии и ресурсов — единственный способ достичь этой цели. На нас лежит огромная ответственность сохранить мир пригодным к проживанию людей, животных, растений, всех живых организмов .

В данной работе рассмотрено потребление электроэнергии МП «Теплоэнергия». Исходя из этого предложены мероприятия по энергосбережению, которые позволяют более экономно использовать электроэнергию. Также уменьшатся выбросы оксидов азота,но увеличится выброс бенз(а)пирена. Экономия энергии – это не только экономия денег, но и важный шаг навстречу природе.

Список литературы

1. Энергия и окружающая среда: учебное пособие / И. Лорентзен, Д. А. Хойстад, О. Н. Сенова, К. А. К. Шорлиен – СПб.: Литера, 2008. — 88 с .

2. Андрижевский А.А., Володин В.И. Энергосбережение и энергетический менеджмент. – Минск: Вышейшая школа, 2005. – 646 с.

3. http://www.polnaja-jenciklopedija.ru/nauka-i-tehnika/jenergija.html

4. Ахмедов Р.Б. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. –М: Знание, 1988. – 578 с.

5.Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 20 Гкал в час. НИИ АТМОСФЕРА, Москва, 1999 г.- 42 с.

Код для цитирования: Скопировать