XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Россия – одна из ведущих энергетических держав мира. Она обладает большими запасами энергетических ресурсов, как уже открытых, так и потенциальных. В мировых разведанных запасах доля России составляет: нефти – 13 %, природного газа – 36 %, угля – 12 % (по прогнозным запасам – 30 %). Россия имеет самую протяженную береговую линию, что предоставляет в ее распоряжение огромные площади континентального шельфа (3,9 млн. км), высокоэффективные в отношении обнаружения запасов нефти и газа. [1, с. 5]

Указом Президента РФ от 4 июня 2008 г. № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» установлена задача по снижению к 2020 году энергоемкости валового внутреннего продукта не менее чем на 40 процентов по отношению к уровню 2007 года и обеспечению рационального и экологически ответственного использования энергии и энергетических ресурсов. В обеспечение реализации данного указа Правительство Российской Федерации 27 декабря 2010 г. утвердило Государственную программу Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» [3] (далее – Программа).

Программа направлена на обеспечение повышения конкурентоспособности, финансовой устойчивости, энергетической и экологической безопасности российской экономики, а также роста уровня и качества жизни населения за счет реализации потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности на основе модернизации, технологического развития и перехода к рациональному и экологически ответственному использованию энергетических ресурсов.

В настоящее время прослеживается активная тенденция в строительстве, а вместе с ней и децентрализация систем теплоснабжения с применением природоохранительных мероприятий.

На сегодняшний момент котельные агрегаты малой мощности основываются на трех аспектах: снижение вредных выбросов в атмосферу, повышение энергетической эффективности за счет рационального использования топлива, интенсификация теплообменных процессов в различных элементах котлов.

Целесообразность и направленность технологических и организационных мероприятий по предотвращению выбросов и улучшению экологической обстановки определяется результатами наблюдений за средой и выбросами в нее. Совершенство системы наблюдений обеспечивает эффективность применения технологических мероприятий к тем или иным производствам.

Таким образом, развитая система мониторинга окружающей среды предприятия дает возможность не только получать достаточно полную информацию о состоянии окружающей среды и источников выбросов в режиме реального времени, но и обеспечивает управление окружающей средой за счет целенаправленного и эффективного использования организационных и технологических мероприятий.

К мероприятиям по снижению выбросов вредных веществ, относят:

совершенствование технологических процессов и внедрение малоотходных и безотходных технологий;

изменение состава и улучшение качества используемых ресурсов;

комплексное использование сырья и снижение потребления ресурсов, производство которых связано с загрязнением окружающей среды;

изменение состава и улучшение качества выпускаемой продукции (неэтилированные бензины, малосернистые топлива и т.д.);

Фильтрация дымовых газов;

Фильтрация дымовых газов – позволяет минимизировать концентрацию вредных соединений в газообразных выбросах. Для удаления вредных частиц используют технологии десульфатации, абсорбции, адсорбции, каталитического окисления.

Уменьшить содержание вредных веществ в продуктах сгорания теплогенерирующей установки можно за счет улучшения качества топлива или его замены другим, выделяющим меньше загрязняющих веществ. Улучшить качество топлива можно, например, удаляя из сернистого мазута или нефти перед их сжиганием серу, т.е. применяя десульфатацию топлива. Это удорожает топливо, но одновременно позволяет значительно снизить вредные выбросы с продуктами сгорания.

Перспективным направлением замены топлива на более экологически чистое считается получение новых синтетических топлив. Также для уменьшения вредных выбросов делают, если это возможно, замену топлива на более чистое, например, заменяя уголь или мазут на природный газ.

К основным способам очистки дымовых газов от вредных газообразных примесей можно отнести:

десульфатацию продуктов сгорания, когда из них удаляют оксиды серы;

абсорбцию, когда вредное вещество из газовоздушной смеси удаляется путем поглощения жидким поглотителем(абсорбентом);

адсорбцию, когда некоторые твердые тела с ультрамикроскопической пористой структурой селективно извлекают из газовой смеси и концентрируют на своей поверхности вредные газы;

каталитическое окисление, когда вредные газообразные примеси удаляются из очищаемого газа в присутствии катализаторов.

Рассеивание вредных загрязняющих веществ в атмосфере в настоящее время является наиболее распространенным способом уменьшения содержания этих веществ в приземном слое атмосферного воздуха. Для этого дымовые трубы должны иметь определенную минимальную высоту, рассчитанную по условиям рассеивания вредных загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Следует заметить, что соблюдение определенной высоты труб не уменьшает само количество выбросов вредных веществ, но позволяет рассеивать эти вещества на большую площадь и тем самым снизить их количество в атмосферном воздухе вблизи теплогенерирующей установки.

Интенсификацию теплообмена в элементах котла можно производить установкой интенсификаторов теплообмена в топке или в жаротрубном элементе.

Первый способ дает ощутимые результаты, как на теплотехнические, так и на экологические результаты (КПД возрастает на 1-3%, выбросы СО уменьшаются в 5 раз, NO_x в 2 раза). Как правило, в цилиндрическую топку устанавливают вторичные излучатели, способствует лучшему теплообмена в топке, а отсюда – улучшение экологических показателей. Для ПКМП такой способ интенсификации не используется, поскольку размеры топки достаточно малы.

Повышение энeргоэффeктивнoсти конвективных поверхностей может быть достигнуто за счет интенсификации как конвективной, так и лучистой составляющей результирующего теплопереноса [2].

Увеличение эффективности теплоотдачи продуктов сгорания к поверхности нагрева приводит к интенсификации процессов теплообмена в котлах. При выборе интенсификации теплоотдачи следует учитывать то, что в большинстве случаев она связана с ростом затрат энергии на преодоление аэродинамических сопротивлений.

Интенсификация конвективной составляющей теплообмена происходит, в основном, в связи с аэродинамическим воздействием на газовый поток, в ходе которого искусственная турбулизация пограничного слоя влияет на уменьшение его толщины или разрушение. Осуществление данных методов на практике связано с применением различных форм устройств, а именно создающих винтовые, закрученные или пульсационные течения. На практике выявлено, что перечисленные методы ведут к изменению конструкции котла, которые влекут за собой увеличение аэродинамического сопротивления агрегата.

Увеличение лучистой составляющей теплопереноса не ведет к турбулизации газового потока, а, следовательно, не связано с дополнительными затратами энергии. Излучение изменяет формирование пограничного теплового слоя у поверхности трубы и исключает подобие теплообмена и гидравлического сопротивления. В тесных конвективных пучках труб доля излучения газового слоя незначительна. Интенсификация лучистого теплообмена здесь возможна за счет введения специальных насадок, которые будут играть роль промежуточных излучателей. Назначение этих насадок – трансформация теплового потока, переданного к ним селективным излучением газа, излучением твердых тел в сплошном спектре и конвективным тепловым потоком – в сплошное излучение промежуточного излучателя. Обычно промежуточные излучатели представляют собой адиабатные поверхности. Исследованиями подтверждена возможность увеличения результирующего потока за счет использования промежуточного излучателя более, чем на 30% [1].

В конвективных поверхностях малых водотрубных котлов в качестве промежуточных излучателей наиболее рационально использовать тонкие стальных пластины или перфорированные листы, свободно размещенные в межтрубном пространстве. Установка таких излучателей позволит повысить коэффициент теплоотдачи практически без увеличения аэродинамического сопротивления поверхностей нагрева.

Установка промежуточных излучателей в конвективных газоходах позволит повысить энергоэффективность как вновь проектируемых, так и существующих водотрубных котлов малой мощности без увеличения их аэродинамического сопротивления.

Использование промежуточных излучателей возможно не только в потоке излучающих продуктов сгорания, но и в лучепрозрачной среде. Так, например, при нагреве воздуха в трубчатых рекуператорах, где установка в каналах промежуточных излучателей позволит увеличить эффективную поверхность теплоотдачи к перемещаемому потоку.

Литература:

 Комков В. А., Тимахова Н. С. Энергосбережение в жилищно-коммунальном хозяйстве. – 2-е изд. – М.: ИНФРА-М, 2014. – 204 с., С-5.

Петриков С. А., Хованов Н.Н. Прогрессивные способы интенсификации теплообмена в отопительных котлах // Промышленная энергетика. 2003. № 12. С. 18 - 22.

Государственная программа Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» / Распоряжение Правительства РФ от 27.12.2010 № 2446-р // www.consultant.ru

Код для цитирования: Скопировать