РАЗДЕЛ 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Объект исследований
В настоящем исследовании объектом являются жаротрубные теплогенераторы, а также территории замкнутой многоэтажной жилой застройки.
В последнее время все большее внимание уделяется изучению закономерностей образования токсичных веществ при сжигании природного газа [12,14-17,56,57,59,60,65,66,74].
Обзор литературных источников показывает, что вопросы токсичных выбросов с продуктами сгорания для крупных теплогенераторов изучены довольно основательно.
С учетом условий ограниченности топливно-энергетических ресурсов в Украине перспективными направлениями являются исследования, связанные с теплогенераторами малой мощности, которыми оборудуются отопительные котельные жилищно-коммунального сектора. Однако для котлоагрегатов малой мощности вопросы состава и количества загрязняющих веществ, содержащихся в дымовых газах, а также возможные технические решения по сокращению их выбросов разработаны значительно меньше.
В особой степени это касается выбросов канцерогенных веществ, что может значительно заострить и без того опасную экологическую обстановку, сложившуюся в Украине в настоящее время. Поэтому перед отопительно-коммунальной теплоэнергетикой стоит комплексная задача повышения экономико-экологической эффективности работы теплогенераторов малой мощности, связанная с увеличением экономичности сжигания топлива и защитой атмосферного воздуха от загрязнений токсичными веществами с выбрасываемыми продуктами сгорания. В этой связи мониторинг состояния окружающей среды, а также снижение выбросов от теплогенераторов малой мощности, получаемых в процессе горения газообразного топлива и приводящих к нарушению экологического равновесия окружающей среды в Украине, особенно актуальны в научном и прикладном аспектах.
В комплексной проблеме антропогенного загрязнения окружающей среды особое место занимают вопросы загрязнения воздушного бассейна селитебных территорий. При наблюдающихся в Украине процессах перехода на децентрализованное и локальное теплоснабжение источники теплоты располагаются преимущественно в черте городской застройки и имеют относительно невысокие дымовые трубы, что делает актуальной проблему изучения рассеивания загрязняющих веществ, в частности, бенз(а)пирена, на территории замкнутой многоэтажной жилой застройки. Последняя представляет собой дворовое пространство, ограниченное по периметру многоэтажными зданиями.
Модель процесса горения природного газа представляет многофакторную задачу, для решения которой общепринятым является экспериментальный метод.
С целью повышения экологической эффективности работы жаротрубных котлоагрегатов малой мощности, предназначенных для локального теплоснабжения, в настоящем исследовании изучен характер влияния технологических параметров сжигания природного газа на эмиссию без(а)пирена, его перенос и рассеивание в приземном слое атмосферы в жилой застройке и прилегающих территориях.
На основании определенных задач диссертационной работы была разработана схема исследований, представленная на рисунке 2.1.
Работа выполнялась по двум направлениям:
- изучалось влияние технологических параметров топочного процесса на выход бенз(а)пирена с продуктами сгорания природного газа в жаротрубных теплогенераторах малой мощности;
- выявлялось влияние жилой застройки на эффективность рассеивания бенз(а)пирена в атмосфере.
Рис. 2.1 Логико-структурная схема исследований
2.2 Экспериментальная установка по исследованию процесса эмиссии бенз(а)пирена в топочной камере жаротрубного теплогенератора
В соответствии с поставленными задачами диссертации на базе жаротрубного теплогенератора КВ-ГМ-1,6-95СН характеристики которого приведены в таблице 2.1, производимого ГКП "Артемовсктеплосеть", была создана экспериментальная установка, обеспечивающая выполнение следующих исследований:
- возможность измерения температур теплоносителя на входе и выходе котлоагрегата, а также дымовых газов в топке и на выходе из котла;
- определение состава дымовых газов, в том числе содержания в них бенз(а)пирена;
- обеспечение на срезе горелочного устройства заданной неполноты смешения газа с воздухом, а также контроль этого параметра;
- обеспечение заданной турбулентности газовоздушного потока в топочной камере;
- обеспечение ввода паров воды в пламя факела.
Таблица 2.1
Технические характеристики котла КВ-ГМ-1,6-95 СН
№ п/пХарактеристикаЗначение1
10
11
12Номинальная тепловая мощность, МВт
Температура воды на входе, оС
Температура воды на выходе, оС
Номинальный расход воды, м3/ч
Давление воды в котле, МПа
Расход газа в диапазоне рабочих нагрузок, м3/ч
Габаритные размеры, мм:
длина
ширина
высота
Внутренние размеры топочной камеры, мм:
диаметр (dТ)
длина (lТ)
Угол установки лопаток завихрителя горелки, град.
Коэффициент избытка воздуха
Неполнота смешения газа с воздухом
КПД котла, %1,6
70
95
60
0,2-0,6
49-160
3880
2110
1660
500
1800
15
1,05
0,2
94
Рис. 2.2 - Экспериментальная установка по исследованию эмиссии бенз(а)пирена в топочной камере жаротрубного теплогенератора:
1-теплогенератор КВ-ГМ-1,6-95СН ; 2-патрубок отвода воды; 3-патрубок подвода воды; 4-горелочный камень; 5-амбразура; 6-фронтовая плита; 7-запальник; 8-сменный насадок; 9-горелка; 10-завихритель; 11-нихромовая нить; 12-трансформатор; 13-планка фиксирующая; 14- газоподводящая трубка; 15-расходомер; 16,19-микроманометр; 17-кран подачи газа; 18-интегральная трубка; 20-пакет пластин; 26-газоанализатор "Эколайн плюс"; 21- воздуховод; 22- шибер; 23- вентилятор; 24- лючок; 25,29-капиляр газоанализатора; 27- температурные датчики; 28-дымовая труба; 30-пробоотборная трубка; 31-схема отбора проб для анализа на содержание бенз(а)пирена;
Рисунок 2.3 - Схема отбора проб дымовых газов для анализа на содержание в них бенз(а)