Локалізація екологічної загрози забруднення атмосфери від пилу спалювання вугілля на ТЕС (стр. 2 из 6)

Особистий внесок здобувача. Безпосередня участь на всіх етапах виконання дисертаційної роботи від збору інформації до її опрацювання і застосування в проведених дослідженнях.

Проаналізовані джерела викидів пилу та його негативний вплив на навколишнє середовище і населення [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8], проведено всі експериментальні дослідження та конструювання експериментального стенда [9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17], проведена обробка і аналіз експериментальних даних та визначені морфометричні, фізико-хімічні і дисперсні характеристики пилу [18, 19, 20], проведений теоретичний аналіз класичних рівнянь і створена математична модель процесу руху частинок в апараті [21, 22, 23, 24], що необхідна для конструювання відцентрово-інерційних пиловловлювачів.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації обговорювалися на наступних міжнародних та українських конференціях: міжнародна науково-технічна конференція "Житло, енергія, екологія" (м. Львів, 1998 р.); ІV міжнародна науково-технічна конференція “Екологія, людина, суспільство” (м. Київ, 2001 р.); ІІІ міжнародна конференція “Людина і космос” (м. Дніпропетровськ, 2001 р.); науково-практична конференція "Актуальні питання медицини" (м. Хмельницький, 1998 р.); ІІ всеукраїнська науково-практична конференція “Екологія, людина, суспільство” (м. Київ, 1999 р.); науково-практична конференція “Вчені Поділля” (м. Хмельницький, 1999 р.); всеукраїнська наукова практична конференція „Людина і космос” (м. Дніпропетровськ, 1999 р.); ІІ Всеукраїнська молодіжна науково-технічна конференція з міжнародною участю (м. Дніпропетровськ, 2000 р.). Робота обговорювалася на засіданнях кафедри “Охорона праці” Національного університету “Львівська політехніка”.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 13 статей у фахових виданнях, 4 тез доповідей на міжнародних науково-практичних конференціях та 7 Патентів України.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, шести розділів, висновків і додатків, має загальний обсяг 206 сторінок. Містить 77 рисунків, 27 таблиць та 3 додатки. Список літератури включає 174 найменувань використаних літературних джерел. У додатках наведено: програми для ЕОМ та приклади основних розрахунків; результати експериментальних та статистичних даних; акти випробувань та акти про використання впровадженої наукової роботи.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обговорюється актуальність теми дисертаційної роботи, визначаються мета, основні завдання та напрямки досліджень.

У першому розділі наведено характеристику рівня забруднення атмосферного повітря шкідливими речовинами, оцінка еколого-гігієнічного стану атмосферного повітря України та оцінка впливу забруднення атмосферного повітря на стан здоров’я населення. У розділі проаналізовані літературні дані про існуючі конструкції апаратів для сухої очистки повітря від пилу (гравітаційні, інерційні, відцентрові, відцентрово-інерційні, вихрові та ротаційні), проведено їх порівняння та аналіз вдосконалень при конструюванні корпуса циклона, зроблений вибір найкращого з існуючих пиловловлювачів (циклон ЦН-11), описаний стан теоретичних досліджень процесів розділення аерозолів в циклонах.

У другому розділі описано методику експериментальних досліджень, які проводяться у відповідності до вимог “Єдиної методики порівняльних випробувань пиловловлювачів”, де в якості експериментального пилу використовується кварц пилоподібний КП-3 ГОСТ 9077-59 Люберецького родовища. Густину порошкоподібних матеріалів визначали пікнометричним методом. При ситовому аналізі дослідження проводили на механічному ситовому аналізаторі 028М. Аналіз дисперсного складу пилу проводився методом седиментації у гравітаційному полі. Хімічний склад пилу визначався за загальними методиками якісного та кількісного аналізу неорганічних та органічних матеріалів. Мікроструктура поверхні або рельєф поверхні частинок виносу золи вивчався за допомогою растрового електронного мікроскопу РЭМ 200 на фракціях (1-40)^.10^-6 м.

Ефективність пиловловлювачів визначалась відношенням ваги пилу, вловленого в бункері пиловловлювача, до ваги пилу, який входить в апарат, за період досліду. Гідравлічний опір пиловловлювачів визначався за перепадом повних тисків у перетині перед пиловловлювачем і за ним. У Національному університеті “Львівська політехніка“ був змонтований експериментальний стенд для дослідження пиловловлювачів, а витрати повітря в стенді складали 1000-3000 м³/год. Всі експерименти повторювалися по 5 разів при розбіжності результатів не більше за 5 %.

У третьому розділі проаналізовано оцінку ступеня екологічної небезпеки внаслідок викиду вугільної золи в атмосферу. У 2006 році шкідливі викиди в повітря здійснювали 15,6 тисяч промислових підприємств, на яких сконцентровано 336,3 тисяч стаціонарних джерел забруднення, а середньорічний вміст пилу в атмосферному повітрі перевищував гігієнічні нормативи у 18 містах України. За результатами порівнянь структури викидів шкідливих речовин та загальних викидів пилу по Україні можна визначити, що викиди пилу складають біля 18-20 % від загальної кількості викидів всіх забруднювачів в атмосферне повітря. За галузями економіки більше 58 % викидів пилу в атмосферне повітря вносить паливно-енергетичний комплекс. Зміна частки різних видів палива в паливному балансі України демонструє значне скорочення частки мазуту та природного газу в паливному балансі теплоенергетичних підприємств та постійне зростання частки спожитого твердого палива. Динаміка зростання викидів пилу в атмосферу в електроенергетичному секторі України у 2001-2006 роках пояснюється тим, що для виробництва електричної енергії стало використовуватись переважно вугілля. Серед усіх видів відходів, що утворюються на ТЕС, зола складає близько 75 % і загальна кількість цих викидів з кожним роком збільшується.

Шкідливий вплив на стан довкілля та здоров’я людини пояснюється токсикологічними властивостями складників золи, які містять до 30 % кварцу. При роботі ТЕС та котелень викиди дрібнодисперсної золи розносяться на великі відстані і викликають у населення широкий спектр захворювань - бронхіальну астму, алергічний бронхіт, риніт тощо. Джерелами підвищеної екологічної небезпеки може бути вміст у золі мікроелементів Ni, Co, Cd, Pb, Sb, Cr, Mn, As, Hg та інших, при суттєвому перевищені рівня фону. Технологічні викиди ТЕС та котелень по фактору радіаційного впливу на населення виявляються більш шкідливими, ніж АЕС відповідної потужності внаслідок спалювання вугілля, який містить радіоактивні елементи Th та U.

У четвертому розділі представлено теоретичні та експериментальні дослідження відцентрово-інерційних апаратів. Розроблено математичну модель сепарації твердих частинок у відцентрово-інерційному пиловловлювачі без врахування наступних факторів: не враховано взаємодію між частинками пилу та їх вплив на загальний потік; вплив турбулентних пульсацій потоку на усереднений рух частинки; вплив сили протитиску та додаткової сили Магнуса-Жуковського на усереднений рух пилу; вплив нестаціонарності відносного руху частинки на її траєкторію.

Для математичного моделювання процесу руху частинки в корпусі пиловловлювача вибрано конструкцію відцентрово-інерційного апарата (рис. 1), який розроблений автором і захищений патентом України.

Враховуючи математичні вирази основного закону динаміки (1), сили опору повітря (2), прискорення матеріальної точки в циліндричній системі координат з одиничними векторами

(3), швидкості повітря (4), швидкості матеріальної точки в циліндричній системі координат (5), одержана система рівнянь (6) при початкових умовах (7), яка зведена до системи нормального вигляду (8) для розв’язання задачі Коші.

, (1)

де

- маса частинки, кг; - прискорення частинки, м/с²; - сила тяжіння, Н; - сила опору повітря, Н.

(2)

де

- абсолютна швидкість матеріальної точки, м/с;

- коефіцієнт пропорційності, який визначається за формулою: ;

- коефіцієнт форми, 0,3-0,7; - густина повітря, кг/м³; - максимальна площа поперечного перерізу матеріального тіла, коли площа перерізу перпендикулярна до швидкості повітря, м².

, (3)

де

- радіальне прискорення: ; - тангенціальне прискорення: ; - прискорення відносно осі 0Z: ; , , – відповідно величини радіусу (м), кута (радіан) та висоти місцезнаходження матеріальної точки в апараті (м) (в циліндричній системі координат); , , - відповідно величини зміни в часі радіусу (м/с), кута (радіан/с) та висоти місцезнаходження матеріальної точки (в циліндричній системі координат) (м/с); , , - відповідно величини прискорення матеріальної точки по радіусу (м/с²), куту (радіан/с²) та висоті місцезнаходження матеріальної точки в циліндричній системі координат (м/с²).