Аккумулирование электроэнергии в виде потенциальной или кинетической энергии различных тел. 2 страница

Если учесть, что в мире уже сожжено более 160 млрд. т угля и около 70 млрд. т нефти, то очевидно, в окружающей человека среде рассеяны многие миллионы тон различных микроэлементов. В результате сгорания органического топлива образуется ряд вредных веществ. Это прежде всего оксиды серы SO₂ и SO₃ и золы. Зола некоторых топлив помимо механического воздействия на органы дыхания оказывает также токсическое влияние на организм. Так, в золе донецких антрацитов содержится мышьяк, зола ряда твердых топлив содержит фтористые соединения.

При сжигании мазутов выделяются соединения ванадия. Весьма токсичными компонентами дымовых газов, которым в последнее время уделяется большое внимание, являются оксиды азота, образующиеся из азотистых соединений топлива, а также - при высокой температуре в зоне горения - в результате окисления азота воздуха. Очень важно, что некоторые из составляющих дымового газа, например оксида серы и азота, усиливают вредное воздействие друг друга на организм. При сжигании природного газа выбросы оксидов азота являются, пожалуй, единственными, но существенными загрязнителями атмосферы.

Транспорт. В промышленно развитых странах серьезным источником загрязнения атмосферы являются продукты сгорания транспортных двигателей., что подтверждается данными приведенными в табл. 7.5

Состав и годовой выброс продуктов сгорания

Таблица 7.5

Примеси	Годовой выброс, млн т
автомобили	электростанции, заводы и др.
Оксид углерода	59.7	5.2
Углеводороды и др. органические вещества	10.9	6.4
Оксиды азота	5.5	6.5
Серосодержащие соединения		22.4
Микрочастицы		9.8

Таким образом автомобильный транспорт является источником выброса 92% оксида углерода, 63% углеводородов, и 46% оксидов азота. Кроме того, эти выбросы часто содержат свинец. Особенно опасна высокая концентрация источников загрязнений, в связи с чем возникает необходимость проведения мероприятий по ее снижению. Характер этих мероприятий должен определяться конкретно для каждого района или города. Кроме того, от автомобилестроителей требуется принципиально новый подход к конструкции автомобильного мотора и самого автомобиля.

Решение стоящих перед мировым автомобилестроением проблем специалисты видят прежде всего в дизелизации автомобилей и очищении топлива от серы. Отмечается, что снижение содержания серы в топливе на 0.15% приводит к уменьшению выброса диоксида серы на 50%. За счет новой конструкции форсунки дизельного двигателя удается снизить выброс несгоревших углеводородов до 1 г на 1 кВт×ч мощности. путем охлаждения надувочного воздуха можно добиться снижения на 30% выхода угарного газа. Сокращение номинальной частоты вращения двигателя при отказе от механизма опережения подачи топлива, хотя и приводит к несколько повышенному расходу топлива при больших частотах вращения коленчатого вала, вместе с тем обеспечивает снижение выброса угарного газа еще на 10%.

Для карбюраторных двигателей в качестве топлива можно использовать сжиженный, в том числе и природный, газ или даже водород. Кроме того, можно оснастить двигатель и специальными системами очистки газов при сжигании бензина.

Газообразное топливо более дешевое, сгорает полностью, сжиженный газ не содержит коррозионно-активных сернистых соединений. В результате увеличивается срок эксплуатации поршневой группы двигателя. Использование топлива в виде сжиженного газа позволит исключить загрязнение воздуха свинцовыми соединениями и продуктами неполного сгорания. Массовый переход транспорта на сжиженный газ сдерживается в настоящее время из-за недостаточного числа газонаполнительных станций.

Мысль об использовании водорода в качестве топлива для транспорта возникла давно. В настоящее время имеется возможность применять водород в качестве автомобильного топлива, изменяя системы его подачи и зажигания, без модификации автомобильного двигателя. Водород не ядовит и при сгорании дает только воду, а теплота сгорания молекулярного водорода в 3 раза больше чем бензина. Применение водорода в качестве топлива позволит получить положительный эффект. Однако трудности, возникающие при его получении, накоплении и перевозке, взрывоопасность и высокая стоимость водорода не позволяют пока применять его в широких масштабах. По прогнозам ученых, водородное топливо получит широкое распространение через 20…30 лет.

Токсичность отдельных компонентов продуктов сгорания топлива проявляется в следующем. Оксид углерода, находясь в атмосфере, постепенно, в течение 3…4 месяцев, окисляется кислородом до диоксида. В реальных условиях для растительности это безвредно, а у человека вызывает кислородное голодание.

В двигателях образуется оксид азота NO, доокисляющийся затем до в атмосфере до высших оксидов: NO₂, N₂O₄, N₂O₃, N₂O₅. Наибольшую опасность представляют диоксид NO₂ и его полимер N₂O₄, образующийся при температуре 135…140 ^оС.

Вредное воздействие оксидов азота проявляется в стратосфере и тропосфере. Существующий защитный озонный слой Земли, расположенный на высоте 10…50 км, испытывает на себе разрушающее воздействие оксидов азота. Разрушение озонного слоя влечет недопустимое возрастание биологически активной радиации, что ставит под угрозу существование биосферы.

Кроме того, оксиды азота, вступая в реакцию с водой, образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислот, раздражающих слизистую оболочку.

Следует отметить еще одну проблему, связанную с присутствием в атмосфере оксидов серы и азота. Соединяясь с атмосферной влагой, указанные оксиды образуют слабые растворы кислот и выпадают в виде “кислотных дождей”, под воздействием которых происходят закисление почв и увеличение кислотности вод поверхностных водоемов, что наносит ущерб рыбному хозяйству: в Швеции, например, 2500 озер уже полностью лишены рыбы, в Германии леса повреждены на площади свыше 2 млн. га, в Польше – на 500 тыс. га с полным уничтожением древостоя на площади в 180 тыс. га. Кислотные дожди усиливают коррозию и разрушение строительных материалов и т.д. Проблему кислотных дождей нельзя решить на национальном уровне. Так, Норвегия имеет самые низкие в Европе выбросы в атмосферу сернистого ангидрида и оксидов азота, а 92% вредных веществ в атмосферу Норвегии “импортировано” из других стран. В Швеции эта цифра составляет 82%, в Финляндии – 74%. По аналогии – авария на Чернобыльской АЭС произошла на Украине, а пострадала в основном Беларусь.

7.3. Характеристики основных очистных

сооружений и их экономическая эффективность

Интенсивное применение различных видов топлива для технических и бытовых целей приводит к увеличению токсичных выбросов в окружающую среду и обуславливает проблему борьбы с ними. Эта проблема в сочетании с не менее важной проблемой уменьшения расхода топлива при эксплуатационных режимах выдвигает решение следующих задач.

1) очистка дымовых газов от загрязняющих веществ, которые выделяются при сгорании топлива;

2) нейтрализации отработанных газов;

3) изменения конструкций и создания более эффективных теплоэнергетических установок;

4) разработки новых эффективных устройств и аппаратов для очистки и переработки отходов теплосиловых установок;

5) применения новых видов топлива (водорода, ядерного, спиртов, топливно-водяных эмульсий и других смесевых топлив);

6) использования возобновляемых источников энергии - солнечной, теплоты земных недр, биогаза, ветра;

7) утилизации материальных отходов и внедрения безотходных технологий на промышленных предприятиях;

8) рационального и эффективного использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР);

9) рационального размещения промышленных и других предприятий.

В связи с интенсивным применением различных видов теплоэнергетических установок и ростом общего промышленного производства во всех развитых странах мира растут затраты на охрану окружающей среды, которые достигают 1.5…2% национального дохода.

В настоящее время имеется ряд достаточно эффективных способов уменьшения вредного воздействия выбросов на биосферу, которые основаны на использовании органических видов топлива. К ним относится очистка и нейтрализация отработанных газов.

Распространено загрязнение атмосферы аэрозолями, состоящими из мелкодисперсных частиц золы, продуктов неполного сгорания топлива, жидкостей. Содержание примесей в плотных дымах составляет более 3 г/м³, однако, согласно санитарным нормам многих стран, необходимо снизить их концентрацию до 0.1 г/м³ и менее.

Обычно для очистки газов от твердых примесей их пропускают через специальную камеру, где под действием гравитационных, инерционных, центробежных или электростатических сил частицы удаляются из газового потока. Очень мелкие частицы (0.5 мкм и менее) могут удаляться из газового потока посредством термодиффузии. Несмотря на некоторые различия в разных методах улавливания частиц из газового потока, все они характеризуются общим принципом - приданием за время прохождения газа через камеру различных скоростей движения частиц относительно газового потока под действием одной из указанных выше сил.

На рис.7.3 представлена классификация основных очистительных устройств применяемых для уменьшения выброса вредных веществ в атмосферу или нейтрализации токсичности этих выбросов.

К современным аппаратам очистки газов от аэрозольных частиц можно отнести следующие:

Ø сухие обеспыливающие устройства;

Ø мокрые, или гидравлические, пылеуловители;

Ø пористые фильтры;

Ø электрофильтры.

Рис7.3 Классификация устройств очистки газов от аэрозолей

и твердых частиц

К сухим обеспыливающим устройствам относятся осадительные камеры, инерционные пылеуловители и циклоны, в которых удаление частиц примесей из газового потока происходит механическим путем, под действием сил гравитации, инерции либо центробежных.

Осадительные камеры (рис.7.4) применяются для улавливания грубодисперсных частиц размерами 50…500 мкм и выше. Эффективность очистки гравитационными осадителями, простейшие из которых представляют собой расширение в газопроводе, зависит от времени пребывания газов в камере (скорости потока и расстояния, проходимого частицами в поле действия гравитационных сил).

Для повышения эффективности газоочистительных устройств простая осадительная камера может быть оснащена горизонтальными пластинами, с помощью которых уменьшается высота осаждения частиц. Такие камеры имеют небольшое аэродинамическое сопротивление, малую стоимость, но громоздки, и их трудно очищать. Осадительные камеры обычно являются первой ступенью очистки газов от грубодисперсной пыли. Для дальнейшей очистки газ направляется в пылеулавливающие установки более высокой эффективности.

В инерционных пылеуловителях резко изменяется направление движения потока: частицы пыли, двигаясь по инерции и ударяясь о поверхность, выпадают в осадок, а затем через разгрузочные устройства выводятся из аппарата. Такие устройства весьма просты, но применяются только для улавливания крупных (более 50 мкм) фракций пыли. Частицы размером до 50 мкм могут задерживаться в более сложных, жалюзийных, фильтрах, к недостаткам которых следует отнести их повышенный абразивный износ и трудность очистки.

Рис.7.5. Прямоточный циклон ЦКТИ.

Для сухой очистки газов широко используются также циклоны различных типов, в которых частицы пыли перемещаются вместе с вращающимися газовыми потоками и под действием центробежных сил оседают на стенках циклонов, образуя пылевой слой, который затем удаляется в бункер. Применяются два основных типа циклонов: прямоточные и противоточные. В циклонах первого типа вращение газа осуществляется с помощью лопастного статора, при этом внешние силы газового потока обогащаются твердыми пылевыми частицами, которые одновременно частично агломерируются (рис. 7.5). Степень эффективности очистки газов в циклонах зависит от режима работы и существенно уменьшается при снижении расхода газа. Поэтому применение циклонов нецелесообразно в установках с переменным режимом работы. КПД циклонов зависит от концентрации пыли и размеров частиц. Эффективность очистки газов в них при размере частиц 30…40 мкм составляет около 98%, при 10 мкм - 80%, при 4…5 мкм - 60%. Поэтому циклоны широко применяются лишь для улавливания частиц размерами 10 мкм и более, и преимуществами их являются простота конструкции, а также сравнительно небольшие габариты. Они могут быть выполнены из различных материалов, устойчивых к действию высоких температур, коррозии, износу. К недостаткам этих аппаратов следует отнести большие затраты энергии (до 40%) на создание вращения потока. К аппаратам центробежного действия относятся также ротационные и вихревые пылеуловители. В отличие от рассмотренных выше устройств ротационные очистители обладают большей компактностью, так как вентилятор и пылеуловитель совмещены в одной конструкции. Они часто применяются для очистки газов от относительно крупных фракций пыли (более 5…8 мкм).

Рис.7.6. Вихревой пылеуловитель лопаточного типа: 1-завихритель; 2-завихритель; 3- шайба; 4-патрубок; 5 - камера; 6 - отводящий патрубок.

Как правило, применяются вихревые пылеуловители двух типов: соплового и лопаточного. Принцип действия последнего показан на рис.7.6. Отличительные особенности вихревых пылеуловителей - высокая эффективность очистки газов в них от тонких фракций размером менее 3…5 мкм, а также слабая зависимость эффективности от расхода запыленного газа. Процесс очистки в них зависит в основном от параметров вторичного потока газа, и при их постоянстве остается неизменной окружная скорость запыленного газа, что обеспечивает действие на частицы центробежной силы, определяющей эффективность очистки. Пропускная способность установок 20…315000 м³/ч. Для улавливания частиц размерами 25…35 мкм и более могут быть использованы и радиальные пылеуловители (рис.7.7.). В них частицы пыли отделяются от газового потока в результате совместного действия гравитационных и инерционных сил.

Рис.7.7. Радиальный пылеуловитель 1-входной патрубок; 2- корпус.

К аппаратам мокрого пылеулавливания относятся противоточные оросительные (промывные) башни, различные скрубберы, трубы Вентури, барботажно-пенные пылеуловители. Улавливание частиц в них осуществляется в результате использования сил инерции и броуновского движения. В основу работы этих устройств положен принцип осаждения частиц пыли на поверхности капель или на пленке жидкости (воды). К недостаткам такого рода устройств относятся: зависимость эффективности работы от смачиваемости пыли, сложность очистки образующегося в процессе работы шлама, опасность щелочной или кислотной коррозии при очистке некоторых газов, ухудшений условий рассеивания увлажненных газов через дымовые трубы, вынос влаги и образование отложений в отводящих газоотходах при охлаждении газов ниже точки росы, необходимость создания систем оборотного водоснабжения, повышенный расход энергии.

Для очистки газовых выбросов широко используются и различные фильтры с пористыми материалами. Качество очистки газов в них зависит от плотности и толщины применяемых материалов.

Классификация фильтров производится по типу фильтрующей перегородки, тонкости очистки, конструкции. Они делятся на фильтры:

Ø с зернистыми слоями (неподвижные, свободно насыпанные и кипящие слои);

Ø с гибкими пористыми перегородками (ткань, войлок, губчатая резина, пенополиуретан, перхлорвиниловые и другие синтетические волокна);

Ø с полужесткими пористыми перегородками (вязаные сетки, прессованные спирали, стружка и др.);

Ø с жесткими пористыми перегородками (пористые керамика и металлы и др.).

Фильтры обеспечивают высокую эффективность очистки газов как от крупнодисперсных, так и от мелкодисперсных частиц. Вместе с тем они создают повышенное гидравлическое сопротивление в газоходах, что вызывает необходимость дополнительных затрат энергии на перемещение газов.

Одним из наиболее совершенных способов очистки газовых потоков от частиц пыли и аэрозолей является очистка в электрофильтрах. Этот процесс основан на ударной ионизации газа в зоне коронирующего разряда, передаче заряда ионов частицами примесей и осаждении их на осадительных и коронирующих электродах. Электрофильтры работают эффективно и экономично при больших объемах выбросов и высоких температурах. Затраты на содержание и обслуживание электрофильтров составляют около 3% общих эксплуатационных расходов. Электрические уловители могут использоваться и для очистки выбросов от аэрозолей минеральных масел, пластификаторов и т.п.

Для повышения эффективности работы циклонов или фильтров используются ультразвуковые устройства. Ультразвук вызывает коагуляцию и укрупнение частиц пыли. Хороший эффект ультразвуковые пылеуловители дают только при высокой концентрации пыли или аэрозоля в очищаемом газе.

Важная проблема охраны природы - изыскание и применение эффективных методов и средств очистки газовых выбросов от газо- и парообразных вредных примесей, а также их утилизация. Как уже указывалось, в связи с быстрым развитием промышленности, теплоэнергетики и транспорта в атмосферу выбрасывается большое количество таких газообразных веществ, как диоксид углерода, диоксид и триоксид серы, сероводород и другие сернистые газы, оксиды азота, ряд кислот и др. В большинстве случаев эти выбросы наносят большой ущерб растительности, животному миру и человеку, а также многим предприятиям, объектам коммунального хозяйства и транспорту.

До высокой степени совершенства доведены золоулавливающие установки. Необходимость очистки газов от золы связана помимо защиты атмосферы также с предотвращением абразивного износа дымососа.

Но всегда ли правильно эксплуатируется действующие очистные устройства? Далеко нет. Только в Минске в сутки сбрасывается в канализацию 1300 кг нефтепродуктов, 500 кг хрома, 400 кг железа. Естественно, эти и другие отходы затрудняют работу городских очистных сооружений. Поэтому повышение уровня очистки воды непосредственно на предприятиях имеет большое значение.

Как известно, по санитарным нормам на одного городского жителя в сутки подается до 200-350 л питьевой воды. В Минске утечки через неисправные краны, сливные бачки достигают 10% от объема водопроводной воды, что примерно равно трем объемам таких водохранилищ, как Криницы и Дрозды. Все мы должны не на словах, а в повседневной жизни беречь каждый водоем, каждую речушку, чтобы чистые, прозрачные реки и озера украшали нашу республику.

Экономическая эффективность Э - обезвреживания ВЭР при их использовании определяется как разность между общим ущербом Э_у, который наносится биосфере загрязнением, и приведенными затратами на годовой объем мероприятий по доведению ПДВ до норм ПДК Э_о плюс эффект от утилизации ВЭР ЦА (Ц - оптовая цена реализуемых ВЭР, А - годовой объем продукции ВЭР), т.е.

Общий ущерб, который наносится биосфере загрязнением, определяется из выражения:

,

где Э_уj - ущерб от загрязнения биосферы i-м соединением (i=1,2,3…) от j-го источника (j=1,2,3…), р/год.

Э_о- произведение приведенных затрат и годового объема обезвреживания ВЭР.

Если Э_о>Э_у+ЦА, то выбранный вариант использования ВЭР не экономичен, и, следовательно, необходим новый вариант применения ВЭР или системы их обезвреживания. Например, если после установки систем дожигания и утилизации содержание оксида углерода в выбросах снизилось с 5 до 0.1%, то экономический эффект при расходе газа 1000 м³/ч составит сумму порядка 60 тыс.р/год. Дожигание СО позволит утилизировать теплоту сгорания, увеличить значение стоимости сэкономленного топлива.

Тема 8. Энергосбережение в зданиях

и сооружениях.

8.1. Тепловые потери в в деталях строений. Эффективная теплоизоляция зданий и сооружений.

Частные домовладельцы в западных странах используют почти 30% всей получаемой энергии, что составляет почти столько же, сколько и промышленность, и больше, чем весь, вместе взятый, транспорт. Большая часть расходуемой энергии (80%) идет на отопление помещений (рис.8.1)

Рис.8.1 Диаграмма потребления энергии в частном домовладении

В Беларуси в настоящее время строится огромное количество коттеджей, и мало кто из хозяев обращает внимание на такие "мелочи", как теплоизоляция и энергосбережение, хотя затраты на отопление 1м² в Беларуси относятся как 1:2,5 к соответствующим показателям западных стран.

Необходимая для осуществления жизненных функций энергия, а точнее, ее получение и использование, связано с нагрузкой на окружающую среду: добыча угля, нефти, газа, ядерного топлива, эмиссия продуктов сгорания, тепловое загрязнение окружающей среды.

Жилища, которые теперь разрабатываются или модернизируются, определяют и новые пределы потребления энергии и теплового давления на окружающую среду, а так же цены на энергию в будущем.

Энергосберегающие мероприятия так же являются средством сокращения общего энергопотребления. Несмотря на снижение мировых цен на нефть в 80-е годы, мы должны хорошо осознавать глобальную тенденцию повышения цен на энергию, что особенно актуально для Беларуси. Возможным является резкий скачок мировых цен, как это показал кувейтский кризис.

Как сознательный хозяин своего дома, каждый человек должен самостоятельно принимать решения при строительстве своего жилья в вопросах будущего энергопотребления, а не оставлять этой проблемы специалистам. Этим вы делаете вклад в свое счастливое будущее.

Дата добавления: 2015-06-27