3334
.pdfЭкспериментальные исследования проводились в условиях, близких к реальным для малых котлов, работающих на естественной тяге, в два этапа: без излучателей и с излучателями в виде стальных пластин толщиной 3 мм. Изменение относительного поперечного шага в конвективных пучках труб ( 1 =1,47; 1,765; 2,0;
2,23) позволило интенсифицировать теплообмен в них на 8…21 % без увеличения их аэродинамического сопротивления. Степень черноты промежуточных излучателей ( = 0,8; 0,85; 0,87; 0,9) менялась за счёт использования покрытий на основе алюмохромофосфатного связующего с добавлением карбида кремния и шамота в разных пропорциях. Результаты исследований обобщены зависимостью
ФТ |
|
|
|
1 |
|
|
, |
(2) |
|
|
|
|
|
||||
|
|
0, 29 Re0,64 |
|
|
||||
1 |
|
F 1 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
0,25 |
0,64 |
FПИ |
|
|
|
||
|
|
Bu |
|
(1 0, 06 Re F |
|
ПР |
|
|
F |
|
которая достоверно аппроксимирует опытные данные и позволяет использовать её для газоходов с различным соотношением охлаждаемых и неохлаждаемых поверхностей. Влияние промежуточного излучателя на интенсификацию теплообмена в конвективном газоходе будет тем значительнее, чем выше коэффициент конвективной теплоотдачи к его поверхности, больше степень его черноты и чем меньше коэффициент поглощения газовой среды.
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 1. Страхова, Н.А. Концепция энергоресурсосберегающей дея-
тельности в промышленности / Н.А. Страхова, Н.Ю. Горлова // Инженерный вестник Дона. – 2011. – № 1. – С. 298–309.
171
2.Широков, В.А. Влияние выбора способа генерирования энергии на состояние воздушного бассейна / В.А. Широков, Е.Е. Новгородский, Н.Ю. Горлова // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. – 2010.– № 1. – C. 21.
3.Басок, Б.И. Численное моделирование процессов аэродинамики в топке водогрейного котла со вторичным излучателем / Б.И. Басок, В.Г. Демченко, М.П. Мартыненко // Промышленная теплотехника. – 2006. – № 1. – С. 17–22.
4.Гришкова, А.В. Уменьшение выбросов оксидов азота от водогрейных котлов путем внесения в топку промежуточного излучателя с оптимальными параметрами / А.В. Гришкова, Б.М. Красовский, А.Ю. Ракитин // Промышленная энергетика. – 2004. – № 5. – С.
32–33.
5.Петриков, С.А. Прогрессивные способы интенсификации теплообмена в отопительных котлах / С.А. Петриков, Н.Н. Хованов
//Промышленная энергетика. – 2003. – № 12. –С. 18–22.
6.Сорока, Б.С. Интенсификация высокотемпературного теплообмена путем установки вторичных излучателей в трубах / Б.С. Сорока, П. Шандор, К.Е. Пьяных, А.В Педоренко // Промышленная теплотехника. – 2003. – Т. 25. – № 4. – С. 349–352.
Воронежский государственный технический университет
172
УДК502:514.018
Н.А. Матвеева, студент; А.И. Урывская, студент; Л.Н. Звягина, к.п.н., доцент
ГОРОДСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ
Аннотация: в данной работе приведены результаты анализа стационарных источников загрязнения атмосферного воздуха города Воронежа. Систематизированы данные мониторинговых исследований на территории Воронежа
Ключевые слова: окружающая среда, загрязнение, атмосфера, экология, санитарно–гигиенические нормативы, атмосферный воздух
Атмосферный воздух – важный компонент окружающей среды. Загрязнение атмосферы связано с высоким риском для здоровья населения. В связи с этим одним из основных приоритетов в охране окружающей среды является мониторинг за качеством атмосферного воздуха. Мониторинг атмосферного воздуха на территории городского округа город Воронеж осуществляется лабораторией Воронежского ЦГМС – филиала ФГБУ «Центрально–Черноземное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды» на 5 стационарных постах наблюдения за загрязнением (ПНЗ). Посты расположены как в районах жилой застройки, так и в местах интенсивного движения автотранспорта и в промышленных зонах.
По данным лаборатории Воронежского ЦГМС в атмосферном воздухе над городом максимально–разовые концентрации временами достигали превышений санитарно–гигиенических нормативов по оксиду углерода – в 1,6 ПДК (предельно допустимая концентрация); по пыли – в 3,6 ПДК и диоксиду азота – в 1,45 ПДК.
Загрязнение атмосферы представляет собой изменение состава атмосферы в результате наличия в ней примеси. Загрязняющее вещество – примесь в атмосфере, оказывающая неблагоприятное действие на окружающую среду и здоровье населения.
Предельно допустимый выброс вредных веществ в атмосферу устанавливается для каждого источника загрязнения атмосферы. При этом выбросы вредных веществ от данного источника и от совокупности других источников города с учётом перспективы развития промышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в атмосфере не создают приземистую концентрацию, превышающую
173
их предельно допустимую концентрацию для населения, растительного и животного мира.
Химическое загрязнение атмосферы Воронежа в значительной степени зависит от стационарных источников выбросов. Наиболее крупные предприятия, осуществляющие деятельность на территории городского округа город Воронеж, выбрасывают до 85 % всех вредных веществ, ежегодно поступающих в атмосферу от объектов промышленности и теплоэнергетики.
Значения ПДВ устанавливаются как для строящихся, так и для действующих предприятий при полной нагрузке технологического и газоочистительного оборудования и их нормальной работе.
В отличии от ПДК значения ПДВ веществ не являются постоянными, поскольку они зависят от состояния загрязнения атмосферы вредными выбросами в районе расположения предприятия – фоновой концентрации.
Поэтому нормативы ПДВ устанавливаются на срок до 5 лет и пересматриваются по графику. Установленные нормативы ПДВ могут быть изменены по требованию комитета по экологии и до истечения их срока действия в зависимости от экологической обстановки в регионе, появления новых или уточнения параметров существующих источников выбросов. Значение допустимого выброса с учётом фоновой концентрации должно быть таким, чтобы в результате рассеивания в атмосфере над всей территорией населённых пунктов уровень загрязнения воздушного бассейна региона в любой точке не превышал максимально разовую предельно допустимую концентрацию этого вещества в воздухе населённых мест.
При неблагоприятных метеорологических условиях концентрация примесей в приземном слое атмосферы может достигать опасных для человека и окружающей среды значений. Она определяется расчётным путём.
Практические занятия по курсу «Экология» содержат ряд работ по рассматриваемой теме, что позволяет студентам самостоятельно провести расчёты и оценить степень опасности разных источников загрязнения атмосферы.
Распространение в атмосфере промышленных выбросов подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывает состояние атмосферы, расположение предприятий и источников выбросов, характер местности, физические и химические свойства выбрасываемых веществ,
174
высота источника, диаметр устья выброса. Горизонтальное перемещение примесей определяется в основном скоростью ветра, а вертикальное – распределением температур в вертикальном направлении.
По мере удаления от трубы высотой более 50 м в направлении распространения выбросов условно выделяют следующие зоны загрязнения атмосферы: неорганизованное загрязнение; переброс факела выброса, характеризующийся относительно невысоким содержанием вредных веществ в приземном слое атмосферы; задымление с максимальным содержанием загрязняющих веществ; постепенное снижение уровня загрязнения. Зона задымления является наиболее опасной для населения, проживающего вблизи источника выброса.
В настоящее время суммарные выбросы в атмосферу за год составляют в среднем около 360–400 тысяч тонн.
Это твёрдые вещества, оксиды углерода, сернистый ангидрид, оксиды азота, органические соединения. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы вносят: Воронежская ТЭЦ–1, ОАО «Амтел– Черноземье», ОАО «Воронежсинтезкаучук», ОАО «ВАСО», ОАО «Рудгормаш», ОАО «Тяжмехпресс», ОАО «Станкостроительный завод», ОАО «Минудобрения» в г. Россошь, ОАО «Семилукский огнеупорный завод», ОАО «Павловскгранит», ОАО «Подгоренский цементник» и др.
Однако намного больший вред атмосфере наносит автотранспорт, объёмы выбросов которого достигают 280–370 тысяч тонн в год.
Мониторинг состояния атмосферного воздуха проводится Воронежским ЦГМС – филиалом ФГБУ «Центрально–Черноземное УГМС» на 5 стационарных постах наблюдения за загрязнением
(ПНЗ).
За последние 3 года отмечается тенденция роста загрязнения атмосферного воздуха пылью, диоксидом азота и формальдегидом, а также некоторого снижения – оксида углерода. Содержание в атмосферном воздухе диоксида серы, фенола, аммиака, сажи, оксида азота и тяжёлых металлов остаётся на прежнем уровне и не превышает предельно–допустимых норм.
На основании информационной справки Росгидромета за май 2017 года погодные условия определялись чередованием циклонической и антициклонической деятельности. Экологическая обстановка была неблагоприятной. Этому способствовало преобладание ветра восточного и юго–восточного направления со средней скоро-
175
стью в приземном слое менее 5 м/с и большое количество дней с приземной инверсией.
Состояние загрязнения атмосферного воздуха отдельными примесями в мае 2017 г. характеризовалось следующими данными:
–пыль. Содержание пыли в атмосферном воздухе города в мае по сравнению с апрелем повысилось. Приземная среднемесячная концентрация пыли составила 0,57 мг/м3 (3,8 ПДК средне– суточной). Максимальная из разовых концентраций 2,2 мг/м3 (4,4 ПДК максимально–разовой) наблюдалась на ПНЗ №7 2 мая в 13 часов при ЮЮВ направлении ветра и на ПНЗ №8 8 мая в 19 часов при ЮЮВ направлении ветра;
–диоксид азота. Содержание диоксида азота в атмосферном воздухе незначительно повысилось. Приземная среднемесячная концентрация диоксида азота составила 0,089 мг/м3 (2,2 ПДК среднесуточной). Максимальная из разовых концентраций составила 0,249 мг/м3 (1,2 ПДК максимально–разовой) и наблюдалась на ПНЗ №7 31 мая в 19 часов при З направлении ветра;
–оксид углерода. Содержание оксида углерода осталось на уровне предыдущего месяца. Максимальная из разовых концентраций данной примеси составила 7,8 мг/м3 (1,6 ПДК максимально– разовой) и наблюдалась на ПНЗ № 7 19 мая в 7 часов при штиле.
Загрязнение атмосферного воздуха диоксидом серы, аммиаком, сажей, оксидом азота, фенолом и формальдегидом в мае не превышало допустимых норм.
Таким образом, загрязнение атмосферного воздуха в городе в мае по сравнению с апрелем повысилось по содержанию пыли и диоксида азота, а по содержанию оксида углерода осталось на прежнем уровне.
Содержание в воздухе суммации этих двух веществ в мае превысило допустимые нормы в 8 случаях. По проведённым исследованиям зафиксировано наибольшее загрязнение атмосферы частицами пыли, формальдегида, диоксида азота на юго–востоке Воронежа, где сконцентрированы ТЭЦ–1, ООО «Воронежский завод по производству шин», ОАО «Воронежсинтезкаучук», а также в местах прохождения магистрали с интенсивным движением автотранспорта.
Химическое загрязнение атмосферы Воронежа в значительной степени зависит от стационарных источников выбросов. Наиболее крупные предприятия, осуществляющие деятельность на территории городского округа, выбрасывают до 85 % всех вредных веществ,
176
ежегодно поступающих в атмосферу от объектов теплоэнергетики и промышленности. Они сосредоточены в промузлах Левобережного, Коминтерновского и Советского районов. Исторически сложившиеся в Воронеже промышленные зоны характеризуются высокой плотностью этих предприятий и примыканием к ним жилых зон.
Наибольший вклад в загрязнение атмосферного воздуха вносят предприятия теплоэнергетики, химической промышленности, транспортного и специального машиностроения.
Предприятия нефтехимической и машиностроительной отраслей промышленности (ОАО «Воронежсинтезкаучук», ЗАО «Воронежский шинный завод», ОАО «ВАСО», ЗАО «Воронежстальмост», ОАО «ТМП», «Воронежский механический завод – филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В.Хруничева» и др.), а также производства стройматериалов (ОАО ПКФ «Воронежский керамический завод», ЗАО «ВКСМ», и др.), являются основными вкладчиками в химическое загрязнение атмосферного воздуха специфическими загрязняющими веществами. В выбросах указанных предприятий содержатся железа оксид, марганец и его соединения, оксид меди, метан, бутадиен, бензол, ксилол, толуол, стирол, фенол, формальдегид, пыль кремния и другие вредные вещества.
Таблица Распределение валового выброса по отраслям промышленности
|
|
Валовый вы- |
Валовый вы- |
№ |
Отрасль промышленности |
брос в 2015 г. |
брос в 2016 г. |
|
|
тыс. тонн |
тыс. тонн |
1 |
Производство и распределение |
4,607 |
5,153 |
|
электроэнергии, газа и воды |
||
|
|
|
|
2 |
Химическое производство |
0,842 |
0,849 |
3 |
Производство неметалличе- |
|
|
|
ских, минеральных, прочих |
1,187 |
0,849 |
|
продуктов |
|
|
|
|
Валовый вы- |
Валовый вы- |
№ |
Отрасль промышленности |
брос в 2015 г. |
брос в 2016 г. |
|
|
тыс. тонн |
тыс. тонн |
4 |
Производство машин, обору- |
|
|
|
дования, готовых металличе- |
0,39 |
0,476 |
|
ских изделий, металлургиче- |
||
|
|
|
|
|
ское производство |
|
|
5 |
Транспорт и связь |
0,378 |
0,31 |
|
|
||
|
|
|
|
177
|
|
|
Окончание талб. |
6 |
Прочие виды экономической |
3,572 |
3,609 |
|
деятельности |
||
|
|
|
|
7 |
Всего |
10,976 |
11,273 |
Наибольший вклад от стационарных источников в выброс в атмосферу оксидов азота вносит теплоэлектроэнергетическая отрасль промышленности: производственные подразделения ТЭЦ–1, ТЭЦ–2 филиала ОАО «Квадра» – «Воронежская региональная генерация»; котельные ООО «Воронежская теплосетевая компания». Выбросы от стационарных источников в производстве электроэнергии и теплоносителей увеличиваются в более холодные зимы, а также за счёт ввода новых производств. С учётом указанного общий валовый выброс загрязняющих веществ в атмосферу в 2016 году по сравнению с предыдущим годом увеличился на 0,297 тыс. тонн.
Литература
1.Лозовая, В.Ю. Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Экология» для студентов всех специальностей очной формы обучения. Ч. 2 / В.Ю. Лозовая, Л.Б. Сафонова, Л.Н. Звягина. Воронеж. – ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет». – 2009. – 34 с.
2.Департамент природных ресурсов и экологии воронежской области. – Электрон. дан. – Режим доступа: http://dprvrn.ru/ index.php/work/education/item/192930062016newsecop001.
3.ГОСТ 17.2.2.03–87 Охрана природы (ССОП). Атмосфера. Нормы и методы измерений содержания окиси углерода и углеводородов в отработавших газах автомобилей с бензиновыми двигателями. Требования безопасности.
Воронежский государственный технический университет
178
УДК 621.1.016.4
В.В. Чмыхова, студент; Д.А. Коновалов, к.т.н.
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПОРИСТОГО РЕКУПЕРАТИВНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА
С ОХЛАЖДЕНИЕМ «НЕРАБОЧЕЙ» ПОВЕРХНОСТИ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕМ
Аннотация: в настоящей работе рассмотрены две конструкционные схемы пористого теплообменного аппарата. Осуществлено синтезирование математической модели в виде системы дифференциальных уравнений. Интегральным преобразованием Лапласа и применением второй теоремы Ващен- ко–Захарченко получено решение системы уравнений математической модели. С использованием математической модели в трёхмерной постановке произведён анализ эффективности интенсификации пористого теплообменного элемента с охлаждением «нерабочей» поверхности
Ключевые слова: тепловой поток, рекуперативный теплообменник, эффективность, теплообменный процесс
Во многих отраслях техники, в том числе авиационной, ракет- но–космической, лазерной, важной проблемой является создание компактных высокоэффективных теплообменных аппаратов различного назначения. Нагрев или охлаждение компактных поверхностей может быть реализовано при интенсификации процессов теплообмена. Одним из таких перспективных способов интенсификации является использование в теплообменных устройствах пористых материалов [1].
Как правило, при моделировании теплообмена в пористых теплообменниках предполагается теплоизолированность корпуса, однако теплообмен между корпусом и окружающей средой присутствует. В последнее время предлагается идея подачи теплоносителя через внешнюю поверхность корпуса пористого рекуперативного теплообменника, что увеличивает градиент температуры при охлаждении компактных поверхностей и ведёт к интенсификации процесса теплообмена [2].
Применяемые на практике рекуперативные пористые теплообменники подсоединяются по схеме, представленной на рис. 1.а. В этом случае предполагается, что тепловой поток с корпуса теплообменника равен нулю [3]. Для интенсификации указанной схемы организуем подачу теплоносителя на корпус с той же температурой, с которой он подаётся в теплообменник (рис. 1.б).
179
Рис. 1. Схемы подсоединения пористого теплообменника
Схеме, представленной на рис. 1.а соответствует постановка задачи для локального поля температур в условиях теплового равновесия между температурами пористого скелета и теплоносителя:
|
Tf |
( X ,Y , Z ) |
|
1 |
|
2Tf ( X ,Y , Z ) |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
||
|
|
|
X |
Pr Re |
Y |
2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
T |
f |
(0,Y , Z ) 0; |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(1) |
|
|
Tf |
( X ,0, Z ) |
1; |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Y |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Tf |
( X ,1, Z ) |
0. |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Y |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Т f – локальная температура теплоносителя.
Применим к системе дифференциальных уравнений (1) преобразование Лапласа по переменной Х , получим:
|
2T L (s,Y , Z ) |
|
|
|
|
|
||
|
f |
|
Pr Re s T L (s,Y , Z ) 0; |
|||||
Y 2 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
f |
|
||
|
TfL (s,0, Z ) |
|
|
|
|
TfL (s,1, Z ) |
|
|
|
|
1 |
; |
0. |
||||
|
|
|
|
|||||
Y |
s |
Y |
||||||
|
|
|
|
|
где s, Т Lf – изображение X ,Tf .
Общее решение (2) представляет собой:
TfL ( s,Y ,Z ) C1sh( Y Pr Re s ) C2ch( Y Pr Re s ) ,
180
(2)
(3)