МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. С.АМАНЖОЛОВА
ИНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ, ФИЗИКИ И ТЕХНИКИ
Кафедра математического моделирования и компьютерных технологий
Курсовая работа
на темуАвтоматизация технологического процесса
Зав.кафедрой ММиКТ
к.ф.-м.н., доцент Б.С.Каленова
Научный руководитель
старший преподаватель А.Р.Сыздыкпаева
Выполнил студент
Группы 4 "В" С.Г.Косых
Усть-Каменогорск, 2005
Содержание
ВВЕДЕНИЕ
1 Экологизация бессточного режима работы ТЭЦ
1.1 Выбросы ТЭЦ в атмосферу и их роль
1.2 Выбросы ТЭЦ в водоемы и их влияние на гидросферу
1.3 Влияние отходов ТЭЦ на литосферу
1.4 Задачи бессточного режима работы ТЭЦ
2 Программное обеспечение для обоснования оборотной системы ТЭЦ
2.1 Методика расчета эффективности внедрения бессточного режима работы ТЭЦ
2.2 Выбор среды разработки программного обеспечения
2.3 Интерфейс программы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Увеличение производительности труда разработчиков новых изделий, сокращение сроков проектирования, повышение качества разработки проектов – важнейшие проблемы, решение которых определяет уровень научно-технического процесса общества.
Моделирование технологических процессов интересная и сложная задача, решение которой имеет большое практическое значение. Построение модели технологического процесса с возможностью проигрывания и изменением технологических характеристик модели дает мощный инструмент в области исследования технологических процессов, как уже действующих на предприятиях, так и проектируемых, с целью улучшения их экономических показателей.
Создание моделей технологических процессов служит основой для:
- проектирования новых технологических производств;
- выдача задания на проектирования оборудования;
- разработки бизнес-планов, с высокой надежностью полученных в них показателей.
В настоящее время в ведущих странах мира ведутся серьезные исследования в области моделирования технологических процессов. Разрабатываются новые подходы к созданию моделей и возможности получения на их основе качественной информации по экономике технологических процессов.
Автоматизация технологического процессов включает в себя два этапа:
1) моделирование технологического процесса;
2) экономическое обоснование моделирования. Для внедрения разработанных технологических моделей необходимо их экономическое обоснование, т.е. выгодно ли будет предприятию их внедрение и если нет, то как можно их оптимизировать.
Несмотря на трудные экономические условия, данной проблеме уделяют внимание и в г.Усть-Каменогорске. Ведутся исследования, разрабатываются методы и принципы решения данной проблемы.
Целью курсовой работы является создание программного обеспечения, которое позволяло бы подсчитывать экономический эффект от использования "экологически чистого" оборудования.
Задачи курсовой работы:
- рассмотреть влияние ТЭЦ на атмосферу, гидросферу и литосферу;
- определить задачи бессточного режима работы ТЭЦ;
- выбрать среду создания программы;
- изучить методы расчета экономического эффекта.
Актуальность. Итоговый протокол форума в Киото, прошедший в 1997 году зафиксировал обязательства стран сократить к 2010 году загрязнение атмосферы на 8% по сравнению с 1990 годом, а это достигается с помощью внедрения "чистых технологий" во все сферы промышленной деятельности, и в большей мере это касается теплоэнергетики.
1 Экологизация бессточного режима работы ТЭЦ
1.1 Выбросы ТЭЦ в атмосферу и их роль
Энергетическая отрасль — одна из основных отраслей промышленности, от функционирования которой зависит состояние экономики страны. Основная часть электроэнергии Казахстана (около 70%) вырабатывается на тепловых электростанциях за счет сжигания ископаемого органического топлива. Менее 25% произведенной энергии обеспечивается процессами горения жидкого и газообразного топлива. Остальная часть продукции теплоэнергетики Казахстана определяется процессами горения твердого топлива — угля, причем наблюдается тенденция к сокращению потребления мазута и природного газа и возрастанию доли твердого топлива, потребляемого теплоэлектростанциями.
Однако при этом имеет место ухудшение качества энергетических углей. За последние 15 – 20 лет зольность твердого топлива возросла от 26 до 35–38%, влажность — от 8 до 10%, а теплотворная способность снизилась до 17–19 МДж/кг. При общем падении выработки электроэнергии в Казахстане доля ее производства на угольных электростанциях возрастает. Отходы производства электроэнергии на теплоэлектростанциях осложняют и без того непростую экологическую ситуацию в стране. Известно, что общая масса отходов теплоэлектростанции превышает массу использованного топлива за счет кислорода и азота воздуха, участвующих в реакциях горения. Образовавшиеся отходы поступают во все геосферы: атмосферу, гидросферу, размещаются на поверхности литосферы.
Состав отходов, попадающих в атмосферу, зависит от химического состава топлива, режимов горения и принятой системы очистки пылегазовоздушной смеси. Углеродная составляющая топлива переходит в диоксид углерода (продукт полного сгорания топлива) в случае кинетического режима горения и в токсичный оксид углерода (продукт неполного сгорания топлива) при реализации диффузионного режима горения. Рекомбинация продуктов термолиза молекул органического топлива приводит к образованию канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), в частности, бензапирена. При этом выход последнего коррелирует с плотностью используемого топлива.
Азот, входящий в состав угля, частично окисляется и образует "топливный" оксид азота (до содержания азота в топливе менее 0,01%), остальная часть азота топлива переходит в состав хинолинов, пиридинов, нитридов, аммиака и молекулярного азота, определяемых в составе дымовых газов. Продукты термолиза органических молекул топлива реагируют с азотом воздуха, а затем с кислородсодержащими молекулами и радикалами, присутствующими в зоне горения, и образуют молекулы "быстрого" оксида азота. Основная масса оксида азота, носящего название "термического", образуется из кислорода и азота воздуха при прохождении цепной реакции, инициируемой термолизом молекул N2
и O2
. Топливные, быстрые и термические оксиды азота доокисляются до диоксида либо молекулами воды в зоне горения, либо озоном воздуха в дымовом потоке, что резко увеличивает токсичность выброса.
Органическая сера топлива образует при горении топлива диоксид серы. Термолиз сульфатов, входящих в балласт топлива, приводит к образованию триоксида серы.
Кроме газообразных продуктов горения в дымовых газах присутствуют недожженные частицы топлива, а также частицы минеральной части топлива — балласта, имеющие размеры менее 100 мкм и образующие золу-унос. Присутствующие в дымовых газах кислотные оксиды (диоксиды азота и серы, триоксид серы), растворяясь в атмосферной влаге, образуют смесь азотной, азотистой, серной и сернистой кислот. Состав золы-уноса определяется составом полезного ископаемого угольного месторождения и, кроме недожженного топлива, содержит оксиды металлов и кремния.
В таблице 1 приведены данные по выбросам с дымовыми газами вредных веществ ТЭС мощностью 2400 МВт при высоте трубы 180 метров. Концентрация выбросов существенно зависит от расстояния между точкой замера и электростанцией. Концентрации выбросов ниже предельно допустимых значений достигаются на расстоянии более 15 км.
Таблица 1 Суточные концентрации выбросов в атмосферу ТЭС, мг/м3
| Расстояние от трубы | Сернистый газ | Сероводород | Окислы азота | Окись углерода | Зола |
| 1 км | 6,02 | 0,002 | 1,95 | 7,2 | 1,2 |
| 3 км | 1,47 | 0,008 | 1,30 | 16,0 | 3,4 |
| 5 км | 1,22 | 0,008 | 0,05 | 13,3 | 1,2 |
| 7 км | 1,12 | 0,03 | 1,3 | 13,0 | 2,4 |
| 15 км | 0,22 | 0,002 | 0,03 | 4,0 | 0,27 |
| Предельно допустимая концентрация | 0,5 | 0,008 | 0,085 | 3,0 | 0,5 |
Содержание этих вредных компонентов в атмосфере в районе ТЭС часто превышает естественное содержание этих элементов, вызывающих заболевания человека.
Оксиды азота могут отрицательно влиять на здоровье сами по себе и в комбинации с другими загрязняющими веществами. Пиковые концентрации действуют сильней, чем интегрированная доза. Кратковременное воздействие 3000-9400 мкг/м3
диоксида азота вызывает изменения в легких. Помимо повышенной восприимчивости к респираторным инфекциям, воздействие диоксида азота может привести к бронхостенозу (сужение просвета бронхов) у чувствительных людей. Исследования показали, что для болеющих астмой повышается риск отрицательных легочных эффектов при содержании диоксида азота, значительно меньшем, чем тот, на который не наблюдается реакции у здоровых людей.
Высокие концентрации диоксида серы вызывают серьезное повреждение растительности. Острое повреждение, вызванное диоксидом серы, отражается в появлении белесых пятен на широколистных растениях или обесцвеченных некротических полос на листьях с продольным жилкованием. Хронический эффект проявляется как обесцвечивание хлорофилла, приводящее к пожелтению листьев, появлению красной или бурой окраски, которая в нормальных условиях маскируется зеленой. Независимо от формы проявления, результатом является снижение продуктивности и замедление роста.
Оксид углерода снижает способность крови переносить кислород к тканям. СО связывается с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин. Существуют данные, что содержание карбоксигемоглобина 1-2% влияет на поведение и может усугублять симптомы сердечно-сосудистых заболеваний (чтобы снабжение тканей кислородом оставалось на прежнем уровне, необходимо усиленное кровоснабжение). Содержание 2-5% приводит к нарушению психомоторных функций, а более 5% – нарушению сердечной деятельности и дыхания. Содержание карбоксигемоглобина более 10% приводит к головной боли, утомляемости, сонливости, снижению работоспособности, коме, остановке дыхания и смерти.
Полиядерные ароматические углеводороды — большая группа органических соединений, содержащих два бензольных кольца или более. Они относительно мало растворяются в воде, но хорошо – в жирах. Существует несколько сотен ПАУ, наиболее известен бензапирен.
Бензапирен является местным канцерогеном. Исследования в основном отмечают развитие рака легких в результате поступления ПАУ с воздухом; меньше сообщений о канцерогенности ПАУ, поступивших с пищей, хотя абсолютное количество может быть намного большим, чем в случае поступления с воздухом.
Загрязнение атмосферы оказывает неблагоприятное воздействие не только на человека, но и на флору, фауну, на различного рода сооружения.
С 1880 г содержание диоксида углерода в атмосфере увеличилось с 0.02% до 0.033%. Ученые считают, что содержание С02
в атмосфере будет удваиваться каждые 23 года.
Повышение концентрации СО2
в атмосфере может, по мнению многих ученых, вызвать глобальные изменения климата Земли в связи с так называемым парниковым эффектом.
Сущность этого эффекта состоит в том, что слой воздуха, обогащенного СО2
, хорошо пропускает солнечную радиацию, но задерживает длинноволновое тепловое излучение Земли. Отраженный земной поверхностью солнечный свет в инфракрасной области поглощается в тропосфере и нижних слоях стратосферы, приводя к повышению их температуры.
Прошедший в 1997 г. Всемирный экологический форум в Киото констатировал, что через двадцать лет на Земле станет теплее на 3 градуса. Ночи будут теплее, летом станет больше жарких дней, а зимой – холодных. Проливные дожди будет сменять продолжительная засуха. Самый стремительный рост средней температуры на Земле за последние 50 лет наблюдается в районе Антарктиды. Здесь потеплело на 2.5 градуса, что вызвало обрушение ледников площадью в несколько тысяч квадратных километров и повышение уровня Мирового океана. Уровень воды в морях и океанах за последнее время поднялся на 10-15 сантиметров. Итоговый протокол форума в Киото зафиксировал обязательства стран Европейского союза сократить к 2010 году загрязнение атмосферы на 8% по сравнению с 1990 годом.
От перераспределения и содержания озона, количество которого в атмосфере невелико (2*10-6
% по объему) зависит не только метеообстановка, но и жизнедеятельность всей биосферы. Озон не пропускает на Землю опасное ультрафиолетовое излучение с длиной волны меньше 0.2 мкм. Вместе с тем, озон не пропускает около 20% земного излучения - это препятствует охлаждению планеты.
В 1985 г была принята Венская конвенция по охране озонового слоя, в 1987 г. - Монреальский протокол к конвенции по веществам, разрушающим озоновый слой. Предусмотрено поэтапное сокращение производства и потребления хлорфторуглеродов.
Промышленные предприятия, городской транспорт и теплогенерирующие установки являются причиной смога — колоссального загрязнения воздушной среды над городами. Способствуют смогу и неблагоприятные погодные условия - отсутствие ветра, температурная инверсия.
При обычных условиях температура воздуха над воздушным бассейном населенного пункта значительно ниже той температуры, которую имеет воздух в околоземном пространстве, поэтому даже при отсутствии ветра происходит вентилирование воздушного бассейна имеющий меньшую массу теплый загрязненный воздух поднимается вверх, а чистый воздух, большей массы, поступает вниз. В некоторых местах Земли (Лондон, Лос-Анджелес, Кемерово, Нижний Тагил и т.д.) часто возникает температурная инверсия, когда воздух над воздушным бассейном имеет более высокую температуру, чем в приземном слое, и, следовательно, меньшую массу. Поэтому чистый воздух не может опуститься вниз и вентилировать воздушный бассейн. Ситуация еще более усугубляется отсутствием ветра - все вредные вещества, поступающие в воздушный бассейн, остаются над городом.
В 1952 году смог в Лондоне за 5 дней погубил 5000 человек, а 10000 получили тяжелые заболевания.
Различают два типа смогов:
1. восстановительный (дым, сажа, S02
). Максимальные уровни загрязнения наблюдаются утром при t = 00
С. Раздражает дыхательные пути;
2. фотохимический. Образуется при взаимодействии окислов азота с углеводородами выхлопных газов.
Деятельность ТЭС связана с выдачей большого количества твердых отходов: золы и шлака. Золоотвалы тепловых электростанций оказывают многофакторное воздействие на окружающую природную среду.
Воздушный бассейн загрязняется вследствие поступления с отвалов мелкозернистых частиц отходов и различных многообразных веществ, то есть некоторые отвалы представляют собой своего рода "биологические реакторы".
Опасным источником загрязнения воздуха является пыление при сильном ветре с подсушенной поверхности отвалов. Пыльные бури, распространяются в ряде случаев на сотни километров. Например, космонавты, пролетая над территорией Казахстана, по мощному шлейфу пыли стразу же узнавали золоотвал Экибастузкой ГРЭС - 1.
Было подсчитано, что с одного га подсушенной поверхности отвала при скорости ветра 5-6 метров уносится 2-5 тонн мелкозернистых отходов. По данным В.Н.Яковлева за пределы отвала на окружающую территорию в год с одного га поступает до 1000 тонн отходов или в целом со всех отвалов страны более 100 млн. тонн, а эта цифра совпадает с суммой выбросов в атмосферу из дымовых труб промышленных предприятий.
По разному воздействует на окружающую среду удаление шлака и золы. Распространение перечисленных выбросов в атмосферу зависит от рельефа местности, скорости ветра, перегрева их по отношению к температуре окружающей среды, высоты облачности, фазового состояния осадков и их интенсивности. Взаимодействие выбросов с туманом приводит к образованию устойчивого сильно загрязненного мелкодисперсного облака - смога, наиболее плотного у поверхности земли. Одним из видов взаимодействия ТЭС на атмосферу является все возрастающее потребление воздуха, необходимого для сжигания топлива.
1.2 Выбросы ТЭЦ в водоемы и их влияние на гидросферу
Воздействие теплоэлектростанций на водные объекты определяется их тепловым загрязнением и сбросом сточных вод.
На каждой электростанции, которая использует воду в качестве средства производства электрической и тепловой энергии, образуется определенное количество сточных вод. Причем объем сточных вод во времени может не только уменьшаться, например, за счет улучшения культуры производства и использования экологически более совершенного оборудования и технологий, но и увеличиваться, например, при введении новых технологических процессов, таких, как десульфуризация и денитрификация дымовых газов.
Сточная вода - это вода, свойства которой изменены в результате бытовых, промышленных, сельскохозяйственных или других процессов.
В этом смысле к сточным водам ТЭС следует отнести:
- сточные воды водоподготовительных установок (ВПУ);
- воды, контактирующие с нефтепродуктами и загрязненные ими;
- продувочные воды замкнутых технологических контуров, в которых происходит процесс накапливания примесей за счет выпаривания или контакта с более минерализованными средами (продувка системы оборотного охлаждения (СОО) конденсаторов турбин, продувка котлов, продувка замкнутых систем гидрозолоудаления (ГЗУ) и газоочистки);
- сбросные воды прямоточных систем ГЗУ;
- отработанные растворы очистки внутренних и наружных поверхностей нагрева теплосилового оборудования, а также отмывочные воды после консервации оборудования;
- ливневые воды с территории ТЭС;
- фильтрационные воды прудов-накопителей.
При подготовке добавочной воды энергетических котлов (ЭК) и подпиточной воды теплосети широко используется известкование с коагуляцией исходной воды и последующее ионообменное обессоливание и умягчение осветленной воды. При этом расходуется большое количество химических реагентов (извести, коагулянта, щелочи, кислоты, хлорида натрия и т.п.), которые после использования удаляются вместе с частью воды, образуя сточные воды. Объемы этих сточных вод и количество, содержащихся в них солей, значительны. Так, на регенерацию ионитных фильтров химобессоливающих установок (ХОУ) электростанциями страны расходуется ежегодно 0.5 - 0.6 млн. тонн серной кислоты и 0.4 - 0.5 млн. тонн едкого натра. При этом в водоисточники со сточными водами ВПУ электростанций сбрасывается примерно 2 млн. тонн солей в год.
Солевые стоки водоподготовительных установок содержат нейтральные соли, кислоты и щелочи, не обладающие специфическими токсичными свойствами. Практикуется сброс этих вод в систему ГЗУ, в пруды-испарители при благоприятных климатических условиях, в подземные водоносные горизонты, не пригодные для хозяйственных целей и надежно изолированные от подземных вод, используемых для водоснабжения. Наиболее распространенным методом обработки сточных вод ионообменной части ВПУ является их нейтрализация для коррекции рН и разбавление перед сбросом сточных вод в водоем, если такой сброс разрешен. Однако в последнее время такие сбросы с проектируемых или реконструируемых ТЭС обычно запрещаются, т.к. приводят к существенному повышению солесодержания водоемов.
Со сточными водами предочистки сбрасываются все уловленные органические вещества, повышающие биологическое потребление кислорода водой, а также карбонат кальция, гидроокись магния, недопал, грубодисперсные вещества, соединения железа и алюминия, поэтому непосредственный сброс этих вод в водоемы недопустим. Качественный и количественный состав примесей таких вод зависит от качества воды и принятых методов ее обработки на предочистке.
Большую опасность для водоемов представляют воды, загрязненные нефтепродуктами. Источниками появления нефтепродуктов в стоках ТЭС являются мазутохозяйство, главный корпус электростанции (за счет упусков масла из маслоохладителей турбин и подшипников насосов), эле
Практически на всех угольных ТЭС удаление золы и шлака производится с помощью воды. Количество золы и шлаков, образующихся при сжигании 1 т угля составляет до 220 кг, а для удаления 1 т золы требуется 20 - 40 т воды. Зола отводится в виде пульпы (суспензии) на значительное расстояние от ТЭС (до 20 км) на золоотвалы, где зола осаждается, а осветленная вода либо сбрасывается в водоем (прямоточная система), либо возвращается на ТЭС для повторного использования (оборотная система). В первом случае в водоем сбрасываются все принеси, находящиеся в воде в истинно - растворенном виде, и часть грубодисперсных примесей, не осевших на золоотвале. Валовый сброс солей в этом случае громаден. Так, при прямоточной системе ГЗУ на крупной ТЭС сброс солей в водоем составляет около 12 - 14 тыс. тонн/год. В этих сбросах имеются токсичные вещества мышьяк, германий, фтор, ванадий и др. В воду могут также переходить и канцерогенные вещества (вызывающие раковые заболевания), содержащиеся в продуктах недожога топлива. Поэтому в последнее время все большее количество электрических станций переводятся на оборотные системы ГЗУ, в которых осветленная воды с золоотвала вновь поступает на ГЭС для удаления золошлаковых отходов. Однако и в этом случае часть воды из оборотной системы приходиться сбрасывать (продувать) в водоем, так как в результате длительного контакта с золой она насыщается и перенасыщается трудно растворимыми соединениями (СаСО3, СаS04 и Са(ОН)2), которые образуют отложения в системе ГЗУ, затрудняя ее нормальную работу. Величина продувки оборотной системы ГЗУ составляет 1-3% от расхода осветленной воды.
При работе паровых котлов на их наружных поверхностях нагрева и особенно в регенеративном воздухоподогревателе (РВП) образуются продукты коррозии и отложения золы. Так, при сжигании сернистого мазута в РВП осаждается до 10% образующейся золы. Эта зола содержит большое количество оксидов ванадия, которые, с одной стороны, являются очень токсичными веществами, а с другой стороны весьма ценным сырьем для производства металла, применяемого в различных областях техники. Для очистки РВП от отложений имеется несколько методов, в их числе широко используется отмывка технической и щелочной водой, приводящая к образованию токсичных сточных вод.
Сточные воды обмывок РВП представляют собой кислые растворы, содержащие как грубо дисперсные примеси - окислы железа, кремнекислоту, продукты недожога, нерастворившуюся часть золы, так и примеси в истинно - растворенном состоянии - свободную серную кислоту, сульфаты тяжелых металлов (в основном железа), соединения ванадия, никеля, меди.
При эксплуатации оборудования ГЭС не удается полностью ликвидировать процессы накипеобразования, что заставляет периодически производить внутреннюю очистку поверхностей нагрева от отложений. Удовлетворительно очистить поверхности нагрева можно лишь при применении для этой цели специальных реагентов: щелочей, органических и неорганических кислот, моющих препаратов, ингибиторов коррозии и др. В отработанных промывочных растворах реагенты составляют 70 - 90% примесей: в их состав входит множество токсичных веществ. В период остановов оборудования (котлов, турбин) применяются меры для защиты его от коррозии, для чего котлы заполняют специальными растворами, которые перед пуском котлов должны сбрасываться. Залповый характер сброса и резкопеременная концентрация примесей в сточных водах после химических очисток и консервации оборудования чрезвычайно затрудняют организацию очистки самих сточных вод.
Является характерным, что человечество не знает как избавиться от огромных объектов минерализованной токсичной, а иногда и радиоактивной воды, хранящейся на многих отвалах. Количество фильтрующейся в грунты основания минерализованной воды с отвалов примерно составляет 1-2 млрд. кубометров.
Лигуном О. и Смирновой М. подсчитано, что ежегодный ущерб, наносимый водным ресурсам страны от воздействия намывных отвалов в случае прямоточных систем водоснабжения составляет 15-25 руб. (данные РФ) на 1 тонну высокоопасных и 0,1 - 0,5 руб. (данные РФ) легкоопасных удаляемых отходов, а для оборотных систем эти издержки в 10-120 раз меньше. Расходы чистой воды на 1 тонну удаляемых гидравлическим способом отходов для прямоточных систем водоснабжения составляют от 15 до 30 тонн, а в случае водооборота в 15-20 раз меньше. В случае складирования этих отходов в насыпной отвал, потребление воды на 1 тонну отходов составляет 0,3 – 0,5 тонн.
Фильтрация воды из намывных отвалов, вызывает также подтопление территории и изменение сложившегося веками естественного состояния грунтовых вод. Этому процессу способствует и то, что масса самого отвала обжимает грунты основания, обуславливая создание, своего рода, "тромба в кровеносном сосуде". Все эти процессы вызывают заболевание территории, оттаивание мерзлых грунтов и погребенного льда, выщелачивание растворимых компонентов в грунтах и т.д. В связи с изложенным, актуальнейшей проблемой при складировании отходов является сбережение воды.
Основными факторами воздействия ТЭС на гидросферу являются выбросы теплоты, следствием которых могут быть: постоянное локальное повышение температуры в водоеме; временное повышение терпературы; изменение условий ледостава, зимнего гидрологического режима; изменение условий паводков; изменение распределения осадков, испарений, туманов. Наряду с нарушением климата тепловые выбросы приводят к зарастанию водоемов водорослями, нарушению кислородного баланса, что создает угрозу для жизни обитателей рек и озер.
1.3 Влияние отходов ТЭЦ на литосферу
Удаляемые из топки зола и шлак образуют золошлакоотвалы на поверхности литосферы. В паропроводах от парогенератора к турбоагрегату, в самом турбоагрегате происходит передача тепла окружающему воздуху. В конденсаторе, а также в системе регенеративного подогрева питательной воды теплота конденсации и переохлаждения конденсата воспринимается охлаждаемой водой. Кроме конденсаторов турбоагрегатов потребителями охлаждающей воды являются маслоохладители, системы смыва и другие вспомогательные системы, выделяющие сливы на поверхность или в гидросферу.
В соответствии с этим можно отметить, что отвалы отходов оказывают многофакторное, многокомпонентное действие на окружающую природную среду. Причем наиболее важным являются следующие компоненты воздействия (из методики оценки воздействия на окружающую среду золоотвалов):
1) загрязнение воздушного бассейна твердыми частицами отходов;
2) загрязнение воздушного бассейна газообразными веществами;
3) загрязнение почвы вследствие выпадения частиц отходов за пределами отвала при пылении с их поверхности;
4) подтопление территории;
5) химическое загрязнение грунтовых вод;
6) изменение ландшафта;
7) радиоактивное воздействие;
8) водопотребление;
9) изменение микроклимата;
10) изменение состояния грунтов;
11) скрытое воздействие отвала на другие сооружения;
12) возможность загрязнения окружающей среды, вследствие аварии на отвале;
13) невосполнимые потери воды из системы удаления отходов;
14) дополнительное уничтожение площадей земли за счет организации карьеров грунта, необходимых для строительства различных элементов отвала, например дамб, экрана;
15) полезное использование отходов в народном хозяйстве;
16) уничтожение площадей земли в перспективе, вследствие неполного заполнения отвала отходами.
Таким образом, увеличение доли угольных теплоэлектростанций в системе энергообеспечения Казахстана с одновременным ухудшением качества используемого ископаемого органического топлива увеличивает количество отходов, поступающих на литосферу, и дестабилизирует состояние окружающей среды.
1.4 Задачи бессточного режима работы ТЭЦ
Основными задачами, для решения которых предназначены системы золошлакоудаления ТЭЦ, являются надежная и своевременная эвакуация шлака из шлаковых шахт паровых котлов, золы из бункеров сухих золоуловителей и пульпы из мокрых золоуловителей, а также транспорт и складирование золошлаковых отходов на золоотвале. Кроме выполнения этих функций, системы золошлакоудаления должны удовлетворять следующим условиям: не загрязнять атмосферный воздух пылью, а природные водоемы и грунтовые воды – сточными водами; потреблять минимальное количество природной воды, используя для подпитки промстоки ТЭЦ, прежде всего наиболее загрязненные; обеспечивать работу золоулавливающих установок в оптимальном режиме; исключить присосы внешнего воздуха через золовые бункера; предоставлять возможность отгрузки потребителям максимального количества летучей золы и шлака для использования в качестве вторичного сырья. В тоже время эти мероприятия не должны противоречить остальным условиям работы нормального функционирования ТЭЦ, а также проблем водообеспечения электростанций и обезвреживания загрязненных промышленных стоков.
На основе опыта эксплуатации систем золошлакоудаления отечественных и зарубежных электростанций разработано несколько рациональных схем удаления, складирования и отгрузки потребителям золошлаковых отходов ТЭЦ, применяемых в зависимости от типа сжигаемого топлива и используемых средств золоулавливания.
Некоторые рекомендации по выбору оборудования и проектированию золоотвалов являются общими для всех систем золошлакоудаления. Так, все системы гидравлического удаления золошлаков должны проектироваться бессточными. Как известно, причиной сбровос из систем ГЗУ в природные водоемы обычно является переполнение бассейна осветленной воды вследствие не соблюдения водного баланса. Поэтому для обеспечения возможности работы системы ГЗУ в бессточном режиме необходимо проектировать ее с дефицитным балансом воды. Для этого, в частности, золоотвал должен размещаться на территории, не имеющей выхода грунтовых вод в виде ключей, родников и т.д.
Золоотвал и бассейн осветленной воды должен иметь противофильтрационные покрытия для уменьшения фильтрации осветвленнной воды до технически достижимого уровня. Насосы и магистральные трубопроводы осветвленной воды должны обеспечивать максимально возможную потребность в этой воде. При возможности образования карбонатных отложений все насосы и коммуникации осветленной воды должны иметь 100%-ный резерв, должны быть предусмотрены также средства очистки этих элементов: установка для промывки трубопроводов смесью воды и дымовых газов, пропарка трубопроводов внутренней разводки осветленной воды и растворенный узел для кислотной очистки насосов.
2 Программное обеспечение для обоснования оборотной системы ТЭЦ
2.1 Методика расчета эффективности внедрения бессточного режима работы ТЭЦ
В результате проведения НИР внедряется бессточная система золоудаления, для которой подсчитывается экономический эффект от использования системы орошения центробежных насосов скрубберов мокрых золоуловителей на щелочную осветленную воду.
Составляющие эффекта:
а) экономия от снижения расхода технической воды;
б) экономия от снижения ущерба природным водоемам;
в) экономия от снижения ущерба газовыми и золовыми выбросами;
г) увеличение затрат на электроэнергию для нейтрализации щелочной осветленной воды;
д) увеличение капитальных затрат.
Расчет составляющих эффекта. Экономия от снижения расхода технической воды определяется по формуле
.
Экономия от снижения ущерба природным водоемам определяется по формуле
,
где - коэффициент, учитывающий годовые выбросы, равный 144; - показатель относительной опасности загрязнения природного водоема, равный 0,5; - приведенная масса годового сброса вредных веществ в природные водоемы, т/год.
Приведенная масса годового сброса вредных веществ в природные водоемы, т/год, определяется по формуле
,
где - показатель опасности сброса вредных веществ го вещества; - масса годового сброса, т/год.
В таблице 2 показаны все обозначения параметров расчета эффекта.
Таблица 2 Обозначение параметров
| Параметр | Обозначение |
| Число котлов, шт. | N |
| Число золоуловителей, шт. | n |
| Расход топлива на один котел, т/год | В |
| Низшая теплота сгорания, ккал/кг | |
| Зольность топлива на рабочую массу, % | |
| Содержание серы в топливе, % | |
| Потребление технической воды в системе золоулавливания и золоудаления, м/год | |
| Тарифная стоимость технической воды | b |
| Количество сбрасываемых вод из системы гидрозолоудаления, м/год | |
| Содержание, кг/м: | |
| сульфатов | |
| фтора | |
| меди | |
| цинка | |
| ванадия | |
| мышьяка | |
| молибдена | |
| Норма амортизации, % | |
| Затраты на электроэнергию в год для нейтрализации 1 м воды | |
| Капитальные затраты на сооружение установки для нейтрализации | |
| Эффективность золоулавливания, % | |
| Эффективность улавливания оксидов серы, % | |
Показатели опасности сброса i-го вещества приведены в таблице 3.
Таблица 3 показатели опасности
| Вещество | |
| Сульфаты | 0,002 |
| Фтор | 1 |
| Медь | 100 |
| Цинк | 100 |
| Ванадий | 10 |
| Мышьяк | 20 |
| Молибден | 2 |
Масса годового сброса вредного вещества в природный водоем, т/год, определяется по формуле
.
Увеличение затрат на электроэнергию для нейтрализации щелочной осветленной воды определяется по формуле
,
где - количество нейтрализованной воды;
.
Годовой экономический эффект составит
2.2 Выбор среды разработки программного обеспечения
Неотъемлемой частью создания программы является разработка дружественного удобного для пользователя интерфейса. Delphi 7 позволяет создать удобную для пользователя программу благодаря своим графическим возможностям. Оформление в стиле ХР дает возможность реализовать удобство пользователю для быстрой адаптации в программе для работы без использования справочной системы. Большинство функции программной системы можно реализовать с помощью манипулятора "мышь", так как это значительно ускоряет процесс работы и уменьшает количество вводимых ошибок. Следует отметить, что большая часть функции обеспечения надежности системы реализуется средствами Delphi, поскольку он обеспечивает механизм обработки исключительных ситуаций.
2.3 Интерфейс программы "Расчет годового экономического эффекта от внедрения бессточного режима работы ТЭЦ"
Программа находится в архиве. При распаковке архива происходит инсталляция программы, создаются необходимые ярлыки для быстрого запуска.
При щелчке на ярлык происходит запуск главного окна приложения, которое показано на рисунке 1.
Рисунок 1 Главное окно приложения
Главное окно приложения состоит из следующих компонентов:
- справка по ТЭЦ;
- исходные данные по ТЭЦ;
- бессточные данные по ТЭЦ;
- расчеты;
- справка;
- выход.
Справка по ТЭЦ содержит коэффициенты, используемые, как постоянные при расчетах по ТЭЦ (рисунок 2). Редактированию подлежит только поле "Значение".
Рисунок 2 Справка по ТЭЦ
Исходные данные по ТЭЦ открывает таблицу содержащею данные, которые являются постоянными и не подлежат для редактирования или являются примером базовых значений (рисунок 3). Редактированию подлежит только поле "Значение".
Рисунок 3 Исходные данные по ТЭЦ
Данные по бессточности ТЭЦ открывает доступ к работе с таблицей данных для ввода необходимых значений (рисунок 4). Редактированию подлежит только поле "Значение".
Рисунок 4 Данные по бессточности ТЭЦ
Кнопка "Расчеты" открывает окно выводящее расчеты по бессточному режиму (рисунок 5), которая включает в себя следующие результаты:
- экономия от сокращения расходов технической воды;
- сокращение ущерба от выбросов в природные водоемы;
- затраты на электроэнергию;
- капитальные затраты на сооружение для нейтрализации;
- годовой экономический эффект.
Рисунок 5 Расчеты
Справка вызывает доступ к информационным справочникам программы (рисунок 6).
Рисунок 6 Справка
При запуске программы компонент "Расчеты" недоступен, для того чтобы он стал доступен необходимо либо внести изменения в таблице "Данные по бессточности ТЭЦ", либо оставить их без изменения.
После того, как все необходимые данные внесены, можно нажимать на "Расчеты". Происходит автоматический подсчет результатов по бессточному режиму ТЭЦ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Теплоэнергетика является самой загрязняющей отраслью промышленности, при этом отходы её влияют в равной мере и на атмосферу, и на гидросферу, и на литосферу. Состав отходов, попадающих в атмосферу, диоксид углерода, токсичный оксид углерода, оксид азота, диоксид серы, триоксид серы, кислотные оксиды содержание этих вредных компонентов в атмосфере вызывающих заболевания человека (бронхостенозу, сердечно-сосудистые заболевания, развитие рака легких). Воздействие теплоэлектростанций на водные объекты определяется выбросом сточных вод, это вода, свойства которой изменены в результате бытовых, промышленных, сельскохозяйственных или других процессов: солевые стоки (нейтральные соли, кислоты и щелочи), уловленные вещества (карбонат кальция, гидроокись магния, недопал, грубодисперсные вещества, соединения железа и алюминия), нефтепродукты (мазутохозяйство), пульпа (мышьяк, германий, фтор, ванадий и др.), канцерогенные вещества (вызывающие раковые заболевания), кислые растворы (окислы железа, кремнекислоту, продукты недожога, нерастворившуюся часть золы, серную кислоту, сульфаты тяжелых металлов соединения ванадия, никеля, меди). Удаляемые из топки зола и шлак образуют золошлакоотвалы на поверхности литосферы, которые оказывают многофакторное, многокомпонентное действие на окружающую среду: загрязнение воздушного бассейна, загрязнение почвы, химическое загрязнение грунтовых вод, изменение ландшафта, радиоактивное воздействие, изменение микроклимата, изменение состояния грунтов, невосполнимые потери воды из системы удаления отходов, уничтожение площадей земли в перспективе, вследствие неполного заполнения отвала отходами.
В связи с этим очень большую роль играют статьи всемирного экологического форума в Киото, по которому страны обязались разрабатывать или покупать новые "чистые технологии".
Для ТЭЦ "чистые технологии" являются устройства переводящие с прямоточного режима работы в бессточный режим работы. Многими научно-техническими институтами мира уже разработаны такие устройства, основная задача теперь подсчитать экономический эффект от их внедрения на наши ТЭЦ Казахстана.
В курсовой работе создано программное обеспечение подсчитывающие экономический эффект от внедрения "чистых технологий".
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Залогин Н. Г., Чеканов Г. С. Особенности проектирования замкнутых систем гидрозолоудаления//Теплоэнергетика. 1917. № 2.
2. Чеканов Г. С. Бессточные система удаления золошлаковых отходов ТЭС//Теплоэнергетика. 1983. № 9.
3. Дергачов Н. Ф., Харьковский М. С. Предупреждение отложений в мокрых золоуловителях//Теплоэнергетика. 1971. № 2.
4. Кропп Л.И., Харьковский М.С. Мокрое золоулавливание в условиях оборотного водоснабжения. М.: Энергия, 1980.
5. Методика (основные положения) определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Экономика, 1977.
6. Методика определения валовых выбросов вредных веществ в атмосферу от котлов электростанций. МТ34-70-010-83. М.: Союзтехэнерго, 1984.