Науково-методологічні основи екологічної безпеки при забрудненні атмосферного повітря газопиловими викидами промислових підприємств

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню науково-прикладної проблеми зниження техногенного навантаження від пилогазових викидів промислових підприємств шляхом застосування високоінтенсивного газоочисного обладнання. Розглянуті принципи управління екологічною безпекою атмосферного повітря в системі «населений пункт - промислове підприємство». З метою прогнозування впливу промислових підприємств на атмосферне повітря населених пунктів розроблені математичні моделі розсіювання забруднюючих речовин, які враховують параметри міської забудови. За результатами системного аналізу факторів впливу на стан екологічної безпеки при забрудненні атмосферного повітря та математичного моделювання оптимізації процесу газоочищення прийнято в якості критерію оптимізації інтенсивність процесу. Розроблена методологія вибору газоочисного обладнання при врахуванні критерію оптимізації дала можливість виділити конструкції високоінтенсивного газоочисного обладнання для комплексного очищення відхідних газів - апарати з провальними тарілками великих отворів та з регулярною рухомою насадкою. За результатами теоретичних та експериментальних досліджень апаратів отримані залежності для визначення режимних та конструктивних параметрів процесу газоочищення. Дослідно-промислові дослідження апаратів підтвердили високу ефективність та стійку роботу запатентованого обладнання.

Диссертация посвящена решению научно-прикладной проблемы снижения техногенной нагрузки от пылегазовых выбросов промышленных предприятий путем применения высокоинтенсивного газоочистного оборудования. Рассмотрены принципы управления экологической безопасностью в системе «населенный пункт - промышленное предприятие» при загрязнении атмосферного воздуха отходящими газами промышленных предприятий. Проведено прогнозирование влияния газопылевых выбросов промышленных предприятий на состояние экологической безопасности городов путем разработки математических моделей рассеивания вредных веществ с учетом сопротивления жилой застройки и дисперсности пыли. В результате моделирования получено уравнение для определения концентрации мелкодисперсной пыли на различных расстояниях от источника загрязнения. Рассмотрены взаимосвязи между составляющими системы «экологическая безопасность - загрязнение атмосферного воздуха», выявлено место природоохранных процессов в обеспечении заданного уровня экологической безопасности, что позволило в дальнейшем разработать методические подходы к выбору газоочистного оборудования, приняв в качестве критерия интенсивность газоочистного аппарата. Предложенная методология выбора и исследования пылегазоочистных аппаратов включает этапы разработки и реализации, учитывает требования предприятий-потребителей и предприятий по выпуску газоочистного оборудования и базируется на анализе современных конструкций аппаратов. На основе разработанной методологии выбраны конструкции высокоэффективного пылегазоочистного оборудования - аппараты с провальными тарелками больших отверстий и с регулярной подвижной насадкой и проведены исследования гидродинамических характеристик, пылеулавливания, массообмена в выбранных аппаратах. Приведена классификация факторов, влияющих на выбор абсорбента с точки зрения экологических и экономических аспектов, и найдено выражение для нахождения фактора интенсификации абсорбции и коэффициента массоотдачи при протекании химической реакции. В результате проведенных исследований гидродинамики аппарата с провальними тарелками больших отверстий определено рабочий режим работы аппарата при скорости газа wг = 2,5-3,5 м/с и плотности орошения L= 15-20 м3/(м2 ч), который соответствует режиму вторичного пенообразования. Полученные регрессионные зависимости для определения гидравлического сопротивления и высоты слоя пены в режиме вторичного пенообразования. Разработаны математические модели для расчета коэффициентов массоотдачи в газовой и жидкой фазах при учете диссипации энергии вихревого движения газа. Исследование зависимости эффективности пылеулавливания показали, что наибольшая эффективность процесса достигается при реализации режима одновременного вихреобразования. По результатам исследований получено два патента Украины на конструкции пылегазоочистных аппаратов. Реализация разработанной методологии выбора газоочистного оборудования и запатентованных конструкций пылегазоочистного оборудования проводилась на предприятиях теплоенергетики и химической промышленности Украины. Опытно-промышленные испытания аппаратов подтвердили высокую эффективность и устойчивую работу запатентованного оборудования.

The thesis is devoted to the solving scientific and applied problems of reducing anthropogenic impact of dust and gas industrial emissions by application of high-intensity gas-cleaning equipment. The principles of environmental safety of air in the system point -an industrial plant are reviewed. Mathematical models of pollutants dispersion that taking into account the parameters of urban development have been developed with the purpose of forecasting the impact of industrial enterprises on the atmospheric air of settlements. Process intensity has been taken as a criterion optimization in the result of the system analysis of factors impact on environmental safety of air pollution and mathematical modeling of gas cleaning process optimization. Developed methodology of selection of gas cleaning equipment has provided an opportunity to highlight the high-intensity gas-cleaning equipment designed for complex purification of exhaust gases when taking into account the optimization criterion - devices with impingement plates with large holes and with regular movable nozzle. Dependencies for determination of operating and design parameters of the gas purification have been obtained in the result of theoretical and experimental researches of devices. Industrial research of devices has confirmed the high efficiency and stable operation of the patented equipment.