VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Известно, что атмосферный воздух, используемый для сжигания углеводородного топлива, имеет следующий объемно-массовый состав: азот (N₂) – 78,08% (28,01 a.e.); кислород(О₂) – 20,95% (31,99 a.e.); аргон (Ar) - 0,93% (39,94 a.e.); оксиды углерода (СО₂,CO) – 0,03% (28-44 a.e.); водород и гелий (Н₂,Не) – 0,01% (2-4 a.e.); остальные компоненты (NН₃, Н₂О) – 0,01% (17-18 а.е). Поэтому в реакции сгорания топливно-воздушных смесей, около 80% воздуха является «балластом», повышающим вред окружающей среде (появление в выбросах СО, NOx, СnHm), в результате физико-химических процессов, связанных с азотом и с неполным сгоранием углеводородов [1].

Естественно возникает идея отделить «балласт» и сжигать топливо в кислороде, тем более, что методы «газоразделения воздуха» на кислород и азот известны давно и реализуются в промышленных масштабах криогенными и мембранными установками. При этом себестоимость кубометра азота или кислорода, получаемого мембранными установками, на порядок дешевле – криогенных, и они вырабатываются на месте в том количестве, которое необходимо для горения, в связи с чем не требуется специальных средств хранения и транспортировки. Еще на порядок экономичнее разделяет воздух на кислород (парамагнетик) и инертный газ (диамагнетики) термомагнитный сепаратор воздуха [2].

Таким образом, появляется возможность синтезировать модель АСУТП котлоагрегатами ТЭЦ, которая отличается от типовой (рис.1) системы автоматического управления горением (САУГ), следующим:

- подсистемой управления розжигом горелочных устройств котлоагрегатов, на предмет оптимизации горения углеводородного топлива с помощью сепарированного кислорода, в результате чего достигается экономия и полное сгорание углеводородного топлива и из выбросов исключаются наиболее токсичные (СО, NOx, CnHm, CNx и др.), а также ультразвукового впрыска жидкого топлива, если котел работает на жидком топливе или имеет резервный режим работы на нём [3];

Рисунок 1 – Блок-схема САУГ

- подсистемой оптимизации тепломассобмена в котле и контуре получения горячей воды (ПОТМ), которая базируется на замене воды и пара на соответствующие агрегатные состояния элегаза «Хладон-510», позволяющей ликвидировать подсистему химводоочистки и издержки, связанные с ней [4];

- подсистемой когенерации, для получения электроэнергии с помощью паро-винтовых машин (ПВМ) на элегазе, позволяющей перейти на комбинированный режим с выработкой электрической энергии на тепловом потреблении (рис.2), вместо его бесполезного "гашения" в специальных редукционно-охладительных установках [5].

Рисунок 2. - Схема когенерации

- подсистемой противопожарной защиты помещений и оборудования котельных и ТЭЦ сепарированным из воздуха азотом, вместо «водяных методов и средств» [6].

Принципиальной новизной предлагаемой системы является модель локализации и поглощения выбросов котельных и ТЭЦ «биотуннелем», сформированным из вечнозеленых и сезонных сортов деревьев и кустарников, включая генетически измененную коноплю [3,4,7].

Дело в том, что все существующие международные и национальные стандарты и нормы ориентированы на рассеивание выбросов ТЭЦ с помощью строительства «дымовых труб» соответствующей высоты. Они нарушают существующие в природе два основных цикла, обеспечивающих жизнедеятельность на нашей планете [8]:

- годовой цикл круговорота воды в системе атмосфера-геосфера/гидросфера;

- семилетний цикл круговорота углерода в системе атмосфера-биосфера-геосфера/гидросфера, т.к. ТЭЦ «сжигая геосферу» (углеводородное топливо), выбрасывает воду и углерод (окислы углерода) в атмосферу, изменяя тем самым климат на планете.

«Биотуннель» с биогумусной технологией, поглощая выбросы СО₂ и Н₂О «на выходе» в атмосферу, и «возвращая» их геосферу, восстанавливают указанные циклы.

Дело в том, что биотехнология поглощения СО₂ и Н₂О – природный фотосинтез деревьями и кустарниками (с выделением О₂ в атмосферу), а «утилизаторами» углерода и воды в геосферу являются процессы разложения их опада (гниения, употребления фитомассы в качестве пищи животными и др. способы превращения опада в почве).

Поэтому, для реализации модели интегрированной системы управления котельных и ТЭЦ необходимо и достаточно [5]:

- применить вместо трубы котельной (ТЭЦ, ГРЭС) «выпускной коллектор» необходимой пропускной способности с «биотуннелем» («биокварталом»), т.е. выполнить «экранирование» выпускного коллектора от окружающей среды обсадкой вечнозелеными и сезонными сортами деревьев и кустарников, с соответствующей «производительностью поглощения», и автоматизировать его функционирование;

- применить непрерывно-дискретный биогумусный технологический процесс переработки опада деревьев и кустарников, и автоматизировать его;

- применить непрерывно-дискретный биотермический технологический процесс переработки опада деревьев и кустарников, и автоматизировать его;

- создать непрерывно-дискретный фитокормовой технологический процесс переработки опада деревьев и кустарников, и автоматизировать его.

- реконструировать, ограждающие территорию объектов конструкции в «биозаграждения» из деревьев и кустарников, покрытия крыш – в «биополяны» из соответствующих сортов трав на песочно - земляном покрытии или гидропонике, наружные стены – в «биопокрытия» из соответствующих сортов вьющихся вечнозеленых растений и морозостойких сортов винограда,

- организовать биотехнологическую службу, обеспечивающую функционирование и развитие биотехнологий.

Эффективность реконструкции существующих котельных по предлагаемой модели заключается в снижении себестоимости 1 Гкал в 3 раза (таб.1).

Таблица 1 – Ступени интеграции АСУТП котельной

Основные параметры	Наименование и диапазон па­раметров	Котель-ные	Котел с ТМСВ и АСУБТ	мини-ТЭЦ	мини-ТЭЦ (ТМСВ и АСУБТ)
Теплоснабжение, в т.ч.:	тонн пара/час	+	+	+	+
- паровые котлы	от 1 до 50	+	+	+	+
- водогрейные котлы	от 50 до 300	+	-	+	-
Электроснабжение, в т.ч.:	Мвт.	+	-	+	+
- паровинтовые машины	от 0,25 до 2,0	-	-	+	+
- турбины	от 5,0 до 320,0	-	-	-	-
Теплоноситель, в т.ч.:	тонн/мол.вес	+	+	+	-
- вода	от 2,0 до 300,0/18 а.е.	+	+	+	-
- элегаз	от 2,0 до 20,0/192 а.е.	-	-	-	+
КПД котла, в т.ч.:	%
- на газе	%	до 93,0	до 95,0	до 93,0	до 98,0
- на мазуте	%	до 90,0	до 95,0	до 90,0	до 98,0
- на твердом топливе	%	до 80,0	до 95,0	до 80,0	до 98,0
КПД эл./установки, в т.ч.:	%
- паровинтовой машины	%	-	-	до 47,0	до 67,0
- турбины	%	-	-	-	-
Система химводоочистки		+	+	+	-
Очистка выбросов, в т.ч.:		+	+	+	+
- токсичных и твердых	%	до 75	100	до 75	100
- поглощение СО2	%	0	100	0	100
- поглощение Н2О	%	0	100	0	100
- поглощение СО	%	0	100	0	100
- выделение О2	%	0	100	0	100
Себестоимость ГКал	приведенная	1,00	0,55	0,75	0,33

Литература

1. Белозеров В.В., Мотин В.Н., Новакович А.А., Топольский Н.Г. Сепарация воздуха //"Наука и будущее: идеи, которые изменят мир": мат-лы Междунар. конф., 14-16.04.2004, Москва /ГГМ им. В.И.Вернадского РАН. – М.: Фонд «Наука и буду-щее», 2004. с.33-35.

2. Белозеров В.В., Босый С.И., Гарин В.М., Мотин В.Н., Новакович А.А., Пащинская В.В., Топольский Н.Г. Магнитоэлектрическая сепарация воздуха – топливоэнергосбережение в транспортно-энергетических инфраструктурах и подавление токсичных выбросов //«Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях»: материалы 5-й Промышл. конф с меж-дунар. участием /Карпаты, 21-25 февраля 2005/.-Киев: УИЦ «Наука, техника, тех-нология», 2005. с.14-17.

3. Айдаркин Е.К., Белозеров В.В., Богуславский Е.И., Викулин В.В., Костырев Н.П., Новакович А.А., Крыжановский В.В., Топольский Н.Г. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И ХРОНОБИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ И ТЕХНОЛОГИИ В СИСТЕМЕ ПОДАВЛЕНИЯ ВРЕДА И ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ ТЭЦ - Современные наукоемкие технологии. 2006. № 4. С. 86-87.

4. Айдаркин Е.К., Белозеров В.В., Новакович А.А., Костарев Н.П., Мазурин И.М. «ПАРСЕК»: физико-химическая и биотехнологическая система подавления экологического вреда котельных //«Техносферная безопасность. Надежность. Качество. Энергосбережение.»: материалы Всерос. науч.-практ. конф. /Шепси, 05-08.09.2006, ISBN 5-89071-036-2/.-Ростов н/Д: РГСУ (ЮРО РААСН), 2006. -с.243-246.

5. Боровков В.М., Зысин Л.В. Основные направления развития мини-ТЭЦ на основе современных парогазовых технологий - Изв. АН. Энергетика. - 2001. - №1. - С.100-105.

6. Богуславский Е.И., Белозеров В.В., Богуславский Н.Е. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ, ОЦЕНКА И АНАЛИЗ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ /учеб. пособие для студентов, обучающихся по направлению "Строительство" -; М-во образования и науки Рос. Федерации, Рост. гос. строит. ун-т. Ростов н/Д, 2004.

7. Белозеров В.В., Пащинская В.В. БИОАРХИТЕКТУРА ТРАНСПОРТНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ИНФРАСТРУКТУР /В сборнике: Современные тенденции регионального развития: баланс экономики и экологии Материалы Всероссийской научно-практической конференции. ИСЭИ ДНЦ РАН. Махачкала, 2014. С. 138-146.

8. Белозеров В.В. СИНЕРГЕТИКА БЕЗОПАСНОЙ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ – Ростов н/Д: ЮФУ, 2015. -420с.

Код для цитирования: Скопировать