Усовершенствование установок, снижающих выбросы загрязняющих вредных веществ в атмосферу на ООО «Газпром трансгаз Самара»
|
ВВЕДЕНИЕ 3
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 9
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 10
1 Изучение проблемы загрязнения атмосферного воздуха 11
1.1 Анализ экологического состояния атмосферного воздуха 11
1.2 Законодательные основы охраны атмосферного воздуха 15
1.3 Методы оценки загрязнений атмосферного воздуха 17
1.4 Пути решения снижения загрязнений атмосферного воздуха в России 22
2 Современные методы снижения выбросов вредных веществ на
ГКС 28
2.1 Методы снижения выбросов вредных веществ на ГКС 28
2.2 Исследование результатов модернизации камер сгорания 39
2.2.1 Усовершенствование маллоэмиссионной камеры сгорания 39
2.2.2 Принцип работы камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4 47
3 Экспериментальная часть 52
3.1 Проведение экспериментального анализа по исследованию выбросов в
атмосферный воздух во время использования малоэмиссионной камеры сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4 52
3.2 Сравнение результатов исследования малоэмиссионной камеры
сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4 и рекомендации по установке эффективной камеры сгорания 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 63
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 9
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 10
1 Изучение проблемы загрязнения атмосферного воздуха 11
1.1 Анализ экологического состояния атмосферного воздуха 11
1.2 Законодательные основы охраны атмосферного воздуха 15
1.3 Методы оценки загрязнений атмосферного воздуха 17
1.4 Пути решения снижения загрязнений атмосферного воздуха в России 22
2 Современные методы снижения выбросов вредных веществ на
ГКС 28
2.1 Методы снижения выбросов вредных веществ на ГКС 28
2.2 Исследование результатов модернизации камер сгорания 39
2.2.1 Усовершенствование маллоэмиссионной камеры сгорания 39
2.2.2 Принцип работы камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4 47
3 Экспериментальная часть 52
3.1 Проведение экспериментального анализа по исследованию выбросов в
атмосферный воздух во время использования малоэмиссионной камеры сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4 52
3.2 Сравнение результатов исследования малоэмиссионной камеры
сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4 и рекомендации по установке эффективной камеры сгорания 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 63
В настоящее время актуальна проблема накопления в атмосфере парниковых газов. Следствием этого является глобальное потепление климата, которое ведет к нарушению теплового баланса на Планете в целом. Данной проблеме было уделено большое внимание и посвящен Парижский Саммит, проведенный в конце 2015 года, по вопросам климатических изменений. По итогам этой конференции был принят итоговый документ на 37-ми страницах, который предполагает, что страны должны будут не допускать повышения температуры атмосферы Земли более чем на 2 °C, а в идеале повышение должно быть ограничено 1,5 °C. В связи с этим актуальна разработка и внедрение очистных установок с целью снижения эмиссии парниковых газов в атмосферу.
Проблема загрязнения атмосферы, является основной проблемой человечества. Стремительный рост численности населения Земли в сочетании с его научно-технической вооруженностью кардинально изменили ситуацию на планете. Если еще в относительно недавнем прошлом отрицательные последствия человеческой деятельности проявлялись только на ограниченных территориях, при этом сила ее воздействия была намного меньше мощного круговорота веществ в природе, то сегодня масштабы естественных и антропогенных процессов стали сопоставимыми, при этом соотношение между ними продолжает изменяться в сторону увеличения мощности антропогенного влияния на биосферу.
Атмосферный воздух является важнейшим элементом природы, поскольку он представляет собой незаменимый источник кислорода, который требуется для существования всего живого на планете Земля. Атмосферный воздух является важной составляющей окружающей среды, частью среды обитания человека, животных и растений, он представляет собой естественную смесь газов атмосферы, которая находится за пределами жилых, производственных и других помещений.
За все время своего существования и прежде всего в XX веке, человечество уничтожило примерно 70% всех естественных экологических (биологических) систем на Земле, способных перерабатывать отходы человеческой жизнедеятельности, и продолжает их уничтожать и сегодня. Ежегодно в атмосферу выбрасываются тысячи тонн самых различных вредных веществ, которые зачастую либо вообще не поддаются переработке, либо поддаются ей очень слабо. Последствием этого является то, что служащий основой жизни для человека атмосферный воздух загрязняется и тем самым человечество наносит непоправимый вред самому себе.
Степень научной разработанности проблемы выбросов вредных веществ в атмосферный воздух рассматриваются в статьях: Субботина В.А., Аусева В.Г., Щербо И.В. [41], Бантикова Д.Ю., Елисеева Ю.С., Лаврова В.Н. и др, теоретико-методологическая основа базируется на Федеральном законе от 04.05.1999 г. №96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» (ред. от 29.07.2018 г.) [17] и патентах: патент РФ № 2225963 «Горелочное устройство» [47], патент РФ патент РФ № 2315913 «Малоэмиссионная камера сгорания газовой турбины» [49], патент РФ № 2167363 «Горелка с предварительным смешением газового топлива и воздуха» [50].
В опубликованных работах рассмотрен вопрос снижения выбросов вредных веществ в атмосферный воздух путем модернизации камер сгорания.
В данной диссертации проведен сравнительный анализ горелочных устройств, выявлены преимущества и недостатки существующих на сегодняшний момент технологий сжигания природного газа и предложена наиболее эффективная установка камеры сгорания, которая позволяет максимально уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферный воздух.
Объектом исследования данной работы являются выбросы в атмосферный воздух оксидов азота и углерода, диоксида азота, а так же камеры сгорания.
Предметом исследования являются способы снижения эмиссии парниковых газов в атмосферный воздух, методы, подобранные на основе разработанной и внедренной установки снижающей выбросы вредных веществ в атмосферу в ООО «Газпром трансгаз Самара» Тольяттинском ЛПУМГ.
Целью диссертационного исследования является усовершенствование камер сгорания, снижающих концентрации парниковых газов на предприятии ООО «Газпром трансгаз Самара».
В соответствии с целью были поставлены и решались следующие задачи:
1. Изучить проблемы загрязнения атмосферного воздуха.
2. Провести анализ методов оценки загрязнения атмосферного воздуха.
3. Исследовать принцип работы малоэмиссионной камеры сгорания.
4. Провести анализ работы камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4.
5. Провести экспериментальное исследование выбросов в атмосферный воздух во время использования малоэмиссионной камеры сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4.
6. На основе сравнительного анализа результатов исследования малоэмиссионной камеры сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10 разработать рекомендации по установке эффективной камеры сгорания.
Исследуемая гипотеза работы - внедрение модернизированной малоэмиссионной камеры сгорания на предприятии ООО «Газпром трансгаз Самара» позволит сократить количество выбросов вредных веществ в атмосферный воздух.
Научная новизна состоит в разработке и внедрении малоэмиссионной камеры сгорания в ООО «Газпром трансгаз Самара» Тольяттинском ЛПУМГ.
Теоретическая значимость данной работы состоит в расширении знаний применяемого оборудования, необходимого для снижения выбросов вредных веществ в атмосферный воздух, полученные результаты могут служить рекомендацией другим предприятиям Самарской области.
Практическая значимость исследования заключается во внедрении малоэмиссионной камеры сгорания, позволяющей максимально снижать выбросы вредных веществ оксида азота и углерода в атмосферный воздух.
По результатам диссертационной работы опубликована статья Лапиной Т.А. «Снижение концентрации продуктов сгорания в результате усовершенствования малоэмиссионной камеры сгорания в составе двигателя НК-36СТ» // Сборник научных трудов VII Молодежной научной школы- конференции с международным участием «Актуальные проблемы экологии Волжского бассейна» 18-21 апреля 2019 г. Тольятти: ИЭБВ РАН, 2019 г. С. 285-289.
Положения, выносимые на защиту:
1. Предлагаемая модернизированная малоэмиссионная камера сгорания, снижающая выбросы концентрации вредных веществ в атмосферу на производстве ООО «Газпром трансгаз Самара», может послужить макетом для предприятий, на производстве которых образуются выбросы вредных веществ в атмосферный воздух. Внедрение данной установки позволяет снизить выбросы вредных веществ в атмосферу: оксида азота, диоксида азота, оксида углерода и других веществ.
2. Применение нового более эффективного подхода к горелочным устройствам, в которых происходит сжигание природного газа, позволит снизить негативное воздействие предприятия ООО «Газпром трансгаз Самара» на окружающую природную среду, а так же уменьшить количество выбросов в атмосферный воздух, последствия которых приводят к образованию парникового эффекта.
Структура магистерской диссертации состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 70 страниц, 9 рисунков, 7 таблиц и 50 используемых источников.
В первой главе диссертации осуществлялась теоретическая разработка проблемы на основе нормативно-правовые актов, которые направлены на предотвращение загрязнения атмосферного воздуха, статей по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу. Проведен анализ основных источников загрязнения атмосферного воздуха в России. Изучены концептуальные подходы (методы), используемые для оценки загрязнений атмосферного воздуха. Рассмотрены мероприятия по осуществлению обязательного контроля за приоритетными загрязняющими веществами на стационарных и передвижных постах, а так же перечень вредных веществ.
Во второй главе проведен анализ работы малоэмиссионной камеры сгорания. Рассмотрен принцип работы камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4. Так же рассмотрены компоненты выбросов вредных веществ в атмосферный воздух и влияние их на окружающую среду.
В третьей главе представлено экспериментальное исследование выбросов в атмосферный воздух во время использования малоэмиссионной камеры сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4. Проведено сравнение результатов исследования малоэмиссионной камеры сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4. Предложена камера сгорания с наилучшими результатами выбросов вредных веществ в атмосферу в ООО «Газпром трансгаз Самара».
В заключении изучены проблемы загрязнения атмосферного воздуха. Проведен анализ методов оценки загрязнения атмосферного воздуха. Рассмотрены существующие горелочные устройства и предложенная модернизированная малоэмиссионная камера сгорания. По словам автора Лапиной Т.А.: «Таким образом, благодаря использованию малоэмиссионной камеры сгорания удастся уменьшить суммарный валовый выброс оксидов азота и оксида углерода с продуктами сгорания НК-36СТ на 90 т. (в годовом исчислении). Помимо этого, также можно будет снизить на 16 тыс. руб. (в расчете на один двигатель) выплаты за неблагоприятное воздействие на окружающую среду (Стандарты организации Газпром 2-1.19-541-2011)» [48].
Применение двухзонных камер сгорания в Тольяттинском ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Самара» позволит снизить загрязнение атмосферного воздуха оксидами азота на 80,73% и углерода на 94,4%.
«Поэтому применение двухзонных камер сгорания в Тольяттинском ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Самара» будет способствовать снижению загрязнения атмосферного воздуха оксидами азота и углерода, а также увеличению экономического эффекта в виде снижении штрафов за не превышение допустимых нормативных требований» «а также увеличению экономического эффекта в виде снижении штрафов за не превышение допустимых нормативных требований» [48].
Проблема загрязнения атмосферы, является основной проблемой человечества. Стремительный рост численности населения Земли в сочетании с его научно-технической вооруженностью кардинально изменили ситуацию на планете. Если еще в относительно недавнем прошлом отрицательные последствия человеческой деятельности проявлялись только на ограниченных территориях, при этом сила ее воздействия была намного меньше мощного круговорота веществ в природе, то сегодня масштабы естественных и антропогенных процессов стали сопоставимыми, при этом соотношение между ними продолжает изменяться в сторону увеличения мощности антропогенного влияния на биосферу.
Атмосферный воздух является важнейшим элементом природы, поскольку он представляет собой незаменимый источник кислорода, который требуется для существования всего живого на планете Земля. Атмосферный воздух является важной составляющей окружающей среды, частью среды обитания человека, животных и растений, он представляет собой естественную смесь газов атмосферы, которая находится за пределами жилых, производственных и других помещений.
За все время своего существования и прежде всего в XX веке, человечество уничтожило примерно 70% всех естественных экологических (биологических) систем на Земле, способных перерабатывать отходы человеческой жизнедеятельности, и продолжает их уничтожать и сегодня. Ежегодно в атмосферу выбрасываются тысячи тонн самых различных вредных веществ, которые зачастую либо вообще не поддаются переработке, либо поддаются ей очень слабо. Последствием этого является то, что служащий основой жизни для человека атмосферный воздух загрязняется и тем самым человечество наносит непоправимый вред самому себе.
Степень научной разработанности проблемы выбросов вредных веществ в атмосферный воздух рассматриваются в статьях: Субботина В.А., Аусева В.Г., Щербо И.В. [41], Бантикова Д.Ю., Елисеева Ю.С., Лаврова В.Н. и др, теоретико-методологическая основа базируется на Федеральном законе от 04.05.1999 г. №96-ФЗ «Об охране атмосферного воздуха» (ред. от 29.07.2018 г.) [17] и патентах: патент РФ № 2225963 «Горелочное устройство» [47], патент РФ патент РФ № 2315913 «Малоэмиссионная камера сгорания газовой турбины» [49], патент РФ № 2167363 «Горелка с предварительным смешением газового топлива и воздуха» [50].
В опубликованных работах рассмотрен вопрос снижения выбросов вредных веществ в атмосферный воздух путем модернизации камер сгорания.
В данной диссертации проведен сравнительный анализ горелочных устройств, выявлены преимущества и недостатки существующих на сегодняшний момент технологий сжигания природного газа и предложена наиболее эффективная установка камеры сгорания, которая позволяет максимально уменьшить выбросы вредных веществ в атмосферный воздух.
Объектом исследования данной работы являются выбросы в атмосферный воздух оксидов азота и углерода, диоксида азота, а так же камеры сгорания.
Предметом исследования являются способы снижения эмиссии парниковых газов в атмосферный воздух, методы, подобранные на основе разработанной и внедренной установки снижающей выбросы вредных веществ в атмосферу в ООО «Газпром трансгаз Самара» Тольяттинском ЛПУМГ.
Целью диссертационного исследования является усовершенствование камер сгорания, снижающих концентрации парниковых газов на предприятии ООО «Газпром трансгаз Самара».
В соответствии с целью были поставлены и решались следующие задачи:
1. Изучить проблемы загрязнения атмосферного воздуха.
2. Провести анализ методов оценки загрязнения атмосферного воздуха.
3. Исследовать принцип работы малоэмиссионной камеры сгорания.
4. Провести анализ работы камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4.
5. Провести экспериментальное исследование выбросов в атмосферный воздух во время использования малоэмиссионной камеры сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4.
6. На основе сравнительного анализа результатов исследования малоэмиссионной камеры сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10 разработать рекомендации по установке эффективной камеры сгорания.
Исследуемая гипотеза работы - внедрение модернизированной малоэмиссионной камеры сгорания на предприятии ООО «Газпром трансгаз Самара» позволит сократить количество выбросов вредных веществ в атмосферный воздух.
Научная новизна состоит в разработке и внедрении малоэмиссионной камеры сгорания в ООО «Газпром трансгаз Самара» Тольяттинском ЛПУМГ.
Теоретическая значимость данной работы состоит в расширении знаний применяемого оборудования, необходимого для снижения выбросов вредных веществ в атмосферный воздух, полученные результаты могут служить рекомендацией другим предприятиям Самарской области.
Практическая значимость исследования заключается во внедрении малоэмиссионной камеры сгорания, позволяющей максимально снижать выбросы вредных веществ оксида азота и углерода в атмосферный воздух.
По результатам диссертационной работы опубликована статья Лапиной Т.А. «Снижение концентрации продуктов сгорания в результате усовершенствования малоэмиссионной камеры сгорания в составе двигателя НК-36СТ» // Сборник научных трудов VII Молодежной научной школы- конференции с международным участием «Актуальные проблемы экологии Волжского бассейна» 18-21 апреля 2019 г. Тольятти: ИЭБВ РАН, 2019 г. С. 285-289.
Положения, выносимые на защиту:
1. Предлагаемая модернизированная малоэмиссионная камера сгорания, снижающая выбросы концентрации вредных веществ в атмосферу на производстве ООО «Газпром трансгаз Самара», может послужить макетом для предприятий, на производстве которых образуются выбросы вредных веществ в атмосферный воздух. Внедрение данной установки позволяет снизить выбросы вредных веществ в атмосферу: оксида азота, диоксида азота, оксида углерода и других веществ.
2. Применение нового более эффективного подхода к горелочным устройствам, в которых происходит сжигание природного газа, позволит снизить негативное воздействие предприятия ООО «Газпром трансгаз Самара» на окружающую природную среду, а так же уменьшить количество выбросов в атмосферный воздух, последствия которых приводят к образованию парникового эффекта.
Структура магистерской диссертации состоит из введения, трех глав, заключения, содержит 70 страниц, 9 рисунков, 7 таблиц и 50 используемых источников.
В первой главе диссертации осуществлялась теоретическая разработка проблемы на основе нормативно-правовые актов, которые направлены на предотвращение загрязнения атмосферного воздуха, статей по снижению выбросов вредных веществ в атмосферу. Проведен анализ основных источников загрязнения атмосферного воздуха в России. Изучены концептуальные подходы (методы), используемые для оценки загрязнений атмосферного воздуха. Рассмотрены мероприятия по осуществлению обязательного контроля за приоритетными загрязняющими веществами на стационарных и передвижных постах, а так же перечень вредных веществ.
Во второй главе проведен анализ работы малоэмиссионной камеры сгорания. Рассмотрен принцип работы камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4. Так же рассмотрены компоненты выбросов вредных веществ в атмосферный воздух и влияние их на окружающую среду.
В третьей главе представлено экспериментальное исследование выбросов в атмосферный воздух во время использования малоэмиссионной камеры сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4. Проведено сравнение результатов исследования малоэмиссионной камеры сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4. Предложена камера сгорания с наилучшими результатами выбросов вредных веществ в атмосферу в ООО «Газпром трансгаз Самара».
В заключении изучены проблемы загрязнения атмосферного воздуха. Проведен анализ методов оценки загрязнения атмосферного воздуха. Рассмотрены существующие горелочные устройства и предложенная модернизированная малоэмиссионная камера сгорания. По словам автора Лапиной Т.А.: «Таким образом, благодаря использованию малоэмиссионной камеры сгорания удастся уменьшить суммарный валовый выброс оксидов азота и оксида углерода с продуктами сгорания НК-36СТ на 90 т. (в годовом исчислении). Помимо этого, также можно будет снизить на 16 тыс. руб. (в расчете на один двигатель) выплаты за неблагоприятное воздействие на окружающую среду (Стандарты организации Газпром 2-1.19-541-2011)» [48].
Применение двухзонных камер сгорания в Тольяттинском ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Самара» позволит снизить загрязнение атмосферного воздуха оксидами азота на 80,73% и углерода на 94,4%.
«Поэтому применение двухзонных камер сгорания в Тольяттинском ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Самара» будет способствовать снижению загрязнения атмосферного воздуха оксидами азота и углерода, а также увеличению экономического эффекта в виде снижении штрафов за не превышение допустимых нормативных требований» «а также увеличению экономического эффекта в виде снижении штрафов за не превышение допустимых нормативных требований» [48].
В результате исследования принципов работы малоэмиссионной камеры сгорания и камеры сгорания ПСТ ГТК-10-4, было установлено, что процесс горения у данных камер сгорания происходит на "бедных" смесях.
Результаты проведенных экспериментальных исследований показали, что двигатель НК-36СТ, который оснащен малоэмиссионной камерой сгорания, имеет наиболее лучшие показатели по выбросам оксидов углерода и азота на номинальном режиме по сравнению с двигателями нового поколения. Эти показатели полностью соответствуют нормам международных стандартов по экологическим показателям загрязнения.
«Таким образом, благодаря использованию малоэмиссионной камеры сгорания удастся уменьшить суммарный валовый выброс оксидов азота и оксида углерода с продуктами сгорания НК-36СТ на 90 т. (в годовом исчислении). Помимо этого, также можно будет снизить на 16 тыс. руб. (в расчете на один двигатель) выплаты за неблагоприятное воздействие на окружающую среду (Стандарты организации Газпром 2-1.19-541-2011)» [48].
Так же «На основании полученных данных следует, что количество выбросов оксида азота и углерода в усовершенствованной двухзонной камере сгорания на максимальном режиме работы двигателя снижается на 80,73% и 94,4%, что соответствует требования ГОСТ 28775-90. Поэтому применение двухзонных камер сгорания в Тольяттинском ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Самара» будет способствовать снижению загрязнения атмосферного воздуха оксидами азота и углерода, а также увеличению экономического эффекта в виде снижении штрафов за не превышение допустимых нормативных требований» [48].
Результаты проведенных экспериментальных исследований показали, что двигатель НК-36СТ, который оснащен малоэмиссионной камерой сгорания, имеет наиболее лучшие показатели по выбросам оксидов углерода и азота на номинальном режиме по сравнению с двигателями нового поколения. Эти показатели полностью соответствуют нормам международных стандартов по экологическим показателям загрязнения.
«Таким образом, благодаря использованию малоэмиссионной камеры сгорания удастся уменьшить суммарный валовый выброс оксидов азота и оксида углерода с продуктами сгорания НК-36СТ на 90 т. (в годовом исчислении). Помимо этого, также можно будет снизить на 16 тыс. руб. (в расчете на один двигатель) выплаты за неблагоприятное воздействие на окружающую среду (Стандарты организации Газпром 2-1.19-541-2011)» [48].
Так же «На основании полученных данных следует, что количество выбросов оксида азота и углерода в усовершенствованной двухзонной камере сгорания на максимальном режиме работы двигателя снижается на 80,73% и 94,4%, что соответствует требования ГОСТ 28775-90. Поэтому применение двухзонных камер сгорания в Тольяттинском ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Самара» будет способствовать снижению загрязнения атмосферного воздуха оксидами азота и углерода, а также увеличению экономического эффекта в виде снижении штрафов за не превышение допустимых нормативных требований» [48].