Лисиенко Ресурсы и факторы управления в енергосбережении 2011

Рис. 5.18. Схема печи с факельно-импульсным сводовым отоплением (а) и принципиальная электрическая схема управления длиной факелов (б): 1а – отсекающие дроссельные заслонки; 1б – исполнительный механизм; 1в – релейное устройство; 1г – реле времени; 1д – переключатель «автомат – ручное управление»; 1е – кнопочное ручное управление;

2 – газопровод длиннофакельной ступени; 3 – газопровод короткофакельной ступени; 4 – воздухопровод;

5 – корпус горелки ФСГ-Р; 6 – кладка печи; 7 – тоннель горелки; 8 – общий газовый коллектор;

К. ф. – контур факела при работе горелки на короткофакельной ступени; Д. ф. – то же для длиннофакельной; М – металл; А и Д – автоматическое и дистанционное управление;

ИМ – исполнительный механизм; ОВ и УО обмотки: возбуждения

иуправляющая; АТ – автотрансформатор; КС, КП – кнопки; Р1–Р3 – реле

иих контакты; КВ – конечный выключатель

101

Рис. 5.19. Сопловая часть горелки с регулируемой длиной факела для вращающейся печи огнеупорной промышленности: 1 – сопла центральной подачи газа; 2 – сопло периферийной подачи газа;

3 – сопло для подачи кислорода

Использование подобного рода горелки на вращающейся барабанной печи представлено на рис. 5.20. Для управления факелами и технологическими процессами печь снабжена датчиками измерения содержания кислорода в продуктах сгорания (см. также рис. 5.15) и радиационным пирометром.

Рис. 5.20. Схема организации процесса управлением факелами на вращающейся барабанной печи: 1 – окислитель-интенсификатор (кислород, компрессорный воздух); 2 – пирометр; 3 – контроль длины пламени; 4 – двухпроводный подвод природного газа; 5 – двухпроводная горелка с регулируемой длиной факела и подводом окислителя; 6 – измерение О2; 7 – продукты сгорания

102

На рис. 5.21 показана сравнительно простая горелка для стекловаренных печей, снабженная для управления длиной факела периферийной подачей интенсификатора, в данном случае – компрессорного воздуха.

Рис. 5.21. Газовоздушное сопло горелочного устройства стекловаренной печи:

1 – подача газа; 2 – подача интенсификатора – компрессорного воздуха

Рис. 5.22. Схема управления длиной факела в рабочем пространстве энерготехнологического агрегата (промышленной печи):

1 – рабочее пространство; 2 – нагреваемый или расплавляемый материал; 3 – горелочное устройство; 4 – датчик на СО и О2; 5 – показывающий, записывающий, сигнализирующий вторичный прибор и регулятор; 6 – контур короткого факела; 7 – контур чрезмерно длинного факела; Г– газ; В – воздух (окислитель).

103

Упрощенная схема автоматического управления длиной факела приведена также на рис. 5.22. Датчики-газоанализаторы 4 определяют одновременно содержание СО и О2 в продуктах сгорания. В случае регистрации условия (5.25), свидетельствующего о чрезмерно длинном факеле, через регулятор 5 осуществляется воздействие на горелочное устройство по одному из механизмов, отражаемых формулой (5.31). Например, это подача интенсификаторов (кислород, сжатый воздух), закручивание потока воздуха или переключение горелки типа ФСГ-Р на короткий факел (см.

рис. 5.17–5.21).

Диссоциация продуктов сгорания. Как отмечалось, третий ме-

ханизм заключается в возможном появлении СО в результате условий термодинамического равновесия реакции (5.23) при высоких температурах (можно этот случай представить как механизм диссоциации СО2).

Диссоциировать может также и водяной пар Н2О с образованием Н2 и Н, также образующих химический недожог топлива. При температурах рабочего пространства многих энерготехнологических агрегатов (не выше 1800–2000 °С) химический недожог в результате диссоциации не превышает 2–3 %.

В случае использования кислорода для горения и значительного повышения температуры пламени степень диссоциации продуктов сгорания возрастает, и недожог топлива в виде оксида углерода и водорода может достигать значительных величин (рис. 5.23).

Как следует из рис. 5.23, при горении метана в атмосфере чистого кислорода содержание СО вследствие диссоциации продуктов сгорания может доходить до 15 %, и общий химический недожог топлива составляет q3 = 23 %.

Температура пламени при этом не превышает 3050 К. Следует, однако, иметь в виду, что при охлаждении продуктов сгорания вследствие теплоотдачи к рабочим материалам температура газов снижается, при этом проходят процессы рекомбинации (сдвиг реакции горения (5.23) вправо) со снижением концентрации СО и возможным выделением теплоты рекомбинаций на поверхности нагреваемого материала.

104

Рис. 5.19. Зависимость адиабатической температуры пламени метана для стехиометрического равновесного соотношения Т, концентраций СО, Н2, Н в продуктах сгорания и химического недожога (по компонентам СО и Н2) q3

от содержания кислорода в окислителе

Библиографический список к главе 5

1.Лисиенко В.Г. Сооружение промышленных печей. Проектирование плавильных комплексов: Справочное издание: Книга 1, том I / В.Г. Лисиенко, Я.М.Щелоков, М.Г. Ладыгичев / Под ред. В.Г. Лисиенко. М.: Теплотехник, 2006.

2.Хрестоматия энергосбережения /В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, М.Г. Ладыгичев / Под ред. В.Г. Лисиенко. Изд. 2-е стереотипное. М.: Теплотехник, 2005.

3.Горелов В.И., Карелова О.Л. Математическое моделирование в экологии: учебное пособие. М.: Изд-во РУДН, 2000.

4.Цымбал В.П. Математическое моделирование сложных систем в металлургии: учебник для вузов. Кемерово; М.: Издательское объединение «Российские университеты»: Кузбассвузиздат – АСТШ, 2006.

105

Контрольные вопросы к главе 5

1.Каковы основные факторы, влияющие на эмиссию оксида азота при горении топлив и пути подавления выбросов?

2.Объясните основные приемы управления выбросами вредных веществ на примере оксида углерода.

3.Химический недожог топлива – что это такое?

4.При каких условиях протекают процессы диссоциации и рекомбинации продуктов сгорания топлив?

5.Оцените причины возникновения химического недожога топлива в виде оксида углерода при следующих соотношениях CO и O2:

1)CO = 2 %; O2 = 0,2 %;

2)CO = 3 %; O2 = 4 %;

3)CO = 0,5 %; O2 = 0,1 %.

6.Определить длину факела природного газа в условиях свободной струи при диаметре выходного сечения горелки D0 = 10 мм.

7.Определить длину факела природного газа при диаметре выходного сечения горелки D0 = 10 мм и при Kи = 0,5.

106

Глава 6. МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОГО УЩЕРБА ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, В ТОМ ЧИСЛЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ РИСКА

6.1. Понятие экономического и эколого-экономического ущерба и экологический риск

Экономический и эколого-экономический ущерб. Проблема защиты окружающей среды возникла перед человечеством сравнительно недавно. В наше время происходит огромное количество вредных выбросов в атмосферу и океан, уничтожение лесов. Озоновые дыры, потепление климата, вымирание многих видов животных наглядно свидетельствует о том, что наша среда обитания подвергается серьезной опасности. От дальнейшей активности людей будет зависеть жизнь планеты и ее обитателей. В данный момент с этой экологической проблемой столкнулись все страны мира. Считается, что наиболее подвержены проблеме загрязнения окружающей среды индустриальные страны Америки и Европы, но пройдет совсем немного времени, когда эта же проблема охватит и развивающиеся страны, поэтому уже сейчас следует предпринимать серьезные меры, так как известно: беду легче предотвратить, чем потом устранять ее последствия.

Под термином «охрана окружающей среды» понимаются все экономические, правовые, социально-политические и организаци- онно-хозяйственные механизмы, которые обеспечивают защиту окружающей среды от вредных воздействий.

Для того чтобы обеспечить контроль за загрязнением окружающей среды, устанавливаются стандарты воздействия на нее и стандарты качества. При этом исходят из того, что уровни загрязнения в переделах стандартов (часто их называют нормативами) находятся внутри ассимиляционного потенциала экосистемы, или иными словами, не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду.

Загрязненная среда может оказывать отрицательное воздействие на реципиентов (людей и других организмов, подвергающихся воз-

107

действию окружающей среды), которое проявляется в повышении заболеваемости людей, снижении их трудоспособности, ухудшении условий жизни населения, снижении продуктивности природных ресурсов, ускоренном износе основных фондов и т. д.

Основной итог экономического регулирования охраны окружающей среды в развитых странах за рубежом – формирование такого пути экономического развития, когда рост выпуска продукции сочетается со снижением ее ресурсо- и энергоемкости. В итоге снижаются общая нагрузка на окружающую среду и размеры ущерба на единицу продукции.

Под экономическим ущербом, причиняемым обществу загрязнением окружающей среды, понимается сумма затрат двух типов:

затрат, вызываемых воздействием загрязненной среды;

затрат на предупреждение воздействия загрязненной среды на реципиентов (когда такое предупреждение, частичное или полное, технически возможно).

Затраты на полное предупреждение воздействия могут оказываться большими, чем сумма затрат обоих типов при частичном предотвращении воздействия загрязненной среды на людей и различные объекты. Поскольку при выбросе загрязнителей в среду подобная ситуация случается часто, оба указанных типа затрат обычно имеют место одновременно.

Затраты, вызываемые воздействием загрязненной среды на реципиентов, появляются главным образом при загрязнении атмосферы, акустической среды населенных мест, а при загрязнении водных источников – у тех водопотребителей, которые используют загрязненную воду (орошаемое земледелие, гидротехнические сооружения и объекты). Величина этих затрат определяется расходами на компенсацию негативных последствий воздействия загрязнений на человека и различные объекты. Указанные затраты представляют собой сумму приведенных затрат на следующие мероприятия:

медицинское обслуживание людей, заболевших вследствие загрязнения окружающей среды;

компенсацию потерь чистой продукции из-за снижения производительности труда, невыхода трудящихся на работу в результате воздействия загрязненной окружающей среды на население;

108

дополнительные услуги коммунально-бытового хозяйства изза загрязнения среды;

компенсацию количественных и качественных потерь продукции в результате снижения продуктивности земельных, лесных, водных и других ресурсов при загрязнении среды;

компенсацию потерь промышленной продукции из-за воздействия загрязнений на основные фонды.

В числе затрат, вызываемых воздействием загрязненной среды, должны учитываться и затраты, вызываемые вторичным загрязнением (от сжигания отходов, их проникновения в окружающую среду в процессе хранения и т. п.).

Экономический ущерб от загрязнения среды является комплексной величиной и слагается из ущербов, наносимых отдельным видам реципиентов в пределах загрязненной зоны, в том числе

иот влияния вредных веществ на организм человека и затрат, связанных с медицинским обслуживанием людей, заболевших вследствие загрязнения окружающей среды.

Существует понимание того, что затраты от загрязнения намного шире, чем просто затраты на госпитализацию и лечение, статистические данные по которым могут быть получены в учреждениях здравоохранения (больницах). Необходимо учитывать и другие затраты, связанные с состоянием здоровья, которые не могут быть представлены в денежном выражении, включая косвенные и социальные затраты от заболеваемости (потеря продуктивности, комфорта, неоплачиваемые затраты на лечение), а также социальные затраты от преждевременной смертности. Кроме того, появляются затраты, не связанные со здоровьем: ущерб лесному, сельскому, рыбному хозяйству, строениям и т.д. Существует понимание того, что экономические затраты на выздоровление от загрязнения и охранные мероприятия не являются достаточно полным показателем ущерба от загрязнения и что необходимо более полно учитывать экономическую величину такого ущерба.

Рассмотрим основные методологические, методические и практические вопросы оценки эколого-экономического ущерба. При этом предпочтение отдано эколого-экономическому ущербу от загрязнения атмосферы. При рассмотрении данного вопроса мы исходили из экономических показателей.

109

Специфика экологического ущерба заключается в многообразии его проявлений, в том, что он, как правило, не может быть адекватно измерен с помощью категорий материального ущерба. Поэтому в экологии часто применяют понятие не экологического ущерба, а эколого-экономического ущерба. Иначе его еще называют экономическим ущербом от загрязнения (нарушения) окружающей среды.

Рассматривая эти вопросы, сложно обойти правовые аспекты. Предполагается, что соотношение экологического ущерба, экономического ущерба от нарушения окружающей среды и юридически значимого ущерба следующее: юридически значимый ущерб плюс нормативный ущерб равен общему экономическому ущербу; общий экономический ущерб плюс некая неучтенная его часть ра-

вен экологическому вреду.

Под противоправным загрязнением окружающей среды в практике управления окружающей средой обычно подразумеваются превышения краткосрочных максимально разовых нормативов допустимого воздействия в результате залповых выбросов или выбросов загрязняющих веществ без оформленного в установленном порядке разрешения.

Под эколого-экономическим ущербом понимают убытки, выражающиеся в потере или ухудшении свойств материальных благ; потере (недополучении) потенциальных благ при имевших место инвестициях в них; потере (недополучении) неинвестированных потенциальных благ; дополнительных затратах на компенсацию понесенных потерь; возможности рационального использования наличных ресурсов.

Сначала экономический ущерб разрабатывался в экономике природопользования, в частности, для оценки последствий загрязнения окружающей среды. Уже тогда стало понятно, что при определении экономического ущерба следует исходить из его стохастического характера (а потому величина ущерба может определяться с той или иной степенью вероятности) и что главная трудность практического определения экономического ущерба состоит в несовпадении по месту и времени возникновения негативных последствий действия или бездействия. Таким образом, определенность и достоверность оценок экономического ущерба определяется уров-

110