Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методов оценки экологической безопасности (ЭБ) мусоросжигательных заводов (МСЗ)
1.1. Принципы системности в задачах обеспечения ЭБ МСЗ 10
1.2. Критерии оценки ЭБ МСЗ для систем газоочистки и обращения с золошлаковыми отходами 14
1.3. Порядок извлечения опасных компонентов из
потоков отходящих газов МСЗ 22
1.4. Балансовые схемы газоочистных систем МСЗ 22
1.5. Материальные ресурсы и энергозатраты на процесс очистки отходящих газов МСЗ 30
1.6. Экологическая эффективность газоочистного оборудования МСЗ 38
1.7. Методы и модели расчета газоочистного оборудования МСЗ 39
1.8. Выводы по главе 1 41
Глава 2. Экспериментальные исследования потоков в системе газоочистки МСЗ .
2.1. Условия проведения экспериментов на действующих газоочистных сооружениях МСЗ 42
2.2. Цель и методика измерений газодинамических параметров 49
2.3. Анализ экспериментальных данных по газодинамическим параметрам и компонентному составу потока в газоочистном тракте на МСЗ
2.5. Анализ экспериментальных данных и оценка влияния на ЭБ изменения состава золы и шлака МСЗ при переменной мощности по сжиганию ТБО 65
2.6. Анализ эколого-энергетической безопасности МСЗ 77
2.7. Выводы по главе 2 з
Глава 3. Разработка и исследование теоретической модели газоочистки МСЗ
3.1. Газодинамическая модель стационарного гетерогенного гетерофазного
потока отходящих газов МСЗ 84
3.2 Экспериментальная апробация газодинамической модели стационарного гетерогенного гетерофазного потока отходящих газов в аналогичных системах газоочистки МСЗ с колосниковыми решетками 98
3.3 Экспериментальная апробация газодинамической модели стационарного гетерогенного гетерофазного потока отходящих газов в аналогичных
системах газоочистки МСЗ с печами кипящего слоя 102
3.5. Выводы по главе 3 104
Глава 4. Метод предпроектного анализа ЭБ дислокации МСЗ
4.1. Методика подготовки исходных данных для проектирования МСЗ при размещении на урбанизированной территории 105
4.2. Алгоритм газодинамического управления системами обеспечения ЭБ МСЗ 109
4.3. Эколого-экономическая оценки результатов работы 112
4.4. Выводы по главе 4 115
Выводы по диссертации 116
Список литературы
- Критерии оценки ЭБ МСЗ для систем газоочистки и обращения с золошлаковыми отходами
- Анализ экспериментальных данных по газодинамическим параметрам и компонентному составу потока в газоочистном тракте на МСЗ
- Экспериментальная апробация газодинамической модели стационарного гетерогенного гетерофазного потока отходящих газов в аналогичных системах газоочистки МСЗ с колосниковыми решетками
- Алгоритм газодинамического управления системами обеспечения ЭБ МСЗ
Введение к работе
Актуальность проблемы. Отходы производства и потребления являются одними из самых масштабных источников загрязнения окружающей среды. Ежегодный объем образования ТБО в нашей стране составляет более 43 млн. тонн. Это мощный возобновляемый материально-энергетический ресурс, который при экологически безопасном обезвреживании может дать экономию ископаемого топлива и обеспечить теплом и электроэнергией жилые районы и промышленные предприятия.
Специфика существующих российских региональных систем обращения с ТБО состоит в том, что в связи с ростом населения крупных мегаполисов появляется необходимость увеличения мощности действующих или строительство новых объектов утилизации ТБО. В тоже время современные экологически безопасные предприятия по переработке различных видов сырья, в том числе вторичного, выделенного из ТБО, в стране практически отсутствуют и никакие сверхсовременные технологии сортировки не позволяют выбрать из ТБО от домовладений более 10% полезных рециклируемых фракций, а остальное количество отходов надо либо захоронить на полигоне, либо сжечь. При этом остаточная емкость большинства российских полигонов ТБО при нынешнем уровне образования отходов, будет исчерпана к 2015 году полностью, а вблизи крупных мегаполисов территорий, пригодных для легитимного размещения полигонов захоронения ТБО, практически не осталось.
По данным Международной ассоциации по твердым отходам (ISWA), в течение 10 лет количество МСЗ в мире возросло с 2900 до 4000. В настоящее время в России эксплуатируется 6 МСЗ, объем обезвреживания и утилизации ТБО на которых ничтожно мал и не превышает 3% от общего количества ТБО. В связи с этим чрезвычайно актуальным является строительство МСЗ с применением современных технологий, предусматривающих сочетание максимально полного использования энергетического потенциала ТБО с ЭБ процесса.
Особенностью процесса термического обезвреживания ТБО является их переменный состав, суточные и сезонные колебания объемов сжигаемых ТБО, в результате чего происходит непрерывное изменение параметров горения. Это, в свою очередь, становится причиной значительных колебаний концентраций токсичных компонентов в ДГ и, как следствие, недостаточно стабильная работа системы газоочистки в целом.
Учитывая рост объема переработки ТБО в связи с ростом населения крупных мегаполисов необходимость разработки и применения системных методик обеспечения ЭБ при увеличении мощности действующих МСЗ, определили направление исследований, результаты которых приведены в диссертационной работе.
Цель работы.
Обеспечение ЭБ эксплуатируемых МСЗ по химическому фактору воздействия при переменной мощности по сжиганию ТБО и новых МСЗ при дислокации на урбанизированных территориях на основе предпроектного анализа химического загрязнения.
В соответствии с целью диссертационной работы поставлены и решены следующие задачи:
- исследовать газодинамические и термохимические параметры потока ДГ на действующей технологической линии МСЗ при переменной производительности по сжиганию ТБО;
- разработать и произвести опытно-промышленную апробацию методики обеспечения ЭБ МСЗ по химическому фактору воздействия на прилегающие урбанизированные территории при переменном расходе ТБО на основе исследований изменений физико-химических характеристик состава ДГ и золошлаковых отходов МСЗ;
- разработать методику предпроектного анализа ЭБ МСЗ и её влияния на прилегающие урбанизированные территории на основе модели стационарного течения ДГ в газоочистном тракте.
Научная новизна работы:
-
Впервые путем экспериментальных исследований газоочистных систем действующих промышленных котлоагрегатов МСЗ определены границы ЭБ МСЗ при переменной мощности по сжиганию ТБО для колосниковых печей и печей кипящего слоя, как наиболее распространенных в мировой практике.
-
Получена полуэмпирическая модель расчета распределений газодинамических и термохимических параметров по длине газоочистного тракта МСЗ различных типов, позволяющая построить систему управления газоочистной системой с целью обеспечения ЭБ МСЗ по химическому фактору воздействия.
-
Построена и апробирована путем сравнения экспериментальных и расчетных данных математическая модель, адекватно описывающая широкий спектр газодинамических и термохимических процессов в потоках ДГ МСЗ различных типов и позволяющая проводить предпроектный анализ ЭБ при выборе мест дислокации МСЗ на урбанизированных территориях.
-
Разработанная одномерная газодинамическая модель гетерогенного гетерофазного потока ДГ позволяет проводить количественные оценки параметров течения в газоочистном тракте, в исследованном диапазоне изменения мощности по сжиганию, расхода и начального давления воздуха с погрешностью, не превышающей 20 %, как для колосниковых печей, так и для печей кипящего слоя.
-
Разработана и апробирована методика предпроектного анализа возможности обеспечения ЭБ при выборе места дислокации МСЗ на урбанизированных территориях.
Практическая значимость и реализация результатов.
-
Проведены сравнительные газодинамические испытания системы газоочистки МСЗ при различной производительности по сжиганию ТБО и показано, что при увеличении производительности происходит изменение газодинамических параметров, которые приводят к увеличению выбросов.
-
На основе разработанной физико-математической модели стационарного течения ДГ в газоочистном тракте МСЗ создана и апробирована методика предпроектного анализа ЭБ МСЗ, позволяющая определить допустимость размещения МСЗ на урбанизированных территориях
-
Результаты работы использовались при разработке проекта реконструкции системы управления газоочистной системой Спецзавода №2 ГУП «Экотехпром».
Достоверность полученных результатов: обеспечивается применением подходящих экспериментальных методик и метрологическими характеристиками поверенных измерительных приборов, а также правильной оценкой погрешности экспериментальных данных и их удовлетворительным совпадением с производственными результатами.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на межвузовской студенческой конференции «Безопасность человека: проблемы, пути решения» (Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009), VI– ой международной научно – практической конференции «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов» (Москва, МГУИЭ, 2009).
Результаты диссертационной работы использованы при выполнении государственного контракта от 11 октября 2011 г. №16.515.12.5014 «Исследование процесса и устройств для производства энергии из твёрдых коммунальных отходов экологически безопасными и энергоэффективными сателлитными агрегатами в городских котельных» с Министерством образования и науки Российской Федерации в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы».
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, в том числе 4 статьи в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ для публикации основных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и 3 приложений. Работа изложена на 148 страницах, включающих 33 рисунка, 25 таблиц и список литературы из 137 наименований.
Критерии оценки ЭБ МСЗ для систем газоочистки и обращения с золошлаковыми отходами
Отдельно оценивается санитарная безопасность МСЗ, а также интенсивности межсредовой миграции загрязнений [122].
Основными по видам (средам) воздействия для МСЗ является загрязнение воздуха и загрязнение отходами производства (золошлаковая смесь), а такие факторы как шум, вибрация; электромагнитные поля (включая радиоактивное загрязнение), загрязнения почвы и грунтов не являются специфичными для МСЗ.
Загрязнение атмосферного воздуха может оцениваться как по данным натурных замеров, так и по расчетным данным для самых неблагоприятных и наиболее вероятных условий с учетом показателей фонового загрязнения атмосферы на современных компьютерных моделях [124]. 2) Оценка неблагоприятных воздействий и событий [122].
На втором этапе необходимо дать различные оценки неблагоприятных воздействий, которые могут быть отнесены к разряду рисковых или кризисных в течение определенного периода времени на данной территории. Различают следующие методы оценки неблагоприятных событий: Статистический; Аналитический; Экспертный; В данном случае данные методы применяются в комплексе. Экспертный метод не применим для данного предприятия в данных условиях. Используем статистические методы, которые обычно используются вместе с аналитическими при формировании сценария развития экологической обстановки. Каждый метод дополняет друг друга. 3) Определение структуры и концепции ЭБ МСЗ. Построение системы ЭБМСЗ[124]. Концепция ЭБ должна быть достаточно краткой и четкой. Она должна обеспечивать организацию природопользования в объеме, не наносящем окружающей среде невосполнимого ущерба и не причиняющем вреда здоровью населения.
Целью ЭБ для МСЗ является недопущение сверхнормативных выбросов. Задачу можно сформулировать, как обеспечение мероприятий для предотвращения сверхнормативных выбросов. В связи с тем, что МСЗ проектируются зарубежными странами и не учитывают специфику российского законодательств необходимо использовать принцип проверки соответствия выбросов российскому законодательству. В основе концепции ЭБ МСЗ должен использоваться принцип рационального природопользования, согласно которому уровень антропогенного воздействия должен соответствовать способности экосистем нейтрализовать его последствия. Этот принцип должен быть реализован через систему экологических нормативов природопользования, рассчитанных на основе экологических норм воздействия на окружающую среду, которые установлены для основных экосистем населенных пунктов. Действующая система экологических нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) не соответствует существующим экономическим и социальным условиям [12]. Оценку экологического состояния необходимо осуществлять путем сравнения нормативного и фактического уровней воздействия на окружающую среду. 4) Количественная оценка ЭБ МСЗ [124]. Группу этапов оценки ЭБ МСЗ завершают исследования, целью которых является формирование количественных показателей критериев ЭБ МСЗ (интегральные оценки), которые затем будут использоваться при выработке управленческих решений. 5) Оценка методов и механизмов обеспечения ЭБ МСЗ [14, 125].
На данном этапе мною предлагается внедрить теоретическую модель стационарного течения отходящих газов в газоочистном тракте МСЗ, позволяющую анализировать влияние физико-химические воздействия в каждом аппарате на эффективность системы газоочистки в целом. При этом данная модель позволяет: избежать неблагоприятного антропогенного воздействия на территории региона, предполагает регулирование поведения объекта путем изменения характера его функционирования, уклонения от ситуаций, в которых может быть нанесен ущерб экосистемам; снизить вероятность появления неблагоприятного события, предполагает измерение условий функционирования объекта, не затрагивая его характера. Например, замена технологии производства на менее экологически опасную;
Анализ экспериментальных данных по газодинамическим параметрам и компонентному составу потока в газоочистном тракте на МСЗ
Воздух горения всасывается вверху приемного бункера ТБО (уносит, таким образом, запахи и пыль) и проходит через пылеуловитель, а затем попадает в дутьевой вентилятор, обеспечивающий расход 33000 нмЗ/час при температуре 20 С и статическое разрежение 5900 Па. Затем воздух горения, подогретый в паровом калорифере с температурой 170С подается под решетку и на верхнюю газовую горелку. Воздух на нижнюю горелку поддержания горения подается от индивидуального вентилятора, встроенного в горелку.
За камерой дожигания дымовые газы переходят во второй нисходящий газоход, в котором размещена поверхность пароперегревателя. В третьем восходящем газоходе размещен конвективный пучок, который совместно с верхним и нижним барабанами образуют самостоятельный циркуляционный контур. Газовый тракт КУ завершается четвертым нисходящим газоходом, в котором размещен водяной экономайзер с подвесной системой.
В радиационной части котлоагрегата за счет оптимизации режима горения ТБО поддерживается температура 850-950С и обеспечивается время пребывания дымовых газов (не менее 2 секунд), необходимое для снижения концентрации образующихся диоксинов и фуранов.
Очистка дымовых газов от оксидов азота осуществляется карбамидом в процессе некаталитического восстановления N0 (СНКВ).
Твердый гранулированный карбамид марки А 1-го сорта ГОСТ 2081-92 из хранилища с помощью винтового питателя поступает в емкость для приготовления раствора, куда одновременно подается химически очищенная вода. Приготовленный 40%-ный раствор карбамида автоматически по сигналу датчика уровнемера перекачивается в рабочие емкости, затем насосами-дозаторами подается в смесители-гомогенизаторы, где смешивается с паром. Полученная восстановительная смесь через специальную распределительную систему вводится в расчетную зону топочной камеры МСУ при температуре 850-950С За счет попеременного изменения направлен движения дымовых газов в котлоагрегате 180 (вниз - вверх) частично выделяется летучая зола, которая поступает в систему золоудаления.
В целях снижения выбросов тяжелых металлов, диоксинов и фуранов в газоход перед реактором винтовым конвейером фирмы CERAM S.A, (Франция) подается мелкодисперсный активированный уголь марки АБГ-П активный ТУ 2162-002-55580757-2005 производства ЗАО «Карбоника-Ф», который затем всасывается через отверстие в газоходе диаметром 70 мм за счет разрежения дымовых газов.
Для снижения выбросов в атмосферу кислотосодержащих веществ (SO2, НС1, HF) и охлаждения дымовых газов до 140 С используется известковое молоко, которое подается с помощью специальной турбины фирмы ROGER ROUX S.A. . (Франция) в пространство квазисухого реактора, состоящий из цилиндрической части диаметром 7 м и высотой цилиндрической части 9,5 м и высотой конической части5,8 м и углом конусности 60 .
Дымовые газы подаются через распределительную решетку в верхней части реактора и две решетки со съемными секциями. Далее дымовые газы поступают в диффузор со щитками, установленными под углом 50 к вертикальной оси, что создает вращательное движение дымовых газов.
Известковое молоко подается в верхнюю часть реактора в турбину для распыления с централизованной системой смазки и электродвигателем с ременной передачей. Ременной передачей на вал передается вращение с частотой 5000 об\мин. Распыление известкового молока происходит с диска диаметром 430 мм со вложенными внутрь 12 втулками с диаметром отверстия 8 мм (соплами).
Отвод дымовых газов осуществляется из нижней части реактора. Очистка дымовых газов от золы, пыли, продуктов взаимодействия с известковым молоком и активированным углем осуществляется в высокоэффективном рукавном фильтре «импульсно-струйного» типа, где пыль слоями оседает на внешней стороне рукавов. Фильтры фирмы AAF International типа FabriPulse имеют следующую конструкцию: - габариты 9250x7000x14200 - 6 секций с рукавами из войлока с тефлонными волокнами Р 84 марки RASTEX, установленными в вертикальном положении и прикрепленными в передней части плотными зажимами. В каждой секции по 121 рукаву длиной 4270 мм и диаметром 130 мм. Дымовые газы проходят снаружи во внутрь каждого рукава. - байпас между входом и выходом препятствует попаданию дымовых газов на рукава, когда температура снижается ниже точки росы.. - автоматическая система очистки рукавов: распределители сжатого воздуха подают очищающий воздух в каждый рукав отдельно. Очистка каждой секции также производится отдельно, ряд за рядом. - система очистки включается с помощью реле времени автоматически; система включается также при большой потере нагрузки (при разнице давления на входе и выходе). - бункеры пыли, в которых температура поддерживается за счет внешней системы обогрева горячей водой. В них установлены указатели верхнего уровня для предупреждения возможных зависаний или забивания пыли. - система изоляции секций: внизу каждой секции стоит впускная заслонка, вверху - заслонка для отвода дымовых газов. - лазы для доступа к передней части рукавов в каждой секции с монорельсом для открывания дверей. Отдельный доступ к каждой секции позволяет заменить в ней рукава, не останавливая работу других секций; при этом секция изолируется с помощью обеих заслонок, а верхняя часть охлаждается воздухом. Дымосос обеспечивает расход 42000 нм3/час при температуре 150 С и статическое разрежение 5200 Па и служит для удаления дымовых газов в дымовую трубу и поддержания разрежения в топке. Зола собирается шнеками под бункером котлоагрегата, реактором и рукавным фильтром и удаляется в бункер золы с помощью каскада шнеков и цепно-скребковых конвейеров.
Экспериментальная апробация газодинамической модели стационарного гетерогенного гетерофазного потока отходящих газов в аналогичных системах газоочистки МСЗ с колосниковыми решетками
Для получения полной информации о процессах происходящих в газоочистной системе МСЗ необходимо составление материального баланса по всем компонентам системы. В результате его составления будет возможно анализировать степень очистки дымовых газов от вредных компонентов. Для составления материального баланса были проведены исследования состава золы и шлака серии 1 [32]. На основании проведенных экспериментальных исследований показано, что для обезвреживания зольных отходов с фильтров МСЗ необходима разработка технологий, обеспечивающих гарантированную деструкцию молекул полихлорированных бифенилов диоксинового ряда.
Объектами настоящего исследования являются зольные остатки систем газоочистки МСЗ №2 и содержащаяся в шлаке колосниковая зола. В данной работе «зольными остатками систем газоочистки» являются смесь летучей золы с известью и активированным углем. Колосниковой (или донной) золой является фракция в шлаке с размером частиц менее 0,25 мм. Отбор проб летучей золы МСЗ №2 в данной работе осуществляли из бункера-накопителя остатков систем газоочистки. Было отобрано пять проб летучей золы. Пробы всегда были многоточечными (20 точек) и случайными как по времени дня, так и по месту сосредоточения отхода [90].
В золошлаковых отходах МСЗ №2 летучая зола совместно с продуктами газоочистки составляет до 15% (т.е. до 3,6% от общего объема ТБО), в том числе продукты газоочистки - до 3% (т.е. до 0,7% от общего объема ТБО.
При анализе набора оксидов в шлаке (см. табл.14) выявлены наиболее вероятные источники происхождения любого оксида, а для некоторых можно предложить организационно-технические мероприятия, снижающие их концентрацию в шлаке. Так, например, основным источником Si02, с большой вероятностью можно считать уличный смет.
Уменьшение доли СаО связано с улучшением качества бетонных изделий и дорожных покрытий, где кальций является одним из распространенных вяжущих. Доля большинства других оксидов возрастает из-за роста объемов квартирных ремонтов, т.к. все эти оксиды являются компонентами стекла. Уменьшение содержания Fe203 прежде всего связано с сокращением объемов стеклянной тары и ростом объемов ПЭТФ-тары для пищевых продуктов.
Из опыта эксплуатации МСЗ №2 следует, что при термической технологии обращения со шлаком, влажность шлака, выгружаемого из шлаковой ванны после шлаковыталкивателя, составляющая (20 - 22) %, в значительной мере определяет величину непроизводительных потерь энергии. Точно также наличие влаги вызывает повышенный расход реагентов при выборе химической реагентной технологии, при этом: - насыпная плотность сухого шлака составляет -1,4 т/мЗ; - насыпная плотность влажного шлака составляет до 2,0 т/мЗ. Состав золы и содержание микроэлементов приведены в табл. 15 и 16 соответственно.
В атмосфере мусоросжигательной печи количество Н2О определяется влажностью исходных ТБО и существенно зависит от содержания Н2О в отходящих газах, т.е. от полноты протекания реакции горения.
По минералогическому составу шлак преимущественно представлен кварцем, альбитом, мелитом, а также окислами железа, алюминия, карбонатами и сульфатами. К важнейшим показателям, определяющим возможность последующего использования шлака, следует отнести: минералогический, химический и гранулометрический составы, влажность, содержание недожога, истинную насыпную плотность, пористость, абразивность, адгезионные и когезионные свойства. Таблица 15
Потери при прокаливании (П.п.п) золы включают в себя не только выгорание органических остатков (углерода), но и удаление воды при дегидратации Са(0Н)2 и алюмосиликатов, удаление СО2 из карбоната кальция. Повышенное содержание в золе (по сравнению со шлаком) CaO, MgO, К2О и Na20 и пониженное S102 увеличивает ее основность (однако она остается кислой) и гидрохимическую активность; в отдельных случаях зола может быть отнесена к активным материалам.
Во время горения отходов многие соединения тяжелых металлов испаряются при температурах 850-1000 ОС с отходящими газами покидают печь вместе с частицами летучей золы. В экономайзерной части котлоагрегата температура отходящих газов понижается до значений порядка 200-300 С, что приводит к конденсации большей части соединений тяжелых металлов на частицах летучей золы [40]. В настоящее время на большинстве МСЗ мира установлены сложные системы очистки отходящих газов, включающие от 2-х до 5-ти стадий (обеспыливание, абсорбция, адсорбция, денитрификация, выделение диоксинов, выделение аэрозолей). Таким образом, собираемая в системе газоочистки зола в большинстве случаев представляет собой комбинированный материал, содержащий и впрыскиваемые в поток отходящих газов сорбенты (известь и активированный уголь) [41].
Опасность отходов мусоросжигания обусловлена как наличием соединений класса полихлорированных бифенилов, типа ПХДД и ПХДФ, так и подвижных форм тяжелых металлов (главным образом, свинца, кадмия, цинка, меди и хрома), способных мигрировать в природные среды (почва, поверхностные и грунтовые воды) [54]. Исследования распределения металлов [41, 92] по отходам мусоросжигания показали, что 78% кадмия, 43% свинца и 38% цинка, поступивших с ТБО на сжигание, концентрируются на частицах золы. Образующиеся в результате сжигания отходов, летучая зола и шлак представляют собой сложные минеральные композиции, которые имеют оксидную основу с широким колебанием содержания основных компонентов.
Результаты экспериментов по выщелачиванию металлов из зол МСЗ показали, что наибольшая миграционная активность элементов наблюдалась при контакте отхода с кислыми и слабокислыми выщелачивающими растворами [128]. В водную среду из золы в первую очередь мигрируют легко растворимые хлориды Na и К. В меньшей степени водной миграции подвержены Са и А1. Из токсичных металлов в водных вытяжках отмечены Pb, Zn, Си, Сг.
Алгоритм газодинамического управления системами обеспечения ЭБ МСЗ
Система (3.18) -(3.21) записана в безразмерной форме, т.к. все величины отнесены к своим характерным значениям. Уравнения (3.18) представляют собой законы сохранения массы фаз; уравнение (3.19) -уравнения движения фаз; уравнение (3.20) - закон сохранения энергии. Соотношения (3.21) соответственно тепловые потери в стенки канала, уравнение состояния газовой фазы, расход вдуваемого газа. Система дифференциальных уравнений (3.18) (3.20) и соотношения (3.21) представляют собой полное описание одномерного стационарного газового потока в канале переменного сечения. Кроме указанных зависимостей для решения системы (3.18)-г(3.21) необходимо задать граничные условия. Для дозвуковых течений решение (3.18)ч-(3.21) представляет собой краевую задачу. Граничные условия могут быть заданы для газовой фазы - два на входе и одно на выходе из канала. Такими условиями для газовой фазы могут служить любые два газодинамических соотношения (или параметра) полученные из теоретических или экспериментальных исследований. Чаще всего задаются давлением среды Р , , куда происходит истечение. При сверхзвуковом течении на входе в канал во входном сечении необходимо задавать три соотношения, которые полностью определяют течение. При смешанных течениях с переходом через скорость звука постановка граничных условий для первой фазы зависит от характера перехода через М = I и от типа особой точки системы уравнений (3.18)-f(3.21) переход совершается непрерывно.
Предлагаемая одномерная модель может быть использована также и для качественного описания осевого распределения скорости, плотности и энтальпии двухфазной струи, вытекающей из канала в участках ГОС МСЗ. Для этого следует провести осреднение параметров струи в каждом сечении по их среднемассовым значениям Zi . Значения Zi, в свою очередь, требуют задания границ струи и закона подмешивания газа в нее по всей длине.
В соответствии с существующими представлениями примем наружные границы струи прямолинейными [50. 58]. Строго рассуждая, границей квазиодномерной струи следует считать только «трубку тока» заключающую ее при выполнении условия существования нормальных сечений [2]. При таком рассмотрении структура уравнений (3.18)ч-(3.21) не изменяется при переходе от каналового течения к струйному. Для одномерной струи решение (3.18X3.21) представляет собой задачу Коши. В качестве граничных условий выступают условия на выходе. Интервал интегрирования (3.18) ( 3.21) для струи ограничен справа положением следующей секции ГОС.
Решение системы (3.18 ( 3.21) распадается на две задачи. Для каналового течения одной из фаз (газа) имеет место краевая задача с граничными условиями, сформулированными в работе [33]. При этом для струйного течения имеет место задача Коши: для «газа частиц» граничные условия выставляются только в сечении ввода частиц. Расчеты проводились методом Рунге-Кутта четвертого порядка с автоматическим выбором шага интегрирования.
Для решения термохимической части задачи необходимо записать уравнение сохранения расхода газа [56, 70]. Уравнение сохранения парожидкостного потока представляется в виде: Решение данного дифференциального уравнение даст значения концентраций на выходе из ГОС МСЗ. Экспериментальная апробация газодинамической модели стационарного гетерогенного гетерофазного потока отходящих газов в аналогичных системах газоочистки МСЗ №2
Расчет по описанной выше модели для участков ГОС МСЗ проводился средствами Mathcad. В качестве исходных данных вводились значения размера сечения газохода, подвод реагентов и отвод золы из системы. В качестве граничных условий выступают условия на входе ГОС МСЗ. В результате решения системы дифференциальных уравнений (3.18М 3.21) получены графики изменения энтальпии, скорости, плотности дымовых газов МСЗ. Данные результаты были сопоставлены с экспериментальными значениями и результатами регрессии экспериментальных данных.. Результаты для изменения температуры дымовых газов в канале ГОС МСЗ №2.пред ставлены на рис. 21 - рис. 25, а для разрежения дымовых газов в канале ГОС МСЗ №2. - на рис. 26 - рис. 28.
