Моделювання техногенного впливу на навколишнє природне середовище об’єктами теплоенергетики

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуального науково-практичного питання моделювання впливу теплоенергетичних об’єктів на навколишнє природне середовище та розроблення природоохоронних заходів, що підвищують рівень екологічної безпеки в районах їх розміщення. У результаті проведених досліджень були розроблені математична модель процесу горіння в котлах із циркулюючим киплячим шаром та модель перенесення забруднювальних речовин за профілем грунту в зоні розміщення ТЕЦ. Враховуючи зміни напору та водонасиченості, що залежать від кількості опадів, клімату в цілому, спрогнозували стан підземних вод у зоні аерації досліджуваного об’єкта теплоенергетики, а також під час фільтрації води із золошлаконакопичувача. Алгоритми чисельного розв’язання задач профільної фільтрації, масоперенесення забруднювальних речовин були розроблені на базі методу скінченних елементів. Проведено дослідження утилізації відхідних газів під час деструкції палива на об’єктах теплоенергетики. Сформований механізм зв’язування азотних та сірчистих сполук у зоні деструкції палива. Запропонований режим роботи пристроїв об’єктів теплоенергетики з повною утилізацією техногенних газів. З метою оцінювання впливу на стан навколишнього природного середовища ТЕЦ, які працюють на вугіллі, та для виявлення шляхів міграції забруднювальних речовин проведені дослідження грунтів, рослинності, а також снігового покриву на вміст важких металів у районі розміщення ТЕЦ. Результати досліджень підтвердили, що підприємство негативно впливає на прилеглі території. Водночас найвищий рівень небезпеки для водних об’єктів має золошлаконакопичувач. Запропоноване влаштування захисного екрану в золошлаконакопичувачі, що зменшить техногенне навантаження місць складування золошлакових відходів на об’єкти гідросфери. Проведені дослідження підтвердили, що місцеві глинисті сорбенти можна ефективно використовувати як сорбенти. Перспективним напрямом також є перероблення золошлаків. Обстеження золошлакових відходів ТЕЦ підтвердило можливість їх використання у сфері будівництва.

Диссертация посвящена решению актуального научно-практического вопроса моделирования техногенного воздействия объектов теплоэнергетики на атмосферу и гидросферу и разработки мероприятий по повышению уровня экологической безопасности в районах их расположения. В результате проведенных исследований были разработаны математическая модель процесса горения в котлах с циркулирующим кипящим слоем и модель переноса загрязняющих веществ по почвенному профилю в зоне расположения тепловых электростанций. Учитывая изменения напора и водонасыщения, зависящие от количества осадков, климата в целом, проведено прогнозное оценивание состояния подземных вод в зоне аэрации исследуемого объекта теплоэнергетики, а также при фильтрации воды из золошлаконакопителя. Разработаны алгоритмы численного решения задач профильной фильтрации, массопереноса загрязняющих веществ на базе метода конечных элементов. Проведено исследование утилизации отходящих газов при деструкции топлива на объектах теплоэнергетики. Сформирован механизм связывания азотных и сернистых соединений в зоне деструкции топлива. Предложен режим работы устройств объектов теплоэнергетики с полной утилизацией техногенных газов. С целью оценки влияния на состояние окружающей среды работающих на угле теплоэнергетических объектов и для выявления путей миграции загрязняющих веществ исследовали почву, растительность, а также снежный покров на содержание тяжелых металлов в районе расположения ТЭЦ. Результаты исследований подтвердили, что предприятие негативно влияет на прилегающие территории. При этом самый высокий уровень опасности для водных объектов представляет золошлаконакопитель. Предложено устройство защитного экрана в золошлаконакопителе, уменьшающего техногенную нагрузку мест складирования золошлаковых отходов на объекты гидросферы. Проведенные исследования подтвердили, что местные глинистые сорбенты могут эффективно использоваться в качестве сорбентов. Перспективным направлением также является переработка золошлаков. Обследование золошлаковых отходов ТЭЦ подтвердило возможность их использования в сфере строительства.

The thesis is devoted to the solution of the urgent scientific and practical issue of modeling the technogenic impact of thermal power facilities on the atmosphere and hydrosphere and the development of measures to increase the level of environmental safety in the areas of their location. As a result of the research, a mathematical model of the combustion process in boilers with a circulating fluidized bed and a model of the transfer of pollutants along the soil profile in the area of thermal power plants were developed. Taking into account the changes in the pressure and water saturation, that are depended on the amount of precipitation and the climate as a whole, the forecast of the state of groundwater in the aeration zone of the investigated heat-power facility, as well as in the filtration of water from the ash-and-slag dump, was carried out. Algorithms for the numerical solution of the problems of profile filtration and pollutants’ mass transfer were developed based on of the finite element method. A study of the utilization of waste gases during the destruction of fuel at thermal power facilities was carried out. A mechanism for binding nitrogen and sulfur compounds in the zone of fuel destruction has been formed. The operation mode of devices of thermal power facilities with full utilization of technogenic gases is proposed. In order to assess the impact on the environment of coal-fired thermal power facilities and to identify migration paths of pollutants, soil, vegetation, and snow cover were studied for the content of heavy metals in the area of the CHPP. The research results confirmed that the enterprise has a negative impact on the nearby territories. At the same time, the highest level of danger for water bodies is posed by an ash-and-slag dump. A protective screen in the ash-and-slag dump is proposed, it will reduce the technogenic load of the ash-and-slag waste storage sites on the hydrosphere. Studies have confirmed that local clay sorbents can be effectively used as sorbents. Ash-and-slag waste processing is also a perspective area. Inspection of that wastes on CHPP confirmed the possibility of their use in the construction industry.