Численные исследования аэродинамики дымовых труб с целью обеспечения достоверного контроля вредных выбросов ТЭС в атмосферу

• Автор: Новожилова, Людмила Леонидовна
• Шифр специальности: 05.14.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 181 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОБЗОР РАБОТ ПО РАЗРАБОТКЕ СИСТЕМ Н ЕПРЕРЫВНОГО МОНИТОРИНГА ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ТЭС В АТМОСФЕРУ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Ограничение вредных выбросов в атмосферу

1.2. Перечень документов организации контроля загрязнения атмосферы

1.3. Нормы выбросов вредных веществ в атмосферу

1.4. Показатели вредности

1.5. Контроль массовых выбросов вредных веществ в атмосферу

1.6. Системы непрерывного мониторинга вредных выбросов ТЭС в атмосферу

1.7. Современные технологии для контроля вредных выбросов в атмосферу

1.8. Методики непрерывного измерения расхода газа
1.9. Обзор дымовых труб
1.10. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ДЛЯ ЧИСЛЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ АЭРОДИНАМИКИ ДЫМОВЫХ ТРУБ
2.1. Описание математической модели
2.2. Определение критериев оценки полученных результатов
2.3. Область исследования и граничные условия
ГЛАВА 3 ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЩИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ЗАКРУЧЕННЫХ ТЕЧЕНИЙ В СТВОЛЕ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ
3.1. Максимальная симметричная подача газов в гладкоствольную трубу
3.2. Максимальная симметричная подача газов к трубе с учетом неровностей поверхности ствола
3.3. Симметричная подача газов к трубе при пониженных расходах ГЛАВА 4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И РЕЖИМНЫХ ФАКТОРОВ НА УСЛОВИЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ
4.1. Исследование влияния высоты разделительной перегородки
4.2. Исследование влияния несимметричной подачи и пониженных расходов продуктов сгорания в подводящих каналах
4.3. Исследование влияния конструктивных особенностей
4.4. Влияние начальной разности содержания вредных веществ в потоках на выравнивания полей концентраций по высоте дымовой трубы
4.5. Обобщение результатов и рекомендации по установке систем непрерывного контроля вредных выбросов на дымовых трубах
5 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
6 ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Проблема защиты окружающей среды одна из важнейших задач современности. Выбросы промышленных предприятий, энергетических систем и транспорта в окружающую среду достигли огромных размеров и постоянно увеличиваются. Существующая законодательная база, направленная на регулирование уровней воздействия источников загрязнения на окружающую среду содержит не только нормативы выбросов и требования к контролю, но также и размеры плат за выбросы, которые постоянно ужесточаются. Значительная часть вредных веществ, попадающих в атмосферу, вносится с продуктами сгорания ископаемых топлив тепловых электрических станций и котельных. Обеспечить их экологически эффективную работу невозможно без использования современных средств мониторинга, позволяющих оценить массовые выбросы вредных веществ в окружающую среду с дымовыми газами. Одним из возможных вариантов организации инструментальных измерений вредных выбросов в атмосферу на ТЭС, включающих несколько котельных установок, является реализация систем непрерывного мониторинга непосредственно на дымовой трубе. В настоящее время существует ряд научных работ посвященных данному элементу газового тракта ТЭС, которые затрагивают как проблемы охраны окружающей среды от вредных выбросов ТЭС, так и оптимизации аэродинамики труб, а также повышения их надежности [1-4]. Что касается контроля вредных выбросов на трубе, то на сегодняшний день существует множество разработок успешно внедряемых во многих странах мира. Крупнейшие компании, такие как SICK MAIHAK, Emerson и др. на основе новейших методик производят системы позволяющие проводить непрерывные измерения сразу нескольких вредных компонентов газовой смеси в газоотводящем стволе. При этом одним из основных условий достоверной работы систем мониторинга является правильный выбор мест
установки измерительных устройств, обеспечивающих представительность определяемой величины. Критериями выбора измерительного сечения на дымовой трубе являются технические требования к автоматизированной системе контроля выбросов загрязняющих веществ ТЭС [5], согласно которым допустимое отклонение от средних значений скоростей газов и концентраций компонентов в сечении не должно превышать ±10%. Таким образом, для проведения анализа распределения полей скоростей и концентраций дымовых газов в различных сечениях необходимо иметь представление о картине течения потоков в стволе дымовой трубы.
К сожалению, в настоящее время имеется не так много сведений о картине течения дымовых газов в стволе дымовых труб, а также о распределении скоростей и концентраций в различных сечениях по высоте трубы. Существует два способа оценки неравномерности полей скоростей и концентрации: экспериментальный с помощью традиционной методики, предполагающей проведение тарировки сечения, и расчетный. Поскольку на реальной дымовой трубе экспериментально определить поля скоростей и концентраций не представляется возможным, единственным способом исследования аэродинамики остается расчетный метод.
В качестве средства для изучения особенностей турбулентных потоков был выбран программный комплекс Flow Vision, предназначенный для моделирования трехмерных течений жидкости и газа. ПК FlowVision основан на конечно-объемном методе решения системы дифференциальных уравнений в частных производных и использует прямоугольную адаптивную сетку с локальным измельчением. В процессе расчетов была использована модель Incompressible Fluid (Несжимаемая жидкость) предназначенная для моделирования течения газа (жидкости) при больших (турбулентных) числах Рейнольдса и при малых изменения плотности.
Данная диссертационная работа посвящена исследованию аэродинамики дымовых труб и разработке практических рекомендаций по

Спектроскопическая технология дифференциального поглощения применяется уже много лет. Для отбора волн нужной длины в первых разработках использовались фильтры, но с тех пор было внедрено несколько других способов:
диодные лазеры; фотодиодные матрицы; подвижные щели.
В самых современных разработках анализаторов используются инфракрасные диодные лазеры. Варьируя напряжение или температуру в диодном лазере, можно излучать свет с различной длиной волны. Анализаторы, в основе работы которых лежит данный принцип, достаточно популярны для измерений по нескольким составляющим в поперечном сечении дымовой трубы. Один из основных поставщиков систем, в основе работы которых лежит данная технология, использует анализаторы, произведённые шведской компанией Сэ.
В устройствах спектроскопии дифференциального оптического поглощения (БОА8) компании используется ксеноновая лампа с
высоким давлением, закреплённая на определённой высоте внутри дымовой трубы, которая излучает видимый инфракрасный и ультрафиолетовый свет. Свет фокусируется и направляется поперёк трубы, после чего попадает па приёмное устройство, расположенное на противоположной стороне трубы, и фокусируется на оптоволоконный кабель, посредством которого проводится на анализатор. Анализатор может располагаться на расстоянии нескольких метров. Свет в анализаторе попадает на спектрометр, который разделяет его по длине волны на узкие участки с помощью оптической дифракционной решётки, которая представляет собой отполированную поверхность с выгравированными тонкими линиями. В ультрафиолетовом анализаторе на 1 мм наносится 1200 таких линий.