Снижение уровня диокиснов при утилизации отходов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ДИОКИСНОВ ПРИ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ

В.В. Вамболь, доцент, к.т.н., доцент Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского,

г. Харьков

При термической обработке отходов аэрокосмической отрасли происходит образование высокотоксичных соединений, относящихся к группе опасных ксенобиотиков - диоксинов. Они накапливаются в почве, попадают в организм человека с пищей, водой и воздухом и не разлагаются десятки лет. Их образование происходит в два этапа (рис. 1) [1].

(- СН2 - СНС1 -)п 570°...1130°

и т. д.

и другие продукты

С1

т

ОН

СК

О,

620 °С

С1

X

С1

X

О

О

О

С1

С1

У

Рис. 1. Поэтапное образование диоксинов при утилизации отходов: а - первый этап; б - второй этап

а

>

б

Снижение экологической нагрузки может быть достигнуто применением технологии, включающей в себя процессы термохимической газификации, плазменной обработки газов, резкое охлаждение, предварительную очистку, метанирование, окончательную очистку газов и низкотемпературное разделение синтез-газа на топливные продукты [2]. Механизмом разрушения диоксинов на этапе термической обработки отходов является дожигание дымовых газов плазменной струей в специальной печи (рис. 2, 3), поскольку диоксины не стабильны при температурах выше 800.. .850 °С.

Рис. 2. Печь для утилизации отходов аэрокосмической отрасли

Рис. 3. Схема печи для газификации отходов

Для предотвращения их повторного образования на выходе из печи требуется резкое охлаждение газа до безопасной температуры, т.е. с 1200 °С до 300 °С.

Существуют различные способы охлаждения генераторного газа, однако достаточно трудно реализовать резкое охлаждение в таком широком диапазоне температур. Одним из рациональных вариантов решения этой проблемы, является применение способа оросительного охлаждения генераторного газа впрыском воды, диспергированной центробежными форсунками, в газоотводящую трубу и формирования в ней водного аэрозоля с дисперсностью и временем пребывания, необходимыми для эффективного охлаждения генераторного газа в пределах рабочей зоны.

Математической формой записи законов сохранения для вязкого газа (пара) являются уравнения Навье-Стокса. При математическом описании газодисперсной среды были приняты следующие основные допущения:

- течение газовой фазы - несжимаемое, турбулентное;

- турбулентность - изотропная.

С учетом ряда введенных допущений квазистационарное дозвуковое течение газовой фазы может быть описано системой осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса [3], включающей в себя уравнение неразрывности, уравнения сохранения импульса, энергии, два уравнения дифференциальной модели турбулентности к-е-типа [4], уравнение сохранения массовых долей химических компонентов и уравнение состояния смеси

идеальных газов:

Р

д^ц др дх{

= Б

т'

дxj дх^

дх]

-р§ = , 1 = 1, 2, 3;

(1)

(2)

р

р

д^в

Р

дujk

д

дujh

д^; дxj

д

+ М т

Pr Pr

V т у

- = Sq

дXj q

дx; дxi

М +

М т

д

дx; 5x1

М +

М т

а

а k

дв

дk

дx

-р^-в) = 0;

j

в у

дx.

р(CвlG - ^в)- = 0;

k

Р

д^^ д

5x1

5x1

М + М т

V Sc Scт у

дYi

5x1

= Si;

p = RрTX

Yi .

i Mi

(3)

(4)

(5)

(6) (7)

где и - компоненты вектора осредненной скорости смеси; х] - декартовы координаты; р - плотность смеси; р - давление смеси; Ту - компоненты

тензора напряжений; м - динамическая вязкость смеси; мт - турбулентная вязкость смеси; к, в - удельные кинетическая энергия турбулентности и скорость ее диссипации соответственно; h - удельная энтальпия смеси; Yi -массовая доля химического компонента ц Sc - число Шмидта; Scт -турбулентное число Шмидта; Sm, Sfi, Sq, Si - соответственно источники

массы, импульса, теплоты и концентрации химических компонентов, которые обусловлены межфазным взаимодействием.

Данные соотношения, описывают особенности трехмерных течений при охлаждении генераторного газа оросительной системой, применяемой на выходе из печи. Опыт проектирования оросительных систем охлаждения показывает необходимость углубленного исследования процессов течения и тепломассообмена двухфазной многокомпонентной среды с фазовым превращением (испарением) для и выработки эффективных конструктивных решений.

Список использованной литературы

1. Милош В.В. Диоксины и их потенциальная опасность в экосистеме «человек - окружающая среда» [Электронный ресурс] / В.В. Милош. - Режим доступа: http://crowngold.narod.ru/articles/dioxini.htm.

2. Кобрин В.Н. Система управления экологической безопасностью при утилизации твердых бытовых и производственных отходов [Текст] / В.Н. Кобрин, Н.В. Нечипорук, В.В. Вамболь // Еколопчна безпека. - Кременчук: КрНУ, 2012. - Вип. 2/2014 (18). - С. 24-29.

3. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа [Текст] / Л.Г. Лойцянский. - М.: Наука, 1978. - 736 с.

177

4. Launder B.E. Lectures in Mathematical Models of Turbulence [Text] / B.E. Launder, D.B. Spalding. - London: Academic Press, 1972.

ОЦЕНКА ОГНЕСТОЙКОСТИ ИЗГИБАЕМЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ, УСИЛЕННЫХ ФИБРОМАТЕРИАЛАМИ

А.В. Васильченко, доцент, к.т.н., доцент Национальный университет гражданской защиты Украины, г. Харьков

В настоящее время для повышения эффективности железобетонных конструкций осуществляются попытки повышения прочностных характеристик бетона введением в его состав дискретных волокон (фибр) различного происхождения [1]. В таком материале - фибробетоне в качестве микрофибры используются стекловолокно, стальные, базальтовые или полимерные волокна. Прочность фибробетона может достигать при изгибе 30.. .35 МПа, а при сжатии - 80.100 МПа [2]. Исследования показали, что дисперсное армирование бетонов повышает их трещиностойкость, ударостойкость, износостойкость, способствует стойкости бетона к воздействию агрессивной среды; позволяет сократить рабочие сечения конструкций и в ряде случаев отказаться от использования стержневой арматуры или уменьшить ее расход [2].

Определение параметров строительных элементов из фибробетона осуществляется по тем же принципам, что и для железобетона. Расчёт при этом необходимо согласовывать с методом определения внутренних сил и моментов. Однако, при всех перечисленных достоинствах изделий на основе фибробетонов недостаточно исследованной остается проблема их устойчивости при пожаре.

Имеющийся опыт испытаний железобетонных конструкций на огнестойкость свидетельствует, что при прочих равных условиях конструкции с более высокими механическими характеристиками имеют обычно и больший предел огнестойкости. В случае фиброжелезобетонов из-за сравнительно недолгой истории их применения данные об их огнестойкости отсутствуют. Можно предполагать, что материал фиброволокон, изменяя теплофизические свойства бетона, окажет влияние на характеристики его огнестойкости.

В данной работе оценка огнестойкости железобетонных изгибаемых элементов на основе фибробетонов разного состава производилась по их расчетным пределам огнестойкости.

Для примера в качестве базовых выбраны изгибаемые железобетонные элементы с разным процентом армирования на основе бетона класса В25 c гранитным заполнителем. Сечение элементов прямоугольное с размерами: b=300 мм, h=700 мм, h0=650 мм. Расчетное сопротивление бетона Rb=14,5 МПа. Для данного элемента принято одиночное армирование стальной арматурой класса А400 с расчетным сопротивлением Rs=355 МПа.