Автоматизация технологического процесса

Автоматизация технологического процесса

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

РЕСПУБЛИКАНСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. С.АМАНЖОЛОВА

ИНСТИТУТ МАТЕМАТИКИ, ФИЗИКИ И ТЕХНИКИ

Кафедра математического моделирования и компьютерных технологий

Курсовая работа

на тему Автоматизация технологического процесса

Зав.кафедрой ММиКТ

к.ф.-м.н., доцент Б.С.Каленова

Научный руководитель

старший преподаватель А.Р.Сыздыкпаева

Выполнил студент

Группы 4 "В" С.Г.Косых

Усть-Каменогорск, 2005

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1 Экологизация бессточного режима работы ТЭЦ

1.1 Выбросы ТЭЦ в атмосферу и их роль

1.2 Выбросы ТЭЦ в водоемы и их влияние на гидросферу

1.3 Влияние отходов ТЭЦ на литосферу

1.4 Задачи бессточного режима работы ТЭЦ

2 Программное обеспечение для обоснования оборотной системы ТЭЦ

2.1 Методика расчета эффективности внедрения бессточного режима работы ТЭЦ

2.2 Выбор среды разработки программного обеспечения

2.3 Интерфейс программы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Увеличение производительности труда разработчиков новых изделий, сокращение сроков проектирования, повышение качества разработки проектов - важнейшие проблемы, решение которых определяет уровень научно-технического процесса общества.

Моделирование технологических процессов интересная и сложная задача, решение которой имеет большое практическое значение. Построение модели технологического процесса с возможностью проигрывания и изменением технологических характеристик модели дает мощный инструмент в области исследования технологических процессов, как уже действующих на предприятиях, так и проектируемых, с целью улучшения их экономических показателей.

Создание моделей технологических процессов служит основой для:

- проектирования новых технологических производств;

- выдача задания на проектирования оборудования;

- разработки бизнес-планов, с высокой надежностью полученных в них показателей.

В настоящее время в ведущих странах мира ведутся серьезные исследования в области моделирования технологических процессов. Разрабатываются новые подходы к созданию моделей и возможности получения на их основе качественной информации по экономике технологических процессов.

Автоматизация технологического процессов включает в себя два этапа:

1) моделирование технологического процесса;

2) экономическое обоснование моделирования. Для внедрения разработанных технологических моделей необходимо их экономическое обоснование, т.е. выгодно ли будет предприятию их внедрение и если нет, то как можно их оптимизировать.

Несмотря на трудные экономические условия, данной проблеме уделяют внимание и в г.Усть-Каменогорске. Ведутся исследования, разрабатываются методы и принципы решения данной проблемы.

Целью курсовой работы является создание программного обеспечения, которое позволяло бы подсчитывать экономический эффект от использования "экологически чистого" оборудования.

Задачи курсовой работы:

- рассмотреть влияние ТЭЦ на атмосферу, гидросферу и литосферу;

- определить задачи бессточного режима работы ТЭЦ;

- выбрать среду создания программы;

- изучить методы расчета экономического эффекта.

Актуальность. Итоговый протокол форума в Киото, прошедший в 1997 году зафиксировал обязательства стран сократить к 2010 году загрязнение атмосферы на 8% по сравнению с 1990 годом, а это достигается с помощью внедрения "чистых технологий" во все сферы промышленной деятельности, и в большей мере это касается теплоэнергетики.

1 Экологизация бессточного режима работы ТЭЦ

1.1 Выбросы ТЭЦ в атмосферу и их роль

Энергетическая отрасль -- одна из основных отраслей промышленности, от функционирования которой зависит состояние экономики страны. Основная часть электроэнергии Казахстана (около 70%) вырабатывается на тепловых электростанциях за счет сжигания ископаемого органического топлива. Менее 25% произведенной энергии обеспечивается процессами горения жидкого и газообразного топлива. Остальная часть продукции теплоэнергетики Казахстана определяется процессами горения твердого топлива -- угля, причем наблюдается тенденция к сокращению потребления мазута и природного газа и возрастанию доли твердого топлива, потребляемого теплоэлектростанциями.

Однако при этом имеет место ухудшение качества энергетических углей. За последние 15 - 20 лет зольность твердого топлива возросла от 26 до 35-38%, влажность -- от 8 до 10%, а теплотворная способность снизилась до 17-19 МДж/кг. При общем падении выработки электроэнергии в Казахстане доля ее производства на угольных электростанциях возрастает. Отходы производства электроэнергии на теплоэлектростанциях осложняют и без того непростую экологическую ситуацию в стране. Известно, что общая масса отходов теплоэлектростанции превышает массу использованного топлива за счет кислорода и азота воздуха, участвующих в реакциях горения. Образовавшиеся отходы поступают во все геосферы: атмосферу, гидросферу, размещаются на поверхности литосферы.

Состав отходов, попадающих в атмосферу, зависит от химического состава топлива, режимов горения и принятой системы очистки пылегазовоздушной смеси. Углеродная составляющая топлива переходит в диоксид углерода (продукт полного сгорания топлива) в случае кинетического режима горения и в токсичный оксид углерода (продукт неполного сгорания топлива) при реализации диффузионного режима горения. Рекомбинация продуктов термолиза молекул органического топлива приводит к образованию канцерогенных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), в частности, бензапирена. При этом выход последнего коррелирует с плотностью используемого топлива.

Азот, входящий в состав угля, частично окисляется и образует "топливный" оксид азота (до содержания азота в топливе менее 0,01%), остальная часть азота топлива переходит в состав хинолинов, пиридинов, нитридов, аммиака и молекулярного азота, определяемых в составе дымовых газов. Продукты термолиза органических молекул топлива реагируют с азотом воздуха, а затем с кислородсодержащими молекулами и радикалами, присутствующими в зоне горения, и образуют молекулы "быстрого" оксида азота. Основная масса оксида азота, носящего название "термического", образуется из кислорода и азота воздуха при прохождении цепной реакции, инициируемой термолизом молекул N2 и O2. Топливные, быстрые и термические оксиды азота доокисляются до диоксида либо молекулами воды в зоне горения, либо озоном воздуха в дымовом потоке, что резко увеличивает токсичность выброса.

Органическая сера топлива образует при горении топлива диоксид серы. Термолиз сульфатов, входящих в балласт топлива, приводит к образованию триоксида серы.

Кроме газообразных продуктов горения в дымовых газах присутствуют недожженные частицы топлива, а также частицы минеральной части топлива -- балласта, имеющие размеры менее 100 мкм и образующие золу-унос. Присутствующие в дымовых газах кислотные оксиды (диоксиды азота и серы, триоксид серы), растворяясь в атмосферной влаге, образуют смесь азотной, азотистой, серной и сернистой кислот. Состав золы-уноса определяется составом полезного ископаемого угольного месторождения и, кроме недожженного топлива, содержит оксиды металлов и кремния.

В таблице 1 приведены данные по выбросам с дымовыми газами вредных веществ ТЭС мощностью 2400 МВт при высоте трубы 180 метров. Концентрация выбросов существенно зависит от расстояния между точкой замера и электростанцией. Концентрации выбросов ниже предельно допустимых значений достигаются на расстоянии более 15 км.

Таблица 1 Суточные концентрации выбросов в атмосферу ТЭС, мг/м3

Расстояние от трубы	Сернистый газ	Сероводород	Окислы азота	Окись углерода	Зола
1 км	6,02	0,002	1,95	7,2	1,2
3 км	1,47	0,008	1,30	16,0	3,4
5 км	1,22	0,008	0,05	13,3	1,2
7 км	1,12	0,03	1,3	13,0	2,4
15 км	0,22	0,002	0,03	4,0	0,27
Предельно допустимая концентрация	0,5	0,008	0,085	3,0	0,5

Содержание этих вредных компонентов в атмосфере в районе ТЭС часто превышает естественное содержание этих элементов, вызывающих заболевания человека.

Оксиды азота могут отрицательно влиять на здоровье сами по себе и в комбинации с другими загрязняющими веществами. Пиковые концентрации действуют сильней, чем интегрированная доза. Кратковременное воздействие 3000-9400 мкг/м3 диоксида азота вызывает изменения в легких. Помимо повышенной восприимчивости к респираторным инфекциям, воздействие диоксида азота может привести к бронхостенозу (сужение просвета бронхов) у чувствительных людей. Исследования показали, что для болеющих астмой повышается риск отрицательных легочных эффектов при содержании диоксида азота, значительно меньшем, чем тот, на который не наблюдается реакции у здоровых людей.

Высокие концентрации диоксида серы вызывают серьезное повреждение растительности. Острое повреждение, вызванное диоксидом серы, отражается в появлении белесых пятен на широколистных растениях или обесцвеченных некротических полос на листьях с продольным жилкованием. Хронический эффект проявляется как обесцвечивание хлорофилла, приводящее к пожелтению листьев, появлению красной или бурой окраски, которая в нормальных условиях маскируется зеленой. Независимо от формы проявления, результатом является снижение продуктивности и замедление роста.

Оксид углерода снижает способность крови переносить кислород к тканям. СО связывается с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин. Существуют данные, что содержание карбоксигемоглобина 1-2% влияет на поведение и может усугублять симптомы сердечно-сосудистых заболеваний (чтобы снабжение тканей кислородом оставалось на прежнем уровне, необходимо усиленное кровоснабжение). Содержание 2-5% приводит к нарушению психомоторных функций, а более 5% - нарушению сердечной деятельности и дыхания. Содержание карбоксигемоглобина более 10% приводит к головной боли, утомляемости, сонливости, снижению работоспособности, коме, остановке дыхания и смерти.

Полиядерные ароматические углеводороды -- большая группа органических соединений, содержащих два бензольных кольца или более. Они относительно мало растворяются в воде, но хорошо - в жирах. Существует несколько сотен ПАУ, наиболее известен бензапирен.

Бензапирен является местным канцерогеном. Исследования в основном отмечают развитие рака легких в результате поступления ПАУ с воздухом; меньше сообщений о канцерогенности ПАУ, поступивших с пищей, хотя абсолютное количество может быть намного большим, чем в случае поступления с воздухом.

Загрязнение атмосферы оказывает неблагоприятное воздействие не только на человека, но и на флору, фауну, на различного рода сооружения.

С 1880 г содержание диоксида углерода в атмосфере увеличилось с 0.02% до 0.033%. Ученые считают, что содержание С02 в атмосфере будет удваиваться каждые 23 года.

Повышение концентрации СО2 в атмосфере может, по мнению многих ученых, вызвать глобальные изменения климата Земли в связи с так называемым парниковым эффектом.

Сущность этого эффекта состоит в том, что слой воздуха, обогащенного СО2, хорошо пропускает солнечную радиацию, но задерживает длинноволновое тепловое излучение Земли. Отраженный земной поверхностью солнечный свет в инфракрасной области поглощается в тропосфере и нижних слоях стратосферы, приводя к повышению их температуры.

Прошедший в 1997 г. Всемирный экологический форум в Киото констатировал, что через двадцать лет на Земле станет теплее на 3 градуса. Ночи будут теплее, летом станет больше жарких дней, а зимой - холодных. Проливные дожди будет сменять продолжительная засуха. Самый стремительный рост средней температуры на Земле за последние 50 лет наблюдается в районе Антарктиды. Здесь потеплело на 2.5 градуса, что вызвало обрушение ледников площадью в несколько тысяч квадратных километров и повышение уровня Мирового океана. Уровень воды в морях и океанах за последнее время поднялся на 10-15 сантиметров. Итоговый протокол форума в Киото зафиксировал обязательства стран Европейского союза сократить к 2010 году загрязнение атмосферы на 8% по сравнению с 1990 годом.

От перераспределения и содержания озона, количество которого в атмосфере невелико (2*10-6 % по объему) зависит не только метеообстановка, но и жизнедеятельность всей биосферы. Озон не пропускает на Землю опасное ультрафиолетовое излучение с длиной волны меньше 0.2 мкм. Вместе с тем, озон не пропускает около 20% земного излучения - это препятствует охлаждению планеты.

В 1985 г была принята Венская конвенция по охране озонового слоя, в 1987 г. - Монреальский протокол к конвенции по веществам, разрушающим озоновый слой. Предусмотрено поэтапное сокращение производства и потребления хлорфторуглеродов.

Промышленные предприятия, городской транспорт и теплогенерирующие установки являются причиной смога -- колоссального загрязнения воздушной среды над городами. Способствуют смогу и неблагоприятные погодные условия - отсутствие ветра, температурная инверсия.

При обычных условиях температура воздуха над воздушным бассейном населенного пункта значительно ниже той температуры, которую имеет воздух в околоземном пространстве, поэтому даже при отсутствии ветра происходит вентилирование воздушного бассейна имеющий меньшую массу теплый загрязненный воздух поднимается вверх, а чистый воздух, большей массы, поступает вниз. В некоторых местах Земли (Лондон, Лос-Анджелес, Кемерово, Нижний Тагил и т.д.) часто возникает температурная инверсия, когда воздух над воздушным бассейном имеет более высокую температуру, чем в приземном слое, и, следовательно, меньшую массу. Поэтому чистый воздух не может опуститься вниз и вентилировать воздушный бассейн. Ситуация еще более усугубляется отсутствием ветра - все вредные вещества, поступающие в воздушный бассейн, остаются над городом.

В 1952 году смог в Лондоне за 5 дней погубил 5000 человек, а 10000 получили тяжелые заболевания.

Различают два типа смогов:

1. восстановительный (дым, сажа, S02). Максимальные уровни загрязнения наблюдаются утром при t = 00 С. Раздражает дыхательные пути;

2. фотохимический. Образуется при взаимодействии окислов азота с углеводородами выхлопных газов.

Деятельность ТЭС связана с выдачей большого количества твердых отходов: золы и шлака. Золоотвалы тепловых электростанций оказывают многофакторное воздействие на окружающую природную среду.

Воздушный бассейн загрязняется вследствие поступления с отвалов мелкозернистых частиц отходов и различных многообразных веществ, то есть некоторые отвалы представляют собой своего рода "биологические реакторы".

Опасным источником загрязнения воздуха является пыление при сильном ветре с подсушенной поверхности отвалов. Пыльные бури, распространяются в ряде случаев на сотни километров. Например, космонавты, пролетая над территорией Казахстана, по мощному шлейфу пыли стразу же узнавали золоотвал Экибастузкой ГРЭС - 1.

Было подсчитано, что с одного га подсушенной поверхности отвала при скорости ветра 5-6 метров уносится 2-5 тонн мелкозернистых отходов. По данным В.Н.Яковлева за пределы отвала на окружающую территорию в год с одного га поступает до 1000 тонн отходов или в целом со всех отвалов страны более 100 млн. тонн, а эта цифра совпадает с суммой выбросов в атмосферу из дымовых труб промышленных предприятий.

По разному воздействует на окружающую среду удаление шлака и золы. Распространение перечисленных выбросов в атмосферу зависит от рельефа местности, скорости ветра, перегрева их по отношению к температуре окружающей среды, высоты облачности, фазового состояния осадков и их интенсивности. Взаимодействие выбросов с туманом приводит к образованию устойчивого сильно загрязненного мелкодисперсного облака - смога, наиболее плотного у поверхности земли. Одним из видов взаимодействия ТЭС на атмосферу является все возрастающее потребление воздуха, необходимого для сжигания топлива.

1.2 Выбросы ТЭЦ в водоемы и их влияние на гидросферу

Воздействие теплоэлектростанций на водные объекты определяется их тепловым загрязнением и сбросом сточных вод.

На каждой электростанции, которая использует воду в качестве средства производства электрической и тепловой энергии, образуется определенное количество сточных вод. Причем объем сточных вод во времени может не только уменьшаться, например, за счет улучшения культуры производства и использования экологически более совершенного оборудования и технологий, но и увеличиваться, например, при введении новых технологических процессов, таких, как десульфуризация и денитрификация дымовых газов.

Сточная вода - это вода, свойства которой изменены в результате бытовых, промышленных, сельскохозяйственных или других процессов.

В этом смысле к сточным водам ТЭС следует отнести:

- сточные воды водоподготовительных установок (ВПУ);

- воды, контактирующие с нефтепродуктами и загрязненные ими;

- продувочные воды замкнутых технологических контуров, в которых происходит процесс накапливания примесей за счет выпаривания или контакта с более минерализованными средами (продувка системы оборотного охлаждения (СОО) конденсаторов турбин, продувка котлов, продувка замкнутых систем гидрозолоудаления (ГЗУ) и газоочистки);

- сбросные воды прямоточных систем ГЗУ;

- отработанные растворы очистки внутренних и наружных поверхностей нагрева теплосилового оборудования, а также отмывочные воды после консервации оборудования;

- ливневые воды с территории ТЭС;

- фильтрационные воды прудов-накопителей.

При подготовке добавочной воды энергетических котлов (ЭК) и подпиточной воды теплосети широко используется известкование с коагуляцией исходной воды и последующее ионообменное обессоливание и умягчение осветленной воды. При этом расходуется большое количество химических реагентов (извести, коагулянта, щелочи, кислоты, хлорида натрия и т.п.), которые после использования удаляются вместе с частью воды, образуя сточные воды. Объемы этих сточных вод и количество, содержащихся в них солей, значительны. Так, на регенерацию ионитных фильтров химобессоливающих установок (ХОУ) электростанциями страны расходуется ежегодно 0.5 - 0.6 млн. тонн серной кислоты и 0.4 - 0.5 млн. тонн едкого натра. При этом в водоисточники со сточными водами ВПУ электростанций сбрасывается примерно 2 млн. тонн солей в год.

Солевые стоки водоподготовительных установок содержат нейтральные соли, кислоты и щелочи, не обладающие специфическими токсичными свойствами. Практикуется сброс этих вод в систему ГЗУ, в пруды-испарители при благоприятных климатических условиях, в подземные водоносные горизонты, не пригодные для хозяйственных целей и надежно изолированные от подземных вод, используемых для водоснабжения. Наиболее распространенным методом обработки сточных вод ионообменной части ВПУ является их нейтрализация для коррекции рН и разбавление перед сбросом сточных вод в водоем, если такой сброс разрешен. Однако в последнее время такие сбросы с проектируемых или реконструируемых ТЭС обычно запрещаются, т.к. приводят к существенному повышению солесодержания водоемов.

Страницы: 1, 2