Мета дисертаційної роботи полягає в узагальненні нового вирішення наукової та важливої прикладної проблеми утилізації промислових відходів теплових електричних станцій для зменшення техногенного навантаження на довкілля на прикладі впливу Бурштинської ТЕС. Відповідно до зазначеної мети дисертаційна робота містить постановку і вирішення таких основних завдань: - на основі теоретичних і експериментальних досліджень визначити якісний та кількісний вплив твердих відходів виробництва Бурштинської ТЕС на екологічний стан довкілля; розробити заходи для зменшення шкідливих викидів під час спалювання низькосортного вугілля; - дослідити фізико-хімічні процеси в золі Бурштинської ТЕС, що відбуваються під час нагрівання, зволоження та її зберігання; - розробити та обґрунтувати раціональні технології утилізації техногенних відходів шляхом створення нових ефективних пористих теплоізоляційних матеріалів (ПТМ) з прогнозованими теплофізичними властивостями; - експериментально і теоретично дослідити вплив складу золи на процеси гідратації цементних сумішей, встановити їх кількісні характеристики для обґрунтування нових технологій виробництва ПТМ; - дослідити закономірності тепломасообмінних та фізико-хімічних процесів у золовмісній сировині при структуроутворенні ПТМ; визначити функціональний взаємозв'язок теплофізичних і структурних характеристик нових пористих матеріалів, знайти їх оптимальні співвідношення; визначити раціональні термодинамічні умови гідротермічного спучування і теплофізичні характеристики нових пористих матеріалів; - розробити технологію рекультивації та матеріальні баланси золовідвалів з метою покращення екологічної ситуації Галицького району (земельних ділянок, що перебувають у межах зон забруднення від ТЕС). ЗМІСТ Стор. ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ 2 ВСТУП 10 РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ ЗАБРУДНЕННЯ ДОВКІЛЛЯ ВІДХОДАМИ ТЕПЛОЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ TA ШЛЯХІВ ЇХ УТИЛІЗАЦІЇ В ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНИХ ТЕХНОЛОГІЯХ. 20 1.1. Екологічні проблеми теплоенергетики (на прикладі Галицького регіону) 25 1.2. Вплив шкідливих викидів БуТЕС на навколишнє середовище та людину 39 1.3. Використання золи ТЕС в технологіях виробництва пористих теплоізоляційних матеріалів (ПТМ) 49 1.3.1. Аналіз можливості керованого структуроутворення ПТМ. 49 1.3.2. Характеристика пористих матеріалів 53 1.4. Зв'язок теплофізичних і структурних характеристик ПТМ 57 1.4.1. Взаємозв'язок інтенсивності енергообміну і структурних параметрів матеріалу 57 1.4.2. Керовані структурні показники 63 1.5. Прогнозування теплофізичних характеристик 69 1.6. Якісна оцінка термодинамічних параметрів процесів термічного спучування 69 1.7. Розробка концепції прогнозування та управління теплофізичними характеристиками пористих матеріалів на основі золи 72 Висновки до розділу 1 . 77 РОЗДІЛ 2. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ TA РОЗРОБКА СПОСОБІВ УТИЛІЗАЦІЇ ЗОЛИ БуТЕС В ТЕПЛОТЕХНОЛОГІЯХ 79 2.1. Методи досліджень 80 2.1.1. Дослідження хімічного складу, фізико-механічних і якісних показників золи 80 2.1.2. Термічний аналіз сировинної суміші 86 2.1.3. Дослідження теплофізичних властивостей ПТМ 86 2.1.4. Визначення вмісту важких металів 88 2.1.5. Дослідження властивостей пористого золобетону 89 2.2. Фізико-хімічні та теплофізичні процеси формування сировинних технологічних сумішей на основі золи 90 2.3. Диференційно-термічний аналіз спучення сировинної суміші 95 2.3.1. Опис лабораторного обладнання 95 2.3.2. ДТА процесів спучення сировинної суміші на основі золи... 96 2.4. Дослідження складу сировинної суміші ПТМ на основі золи БуТЕС 102 2.5. Кількісна оцінка складу суміші та режиму термообробки 109 2.6. Технологічна схема утилізації золи у виробництві 115 Висновки до розділу 2 118 РОЗДІЛ 3. ДОСЛІДЖЕННЯ ТЕПЛОФІЗИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ПТМ НА ОСНОВІ ЗОЛИ БУРШТИНСЬКОЇ ТЕС 120 3.1. Дослідження теплофізичних характеристик ПТМ на основі Бурштинської золи 121 3.2. Оптимізація вмісту складових сировинної суміші на основі золи БуТЕС 134 3.3. Взаємний вплив досліджуваних показників. Узагальнене рівняння 140 Висновки до розділу 3 145 РОЗДІЛ 4. ТЕОРЕТИЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЦЕСІВ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ПТМ НА ОСНОВІ БУРШТИНСЬКОЇ ЗОЛИ 147 4.1. Особливості теплопровідності ПТМ 148 4.1.1. Передача тепла випромінюванням 148 4.1.2. Теплопередача в порах конвекцією 151 4.1.3. Передача тепла через каркас 159 4.2. Розв'язання рівнянь конвективного теплопереносу 161 4.3. Конвективний теплоперенос в мікропорах 167 4.3.1. Особливості формування конвективного потоку 167 4.3.2. Формування математичної моделі конвективного теплопереносу 173 4.3.3. Розв'язок рівнянь. Аналіз отриманих результатів 175 Висновки до розділу 4 188 РОЗДІЛ 5. УЗАГАЛЬНЕНИЙ ТЕПЛООБМІН В ПТМ НА ОСНОВІ БУРШТИНСЬКОЇ ТЕС 190 5.1. Математичне моделювання спільної теплопровідності в мікропорах ПТМ 191 5.2. Ідентифікація математичної моделі 193 5.3. Розв'язок рівнянь. Аналіз отриманих результатів 196 5.4. Перевірка розроблених моделей 208 5.4.1. Експериментальна установка і методика досліджень 208 5.4.2. Результати досліджень 211 Висновки до розділу 5 213 РОЗДІЛ 6. КЕРОВАНЕ СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ПТМ НА ОСНОВІ БУРШТИНСЬКОЇ ЗОЛИ 215 6.1. Оцінка ймовірності реалізації реакцій газоутворення в золі БуТЕС 216 6.2. Методика формування структури ПТМ з керованими теплофізичними властивостями 222 6.3. Варіативні складові математичної моделі 230 6.4. Комп'ютерна програма 232 6.4.1. Загальний алгоритм (додаток А. 1) 232 6.4.2. Програма на мові BASIC 232 6.5. Результати математичного моделювання 232 Висновки до розділу 6 238 РОЗДІЛ 7. ОЦІНЮВАННЯ TA ПРОГНОЗНІ ЗМІНИ ТЕХНОГЕННОГО НАВАНТАЖЕННЯ НА СТАН ДОВКІЛЛЯ ГАЛИЦЬКОГО РАЙОНУ 239 7Л. Використання золи БуТЕС для виготовлення будівельних матеріалів 241 7.2. Оцінка рівня забруднення ґрунту і підґрунтових вод 245 7.3. Наслідки вітрової ерозії золовідвалів 252 7.4. Технічні рішення для зменшення викидів газів та пилу (золи) 263 7.4.1. Шляхи скорочення викидів оксидів азоту БуТЕС 264 7.4.2. Негативні наслідки реалізації технологічних методів регулювання утворенням оксидів азоту 266 7.4.3. Технологічний вплив на процес утворення оксидів азоту.... 266 7.4.4. Термічна обробка палива 269 7.4.5. Технологія попередньої термічної обробки вугільного пилу 273 7.4.6. Підвищення світимості пиловугільного факела 274 7.4.7. Зниження виходу окислів азоту при згорянні мазуту 281 7.4.8. Підвищення світимості водо-мазутного факелу 286 7.4.9. Оптимізація параметрів підсвітки факелу 291 7.5. Прогнозування екологічної ситуації на найближчі роки після впровадження запропонованих технічних рішень щодо покращення екологічного стану Галицького району 292 7.6. Практичні рекомендації щодо зменшення техногенного навантаження на довкілля тепловими електростанціями (на прикладі БуТЕС) 298 Висновки до розділу 7 303 ВИСНОВКИ 304 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 306 ДОДАТКИ 333