Мар 06 2004

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ И РАССЕИВАНИЯ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ПРИ СЖИГАНИИ ТВЁРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Опубликовано в 08:05 в категории Сбор и переработка отходов

М.Е. Краснянский, О.Н. Калинихин Донецкий национальный технический университетРешение проблемы твёрдых бытовых отходов (ТБО) является одной из важнейших экологических и социально-экономических задач, стоящих перед современной Украиной, где только города генерируют около 40 млн. м3/год твёрдых бытовых отходов. Мировая практика предлагает целый ряд методов по переработке ТБО (см. табл. 1), одним из которых является его сжигание. Однако сжигание мусора представляет собой реальную угрозу для окружающей среды и здоровья населения вследствие эмисии и рассеивания токсичных дымовых газов.

Таблица 1 – Основные методы переработки ТБО

в странах “семёрки”, мас.%.

Методика

США

Англия

Франция

Герман.

Япония

Депонирование на полигонах ТБО

84

89

55

73

27

Сжигание мусора

15

10

35

25

70

Компостирование

1

1

10

2

3

Цель данной работы – создание имитационной модели процесса сжигания твёрдых бытовых отходов с последующим исследованием характера зависимости образования и рассеивания газов мусоросжигания от ряда факторов оказывающих влияние на процесс сжигания бытовых отходов. В качестве средства реализации процесса моделирования авторами был избран пакет визуального моделирования «Simulink»[1]. Причина такого выбора не случайна, так как использование именно этого программного продукта даёт целый ряд преимуществ, таких как возможность наблюдения поведения моделируемой системы в процессе самого моделирования, возможность создания модельных подсистем и т.д.

Общая структура полученной модели представлена на рис. 1. Каждый элемент модели представляет собой функциональный блок либо группу блоков Simulink выполняющих ту или иную подзадачу моделирования. Так, группа блоков 1 обеспечивает формирование исходных условий процесса сжигания бытовых отходов (к исходным условиям авторами были отнесены факторы, оказывающие наибольшее влияние на характер получаемых газообразных продуктов[2]: коэффициент избытка воздуха, производительность системы по сжиганию отходов, состав сжигаемых бытовых отходов). Группа блоков 2 обеспечивает формирование необходимого процентного соотношения основных компонентов ТБО, подаваемых на сжигание; использование однотипных блоков Slider Gain позволяет “вручную” производить изменения в качественном и количественном составе потока бытовых отходов, идущих на сжигание. Группа блоков 3 обеспечивает проверку правильности соотношения основных компонентов бытовых отходов, суммарное количество долей которых должно быть равно единице на всех этапах моделирования. Группа блоков 4, состоящая из однотипных блоков Gain, производит “наращивание” полученного составного сигнала на величины, соответветствующие данным технического анализа бытовых отходов[3] по содержанию таких элементов и компонентов, как углерод, водород, кислород, сера, азот, влага, зола и хлор. Полученный комплексный информационный сигнал подвергается операции конкатенации в матрицу размерности 11х8 с помощью блока 5.

Полученная матрица, а также заданные значения производительности печи по сжиганию ТБО и коэффициента избытка воздуха поступают в иерархическую подсистему модели 6, где производится расчёт выхода газообразных компонентов в соответствии со следующим рядом полуэмпирических уравнений, полученных нами путём доработки и расширения аналитических зависимостей, изложенных в ряде литературных источников[3].

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

где:

V0CO2, V0CO, V0SO2, V0N2, V0NO2, V0H2O, V0HCI, . – соответственно объём газового ингредиента смеси, образующийся при сжигании одного килограмма твёрдых бытовых отходов (м3/кг ТБО);

Mфур., Mт.м. - масса фуранов (в т.ч. и диоксинов) и масса тяжелых металлов (и/или их солей), образующихся при сжигании одного килограмма твёрдых бытовых отходов (мг/кг ТБО);

Рис. 1. – Общая структура имитационной модели процесса сжигания ТБО

C, H, N, O, S, Сl, A, W – элементный состав, зольность и влажность ТБО в пересчёте на рабочую массу сжигаемых бытовых отходов; ? – коэффициент избытка воздуха (1,5-2); Vгг - сумма по позициям 1-8.

Полученные значения обрабатываются с помощью однотипных блоков Matlab Fcn, реализующих расчёт рассеивания газообразных компонентов выброса в соответствии с хорошо зарекомендовавшей себя методикой ОНД-86[4], а также графическое представление полученных результатов. Блок 8 обеспечивает своевременную остановку сеанса имитационного моделирования.

Результаты, полученные в ходе моделирования, представляют собой графики распределения приземной концентрации вредных веществ в атмосфере по оси факела выброса на различных расстояниях от источника выброса. В качестве источника выброса принимался точечный источник высотой 50 метров с температурой выброса газовой смеси равной 110 °С. Пример одного из полученных графиков приведён на рис. 2. Рисунок демонстрирует различные варианты распределения концентраций четырёх газообразных ингредиентов дымовых газов процесса мусоросжигания в зависимости от состава сжигаемых бытовых отходов: (1) – это состав ТБО, используемый в расчётах муниципальными службами[5], (2) - состав ТБО, прогнозируемый на период ближайшего десятилетия: он характеризуется значительным приростом количества пластика (с 3-4 до 8-10%) при общем падении количества пищевых отходов (с 40 до 20-25%).

Таким образом, существует возможность прогнозирования изменений в составе газовых выбросов мусоросжигающих заводов, а также в характере распределения концентраций загрязняющих веществ при их рассеивании в атмосферном воздухе, связанных с изменениями качественного и количественного состава бытовых отходов.

Помимо графиков распределения каждый отдельный сеанс имитационного моделирования являлся источником статистической информации, обработка которой позволяла в дальнейшем внести определённые коррективы в полученную модель.

Созданная имитационная модель позволяет с достаточно высоким уровнем доверительной вероятности производить моделирование процессов образования и рассеивания газов мусоросжигания.

Литература

1. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения Matlab. Специальный справочник – СПб.: Питер, 2000. – С. 155-157.

2. Пурим В.Р. Бытовые отходы. – М.: Энергоатомиздат, 2002. – С. 75-79.

3. Беньямовский Д.Н. Термические методы обезвреживания твёрдых бытовых отходов – М.: Стройиздат, 1979. – С. 15-35.

4. ОНД-86. Методика расчёта концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. – Л.: Гидрометиоиздат, 1987. – С. 12-41.

Рис. 2 - Динамика изменения рассеивания ингредиентов газовых смесей процесса мусоросжигания в зависимости от состава ТБО

IMITATING MODELLING of PROCESSES of FORMATION and DISPERSION of SMOKE GASES AT INCINERATING MUNICIPAL SOLID WASTE PRODUCTS

M.E. Krasnyansky, O.N.Kalinikhin

Donetsk National Technical University

Use of a method of imitating modelling for studying structure of smoke gases is proved at incinerating municipal solid waste products (MSW). The imitating model is offered on the basis of a package of the visual modelling “Simulink”, allowing to investigate character of dependence of formation and dispersion of gases MSW-burning from such factors as element and morphological structure burnt MSW, productivity of the furnace, factor of surplus of air etc. a number semi-empiric the equations of burning MSW is made. Diagrams of dispersion of smoke gases are received at burning MSW.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.