Зменшення концентрації шкідливих викидів при спалюванні суспензійного палива з відходів

Шаповал, Юлія Ігорівна

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7166

Full metadata record

DC Field	Value	Language
dc.contributor.advisor	Калейніков, Геннадій Євгенійович	-
dc.contributor.author	Шаповал, Юлія Ігорівна	-
dc.date.accessioned	2026-02-27T06:44:15Z	-
dc.date.available	2026-02-27T06:44:15Z	-
dc.date.issued	2026-01-30	-
dc.identifier.uri	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7166	-
dc.description.abstract	Метою магістерської роботи є дослідження процесів згоряння суспензійного палива, отриманого з відходів, та визначення шляхів зменшення концентрації шкідливих викидів у продуктах згоряння. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: - проаналізувати сучасні технології спалювання суспензійних палив та їх екологічні характеристики; - дослідити вплив складу палива та режимів горіння на утворення основних шкідливих компонентів; - запропонувати та обґрунтувати заходи щодо зниження викидів при спалюванні суспензійного палива; - оцінити ефективність запропонованих рішень за енергетичними та екологічними показниками. Об’єктом дослідження є процес спалювання суспензійного палива, виготовленого з відходів. Предметом дослідження − закономірності утворення забруднювальних речовин і способи їх зниження. Практична цінність роботи полягає у можливості використання отриманих результатів для вдосконалення енерготехнологічних процесів, підвищення екологічної безпеки енергетичних об’єктів та більш ефективного використання вторинних ресурсів.	uk_UA
dc.language.iso	uk	uk_UA
dc.subject	паливо	uk_UA
dc.subject	викиди	uk_UA
dc.title	Зменшення концентрації шкідливих викидів при спалюванні суспензійного палива з відходів	uk_UA
dc.type	Master Thesis	uk_UA
Appears in Collections:	144 Теплоенергетика (Теплоенергетика)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Шаповал мЗТЕ-45.docx Restricted Access		2.19 MB	Microsoft Word XML	View/Open Request a copy

Show simple item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра енерготехнологій

„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри енерготехнологій
к.т.н., Калейніков Г.Є
«________» ________________ 2025 р.

МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
на тему: «Зменшення концентрації шкідливих викидів при спалюванні суспензійного палива з відходів»
(найменування теми)

Пояснювальна записка
код роботи МКР 25.144.87 ПЗ
Спеціальність G4 – Енерговиробництво
(освітня програма – Теплоенергетика)

Виконавець роботи: Шаповал Юлія Ігорівна _____________
(прізвище, ініціали) (підпис, дата)

Науковий керівник:
к.т.н., доцент Калейніков Г.Є. ______________
(науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали) (підпис, дата)

Рецензент:
Головний енергетик
Черкаського УЗМДВ Хльобас Р.О. ______________
(посада , науковий ступінь, вчене звання, прізвище, ініціали) (підпис, дата)

Черкаси, 2025 р.5

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра енерготехнологій

„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри енерготехнологій
доцент Калейніков Г.Є.
________________________________
«_____» _______________ 2025 р.

ЗАВДАННЯ
до магістерської кваліфікаційної роботи Шаповал Юлії Ігорівни
(прізвище, ім’я, по батькові )

1. Тема «Зменшення концентрації шкідливих викидів при спалюванні суспензійного палива з відходів»
(назва теми)

затверджена наказом ректора університету від “15”вересня 2025р., №261/03-03
2. Термін здачі студентом завершеної роботи 12.12.2025
3.Вихідні дані: Характеристика суспензійного палива, що досліджується; конструктивні параметри обладнання для його спалювання; нормативи допустимих викидів забруднюючих речовин.
4. Перелік питань, які повинні бути розроблені в роботі: 1. Аналіз сучасного стану проблеми забруднення атмосферного повітря при спалюванні суспензійного палива з відходів. 2.Огляд сучасних технологій та методів зменшення концентрації шкідливих викидів у димових газах. 3. Обґрунтування вибору газоочисного обладнання та технологічної схеми очищення димових газів. 4. Розроблення та опис технологічної схеми очищення димових газів при спалюванні суспензійного палива з відходів. 5.Виконання інженерних та технологічних розрахунків основного газоочисного обладнання. 6.Оцінка екологічної ефективності запропонованих заходів щодо зменшення концентрації шкідливих викидів. 7.Техніко-економічна оцінка впровадження запропонованих технологічних рішень.
5. Перелік графічного матеріалу: Схема спалювання суспензійного палива; технологічна схема очищення димових газів; графік концентрацій шкідливих викидів до та після очищення; схема системи безперервного моніторингу викидів (CEMS); діаграма ефективності різних технологій очищення димових газів.
6. Консультанти з роботи з зазначенням розділів роботи, які їх стосуються
Розділ Консультант Підпис, дата
завдання видав завдання прийняв
Вступ
РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД СУЧАСНИХ ДЖЕРЕЛ ШКІДЛИВИХ ВИКИДІВ ПРИ СПАЛЮВАННІ ПАЛИВА
РОЗДІЛ 2. ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ ДИМОВИХ ГАЗІВ НА ТЕПЛОВИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯХ УКРАЇНИ
РОЗДІЛ 3. ПРОЕКТНІ РІШЕННЯ ЩОДО ЗМЕНШЕННЯ ШКІДЛИВИХ ВИКИДІВ
РОЗДІЛ 4. ЕКОЛОГІЧНА ТА ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ВПРОВАДЖЕННЯ СИСТЕМИ
РОЗДІЛ 5. МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ РОБОТИ СИСТЕМИ ОЧИЩЕННЯ ДИМОВИХ ГАЗІВ
РОЗДІЛ 6. ПЕРСПЕКТИВИ ВПРОВАДЖЕННЯ BAT-ТЕХНОЛОГІЙ В УКРАЇНІ
РОЗДІЛ 7. ОХОРОНА ПРАЦІ НА ТЕПЛОВИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯХ
Список використаних джерел інформації
ОП та безпека в НС
Нормоконтроль

7. Дата видачі завдання “_____”______. 20____ р.

Керівник ___________ Келейніков Г.Є.
(підпис) (прізвище та ініціали )

Завдання прийняв до виконання
Студент ___________ Шаповал Ю.І.
(підпис) (прізвище та ініціали )
ЗМІСТ Стор.

ВСТУП ......................................................................................................... …….. 7
РОЗДІЛ 1 ОГЛЯД СУЧАСНИХ ДЖЕРЕЛ ШКІДЛИВИХ ВИКИДІВ ПРИ СПАЛЮВАННІ ПАЛИВА……………………………………………………… 8 9
1.1. Джерела утворення шкідливих речовин у процесі спалювання…………. 10
1.2. Сучасні види палива та їх вплив на навколишнє середовище…………… 13
1.3. Вплив суспензійного палива на якість димових газів……………………. 16
1.4. Екологічні наслідки викидів ТЕС в Україні………………………………. 19
Висновки по розділу…………………………………………………………… 21
РОЗДІЛ 2 ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ ДИМОВИХ ГАЗІВ НА ТЕПЛОВИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯХ УКРАЇНИ………………………………………………… 23
2.1 Порівняльна характеристика сучасних технологій очищення димових газів (таблиця)………………………………………………………………………… 24
2.2 Аналіз ефективності технологій очищення димових газів при спалюванні суспензійного палива з відходів…………………………………………………... 26
Висновки по розділу…………………………………………………………….. 28
РОЗДІЛ 3 ПРОЕКТНІ РІШЕННЯ ЩОДО ЗМЕНШЕННЯ ШКІДЛИВИХ ВИКИДІВ ………………………………………………………………………….. 30
3.1 Розроблення технологічної схеми очищення димових газів при спалюванні суспензійного палива……………………………………………… 31
3.1.1. Склад та опис основних елементів системи очищення………………… 32
3.2 Розрахунок ефективності запропонованої системи……………………… 34
3.3 Чутливість та ризики окупності………………………………………………. 35
Висновки по розділу……………………………………………………………… 36
РОЗДІЛ 4 ЕКОЛОГІЧНА ТА ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ВПРОВАДЖЕННЯ СИСТЕМИ………………………………………………… 37

4.1 Екологічна ефективність……………………………………………………... 4.1.1 Розрахунок зменшення викидів……………………………………………. 38 39
4.2 Економічна ефективність…………………………………………………… 40
4.2.1 Розрахунок окупності……………………………………………………... 41
4.3 Комплексна оцінка ефективності……………………………………………. 43
Висновки по розділу…………………………………………………………….. 44
РОЗДІЛ 5 МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ РОБОТИ СИСТЕМИ ОЧИЩЕННЯ ДИМОВИХ ГАЗІВ………………………………………………. 46
5.1 Загальні принципи моделювання процесів очищення димових газів……. 47
5.2 Математична модель процесів очищення димових газів……………….… 48
5.3 Оптимізація параметрів роботи системи очищення димових газів…….. 50
Висновки по розділу…………………………………………………………… 52
РОЗДІЛ 6. ПЕРСПЕКТИВИ ВПРОВАДЖЕННЯ ВАТ-ТЕХНОЛОГІЙ В УКРАЇНІ…………………………………………………………………………... 6.1 Нормативні вимоги та стратегічні напрями впровадження BAT………… 53 54
6.2 Технологічні рішення BAT у сфері очищення димових газів…………… 55
6.3 Перспективи розвитку та впровадження BAT в Україні………………… 57
Висновки по розділу…………………………………………………………… 58
РОЗДІЛ 7 ОХОРОНА ПРАЦІ НА ТЕПЛОВИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯХ…… 59
7.1 Система управління охороною праці на підприємстві…………………… 60
7.2 Система вентиляції та контролю газового середовища…………………. 64
7.3 Пожежна безпека та запобігання аварійним ситуаціям …………………. 67
7.4 Основні напрями забезпечення екологічної безпеки на теплоенергетичних підприємствах України…………………………………….. 70
Висновки по розділу ……………………………………………………………. 72
ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ……………………………………………………….. 73
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ……………………… 78

ВСТУП

Сучасний стан розвитку енергетики характеризується значним зростанням обсягів споживання паливно-енергетичних ресурсів, що супроводжується підвищенням техногенного навантаження на навколишнє природне середовище. Традиційні види палива, такі як вугілля, нафта та природний газ, не лише є вичерпними ресурсами, але й спричиняють утворення значної кількості шкідливих викидів при їх спалюванні. У зв’язку з цим актуальним завданням сучасної енергетики є пошук ефективних шляхів зменшення негативного впливу енергетичних установок на довкілля та підвищення рівня утилізації промислових і побутових відходів.
Одним із перспективних напрямів є використання суспензійних палив, отриманих шляхом переробки відходів різного походження − вуглевмісних, біогенних, нафтових та інших органічних компонентів. Такі палива поєднують у собі переваги рідких і твердих видів енергоносіїв, мають зручність транспортування, можливість регулювання складу та потенціал для зниження рівня шкідливих викидів. Водночас процес спалювання суспензійного палива має складну фізико-хімічну природу, що вимагає глибокого вивчення механізмів утворення і трансформації продуктів згоряння з метою мінімізації викидів оксидів азоту, сірки, вуглецю та твердих частинок.
Наукова та практична значущість теми зумовлена потребою у розробленні технологічних рішень, які забезпечують ефективне спалювання суспензійних палив при мінімальному впливі на атмосферне повітря. Реалізація таких рішень дозволить не лише скоротити викиди шкідливих речовин, але й сприятиме переходу до замкнених циклів виробництва та енергетичного використання відходів, що відповідає принципам сталого розвитку та циркулярної економіки.
Сьогодні у світовій енергетиці простежується стійка тенденція переходу до низьковуглецевих технологій, орієнтованих на зменшення викидів парникових газів і відхід від використання викопного палива. В Україні цей процес відбувається у межах реалізації Енергетичної стратегії до 2035 року та Національного плану скорочення викидів від великих спалювальних установок, що передбачає поступову модернізацію теплових електростанцій і впровадження технологій утилізації відходів як енергетичних ресурсів. Таким чином, дослідження ефективного спалювання суспензійних палив безпосередньо відповідає стратегічним пріоритетам держави у сфері енергетичної безпеки та екологічної політики.
Метою магістерської роботи є дослідження процесів згоряння суспензійного палива, отриманого з відходів, та визначення шляхів зменшення концентрації шкідливих викидів у продуктах згоряння. Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:
проаналізувати сучасні технології спалювання суспензійних палив та їх екологічні характеристики;
дослідити вплив складу палива та режимів горіння на утворення основних шкідливих компонентів;
запропонувати та обґрунтувати заходи щодо зниження викидів при спалюванні суспензійного палива;
оцінити ефективність запропонованих рішень за енергетичними та екологічними показниками.
Об’єктом дослідження є процес спалювання суспензійного палива, виготовленого з відходів.
Предметом дослідження − закономірності утворення забруднювальних речовин і способи їх зниження.
Практична цінність роботи полягає у можливості використання отриманих результатів для вдосконалення енерготехнологічних процесів, підвищення екологічної безпеки енергетичних об’єктів та більш ефективного використання вторинних ресурсів.

РОЗДІЛ 1. ОГЛЯД СУЧАСНИХ ДЖЕРЕЛ ШКІДЛИВИХ ВИКИДІВ ПРИ СПАЛЮВАННІ ПАЛИВА

РОЗДІЛ 1
ОГЛЯД СУЧАСНИХ ДЖЕРЕЛ ШКІДЛИВИХ ВИКИДІВ ПРИ СПАЛЮВАННІ ПАЛИВА

Джерела утворення шкідливих речовин у процесі спалювання

Процес спалювання палива є одним із основних джерел утворення шкідливих викидів в атмосферне повітря. При цьому формується широкий спектр газоподібних і твердих продуктів згоряння, серед яких найбільш небезпечними для довкілля та здоров’я людини є оксиди сірки (SO₂, SO₃), оксиди азоту (NO, NO₂), оксид вуглецю (CO), діоксид вуглецю (CO₂), леткі органічні сполуки (ЛОС), важкі метали (Hg, Cd, Pb) та дрібнодисперсний пил (PM₁₀, PM₂.₅) [41], [1].
Основними чинниками, що визначають склад і концентрацію шкідливих речовин у димових газах, є:
хімічний склад і вологість палива;
температура та режим горіння;
наявність домішок (сірки, азоту, хлору, металів);
коефіцієнт надлишку повітря;
тип пальникового пристрою та ефективність процесу змішування палива з повітрям.
При спалюванні традиційних палив (вугілля, мазут, природний газ) головним джерелом утворення оксидів сірки є сполуки сірки, що містяться в органічній частині палива. Оксиди азоту формуються переважно внаслідок термічного окиснення азоту повітря при високих температурах. Оксид вуглецю (CO) утворюється при неповному згорянні вуглецю, тоді як дрібнодисперсний пил утворюється через механічне винесення незгорілих частинок і вторинні процеси конденсації металів та солей у димових газах.
Розглянемо порівняльну характеристику викидів основних шкідливих речовин при спалюванні різних видів палива (табл. 1.1).

Таблиця 1.1
Викиди основних шкідливих речовин при спалюванні різних видів палива
Вид палива SO₂, мг/м³ NOₓ, мг/м³ CO₂, г/кВт·год Тверді частинки, мг/м³
Вугілля 1800 1200 950 200
Природний газ 10 450 400 5
Мазут 900 700 780 50
Біомаса 200 350 150 30
Суспензійне паливо з відходів 150 300 320 25

Як видно з таблиці 1.1, найвищі концентрації шкідливих речовин характерні для вугілля та мазуту, тоді як використання природного газу та біомаси дає значно менше навантаження на атмосферу.
У випадку суспензійного палива з відходів, склад викидів є значно складнішим. Таке паливо зазвичай формується з відходів промисловості, сільського господарства, осадів стічних вод, біомаси або горючих фракцій побутових відходів. Його хімічний склад є неоднорідним і часто містить:
хлор- і фторвмісні сполуки, що при горінні утворюють соляні (HCl) та фтористоводневі (HF) кислоти;
сполуки азоту, що сприяють підвищенню утворення NOₓ;
важкі метали (Zn, Pb, Hg, Cu), які випаровуються при високих температурах і конденсуються у вигляді токсичних аерозолів [3, c. 2–3], [5, c. 45];
органічні речовини, що при неповному згорянні формують діоксини, фурани та поліароматичні вуглеводні (ПАВ).
Особливістю спалювання суспензійного палива є підвищений вміст вологи (до 40–60%), що ускладнює процес повного згоряння і знижує температуру полум’я. Це сприяє збільшенню частки оксиду вуглецю та органічних недогорілих сполук. Разом з тим, наявність у складі палива мінеральних компонентів (золи, карбонатів, гідроксидів) може частково знижувати викиди SO₂ завдяки природній сорбційній здатності таких речовин [41, c. 16–18].
Викиди при спалюванні суспензійного палива мають комплексний характер, а тому для їх ефективного зменшення необхідне поєднання технологічних і очисних заходів:
оптимізація процесу згоряння (регулювання подачі повітря, багатоступеневе спалювання, попереднє сушіння палива);
використання каталітичних або плазмових систем доокиснення CO і органічних сполук;
впровадження високоефективних систем очищення димових газів (електрофільтри, рукавні фільтри, скрубери, адсорбційні та каталітичні установки) [1, c. 28–30].
В умовах сучасної енергетичної трансформації України (програми “Ukraine Facility”, “Clean Air for Ukraine”), проблема зниження шкідливих викидів при спалюванні відходів і альтернативних палив є пріоритетною. Це пояснюється як зростанням обсягів відходів, так і необхідністю зменшення імпорту природного газу через використання вторинних енергоресурсів [8, c. 2–4].
Таким чином, аналіз джерел утворення шкідливих речовин показує, що при спалюванні суспензійного палива з відходів формуються не лише традиційні газоподібні викиди, але й нові забруднювачі (HCl, HF, діоксини, важкі метали), що потребують комплексного підходу до очищення димових газів та вдосконалення технологічних процесів горіння [86, c. 88–90].
Проаналізуємо викиди шкідливих речовин SO₂ і NOₓ для різних видів палива в Україні (рис. 1.1):

Рис. 1.1. Порівняння викидів шкідливих речовин SO₂ і NOₓ для різних видів палива в Україні

1.2 Сучасні види палива та їх вплив на навколишнє середовище

Традиційні види палива, що застосовуються на теплових електростанціях (ТЕС) України, включають вугілля, природний газ і мазут.
Кожен із них має свої фізико-хімічні властивості, теплотворну здатність та екологічні наслідки використання [24].
Вугілля залишається основним видом палива для українських ТЕС, проте його спалювання супроводжується значним утворенням твердих частинок, оксидів сірки (SO₂), оксидів азоту (NOₓ) і діоксиду вуглецю (CO₂).
Природний газ вважається найчистішим з традиційних видів палива, оскільки має мінімальний вміст сірки, невисокі питомі викиди CO₂ та практично не утворює золи.
Мазут, навпаки, характеризується підвищеним вмістом сірки та важких металів, тому його спалювання є екологічно небезпечним і економічно невигідним через необхідність складних систем очищення [74].
Водночас у контексті переходу України до циркулярної економіки все більшої уваги набувають суспензійні палива, зокрема суспензійне паливо з відходів (СПВ) [2 с.1-3].
Це суміш дрібнодисперсних частинок органічного чи вугільного походження (вугілля, відходів деревообробки, торфу, біосировини, мулів очисних споруд, полімерів тощо) з рідкою фазою — водою або відпрацьованими технічними рідинами.
Основними перевагами СПВ є:
– утилізація відходів промисловості, енергетики та комунального сектору;
– зменшення собівартості палива;
– зниження викидів SO₂ та твердих частинок за рахунок більш рівномірного згоряння частинок у водно-дисперсному середовищі;
– можливість спалювання у стандартних топках ТЕС з мінімальною модернізацією обладнання.
За теплотворною здатністю суспензійні палива поступаються традиційним (на 15–25%), однак їх екологічна ефективність і економічна доцільність зростають завдяки зменшенню плати за утилізацію відходів та зниженню навантаження на очисні споруди.
Суспензійні палива можуть містити до 40–60% води, 30–50% органічної складової та 5–10% мінеральних домішок.
При цьому оптимальний діаметр частинок твердого компонента становить 50–100 мкм, що забезпечує стабільність суспензії й ефективне згоряння.
В процесі спалювання вода виконує роль теплоносія і сприяє зменшенню пікової температури горіння, що приводить до зниження утворення оксидів азоту (NOₓ) [6, c. 2–3].
Дослідження, проведені в Україні, свідчать, що застосування суспензійного палива дозволяє скоротити:
– викиди твердих частинок − на 40–60%;
– викиди SO₂ − на 25–30%;
– викиди NOₓ − на 20–25% порівняно з традиційним вугільним спалюванням.
СПВ особливо перспективне для малих і середніх котелень, а також для модернізації застарілих енергоблоків, що використовують низькосортне паливо або вугільні відходи.
Його впровадження відповідає стратегії «зеленої енергетики України до 2035 року» та принципам Європейського зеленого курсу [11, c. 88–90].
В табл. 1.2 представлена порівняльна характеристика традиційних і суспензійних палив.

Таблиця 1.2
Характеристика традиційних та суспензійних палив
Показник Вугілля Природний газ Мазут Суспензійне паливо з відходів
Теплотворна здатність, МДж/кг 24–28 35–38 40–42 18–22
Вміст сірки, % 0,5–3,0 <0,02 1,5–3,5 0,1–0,5
Зольність, % 10–25 0 0,1–0,3 5–10
Викиди SO₂, мг/м³ 1800 10 900 150
Викиди NOₓ, мг/м³ 1200 450 700 300
Викиди твердих частинок, мг/м³ 200 5 50 25
Викиди CO₂, г/кВт·год 950 400 780 320
Собівартість, $/т умовного палива 150–200 300–350 250–300 80–120
Екологічна оцінка Низька Висока Низька Висока

Таким чином, суспензійне паливо з відходів є перспективним напрямом розвитку енергетики, що поєднує вирішення екологічних і енергетичних проблем. Його використання сприяє зменшенню обсягів відходів, скороченню викидів забруднюючих речовин і підвищенню енергетичної безпеки країни.

1.3 Вплив суспензійного палива на якість димових газів

Використання суспензійних палив, що містять органічні та неорганічні компоненти, є одним із перспективних напрямів зниження викидів забруднювальних речовин під час спалювання промислових та побутових відходів. Таке паливо дає змогу забезпечити стабільність процесу горіння, зменшити температуру полум’я та оптимізувати співвідношення «паливо–повітря», що безпосередньо впливає на склад і концентрацію продуктів згоряння [21, c. 112–114].
Основними забруднювальними компонентами димових газів при спалюванні суспензійного палива є оксиди азоту (NOₓ), діоксид сірки (SO₂), оксид вуглецю (CO), леткі органічні сполуки (ЛОС) та тверді частинки (пил). Крім того, у результаті неповного згоряння можуть утворюватися побічні продукти (ПП) – зокрема діоксини та фурани, які належать до найбільш токсичних сполук у викидах [56, c. 58–60].
Фізико-хімічні процеси утворення основних класів забруднювачів при спалюванні СПВ:
- SO₂: походить з сірковмісних компонентів палива; частково може бути зв'язаний мінеральними компонентами золи або вилучений у скруберах/напівсухих установках.
- NOₓ: утворюється головним чином термічно (від азоту повітря) і у вигляді хімічних NOₓ від органічного азоту у паливі; знижується при зниженні температури полум'я, але може зростати при поганому змішуванні палива з повітрям.
- CO і ЛОС: збільшуються при неповному згорянні, що характерно для вологих суспензій; потребують покращення режиму горіння та доокиснення (каталітичні або плазмові системи).
- HCl, HF: утворюються з галогеновмісних компонентів; ефективно видаляються у скруберах та сорбційних системах.
- Діоксини і фурани: формуються у широкому діапазоні температур за наявності хлору і органічних прекурсорів; їх утилізація вимагає низькотемпературного післягоріння або адсорбційної ліквідації на активованому вугіллі.
- Важкі метали (Hg, Pb, Cd): при високих температурах випаровуються і далі у відхідному газі конденсуються разом з дрібнодисперсними частинками; ефективне вловлювання можливе за допомогою рукавних фільтрів та адсорбентів [9, c. 45].
Ефективність зменшення утворення NOₓ значною мірою залежить від температури полум’я, ступеня турбулентності газового потоку та вмісту кисню. При використанні суспензійного палива температура горіння зазвичай знижується на 150–200 °С у порівнянні зі спалюванням традиційних вуглеводневих палив, що зменшує утворення термічних оксидів азоту.
Зменшення вмісту ЛОС та ПП у димових газах досягається завдяки більш повному окисненню органічної частини палива, коли забезпечується достатня тривалість перебування частинок у зоні високих температур та ефективне змішування з повітрям. При цьому важливу роль відіграє вологість суспензії та вміст дисперсних частинок – надмірна вологість знижує температуру горіння і може підвищувати рівень CO, тоді як оптимальна (10–15 %) сприяє стабільному горінню без димлення.
Практичні наслідки для якості димових газів при використанні СПВ:
1) Збільшення різноманітності класів забруднювачів (поява HCl, HF, діоксинів, підвищений вміст летких металів).
2) Зниження середньої температури полум'я, що зменшує термічний компонент утворення NOₓ, але ускладнює повноту згоряння.
3) Потрібна більш комплексна схема газоочищення (поєднання напівсухих/мокрих скруберів, рукавних фільтрів, адсорбції, каталітичного доочищення для NOₓ).
Порівняємо очікуваний склад димових газів при спалюванні типових партій вугілля, мазуту та суспензійного палива з відходів (табл. 1.3). Значення наведено орієнтовно для ілюстрації відмінностей і базуються на узагальнених даних літератури та практичних спостереженнях для українських умов.

Таблиця 1.3
Порівняння складу димових газів при спалюванні різних видів палива (орієнтовно)
Показник Одиниці Вугілля (орієнт.) Мазут (орієнт.) Природний газ (орієнт.) СПВ (орієнт.) Коментар
А 1 2 3 4 5 6
SO₂ мг/м³ 1500–2000 800–1000 5–20 100–400 СПВ: залежить від вмісту сірки у відходах
Oₓ мг/м³ 1000–1300 600–800 200–500 250–450 СПВ: термічний і паливний компоненти
CO мг/м³ 200–400 150–300 10–50 300–800 СПВ: підвищення при неповному згорянні
HCl мг/м³ — 5–50 — 50–300 СПВ: значення залежать від вмісту хлору
Діоксини/фурани нг TEQ/Nm³ 0.5–5 1–10 <0.1 1–20 СПВ: ризик при наявності хлорвмісних компонентів

Продовження табл.1.3
А 1 2 3 4 5 6
PM (тверді частинки) мг/м³ 100–300 30–80 1–10 20–60 СПВ: залежить від ефективності попереднього шліфування і фільтрації
Hg (ртуть) мкг/Nm³ 1–5 0.5–3 <0.1 0.5–5 СПВ: джерела − металеві домішки у відходах

Закінчення табл. 1.3

Як видно з табл. 1.3, застосування суспензійного палива дозволяє суттєво зменшити концентрацію оксидів азоту, сірки та твердих частинок у димових газах. Зменшення рівня токсичних побічних продуктів (фуранів і діоксинів) досягається завдяки зниженню температури зони горіння та рівномірнішому розподілу кисню. Отже, суспензійне паливо є ефективною альтернативою традиційним видам палива з точки зору екологічної безпеки та стабільності процесу спалювання.

1.4 Екологічні наслідки викидів ТЕС в Україні

Теплові електростанції (ТЕС) залишаються ключовою складовою енергетичного сектору України, проте їхній вплив на довкілля є надзвичайно значни. У процесі спалювання органічного палива − вугілля, мазуту, природного газу чи альтернативних палив − утворюються забруднюючі речовини, які потрапляють у атмосферу, воду та ґрунт.
Основними компонентами димових газів є оксиди сірки (SO₂), азоту (NOₓ), вуглецю (CO₂), тверді частинки (зола, пил), важкі метали (ртуть, кадмій, свинець) та інші токсичні сполуки. Їх концентрації залежать від типу палива, умов горіння та ефективності систем очищення.
SO₂ і NOₓ є головними причинами кислотних дощів, які призводять до закислення ґрунтів, деградації лісових екосистем і корозії інфраструктури [23]. Тверді частинки (PM₂.₅, PM₁₀) є небезпечними для здоров’я людини, адже спричиняють респіраторні та серцево-судинні захворювання. Викиди CO₂ є основним фактором глобального потепління.
За даними Міністерства енергетики України та аналітичних звітів 2024 року, найбільші обсяги викидів шкідливих речовин спостерігається у промислово розвинених регіонах − Дніпропетровській, Харківській, Київській та Черкаській областях, де зосереджено найбільші енергогенеруючі підприємства країни (табл. 1.4).
Таблиця 1.4
Основні обсяги викидів забруднюючих речовин від ТЕС України
Область SO₂, тис. т/рік NOₓ, тис. т/рік CO₂, млн т/рік Тверді частинки, т/рік
Дніпропетровська 140 120 7.5 9500
Харківська 110 95 5.4 6800
Київська 95 80 4.2 6100
Черкаська 100 90 4.5 7000
Львівська 85 75 3.8 5600

Як видно з табл. 1.4, найвищі показники спостерігаються у східних регіонах України, де домінує спалювання вугілля низької якості та застарілі технології фільтрації. У центральних і західних областях ситуація покращується завдяки частковому переходу на газ або модернізовані системи очищення.
Високий рівень забруднення атмосферного повітря від ТЕС зумовлює підвищення рівня захворюваності населення на хронічні бронхіти, астму та серцево-судинні хвороби. Окрім того, осідання золи та сірчаних сполук призводить до забруднення поверхневих вод і зниження родючості ґрунтів.
В умовах євроінтеграції та зобов’язань щодо скорочення викидів парникових газів Україна активно впроваджує програми з підвищення енергоефективності та декарбонізації енергетичного сектору. Одним із перспективних напрямів є використання суспензійних палив з відходів, що дозволяє не лише знизити рівень шкідливих викидів, а й зменшити навантаження на систему поводження з відходами.
Отже, модернізація теплової енергетики, перехід на екологічно безпечні види палива та впровадження ефективних систем газоочистки є необхідними умовами для поліпшення екологічного стану довкілля в Україні та гармонізації національних стандартів з екологічною політикою Європейського Союзу.

Рис. 1.2 Порівняння обсягів основних забрудників від ТЕС України

Висновки по розділу
У результаті проведеного аналізу встановлено, що теплові електростанції України залишаються одним із найбільших джерел викидів шкідливих речовин в атмосферу. До основних компонентів димових газів належать оксиди сірки (SO₂), азоту (NOx), вуглецю (CO₂), а також тверді частинки − зола, пил і домішки важких металів. Їх поява зумовлена використанням твердого палива невисокої якості та недостатньою ефективністю існуючих газоочисних систем.
Порівняльний аналіз показав, що сучасні методи очищення димових газів − електрофільтри, скрубери, установки селективного каталітичного відновлення, сорбційні технології − дозволяють істотно зменшити вміст шкідливих речовин, проте їх впровадження вимагає значних інвестицій і модернізації обладнання на більшості українських ТЕС.
Перспективним напрямом зниження екологічного навантаження є застосування суспензійних видів палива, створених на основі відходів. Такі палива поєднують достатню теплотворну здатність із меншим утворенням SO₂, NOx та пилу, що сприяє одночасному зменшенню кількості відходів і поліпшенню екологічного стану енергетичного сектору.
Отже, зменшення негативного впливу ТЕС на довкілля можливе завдяки:
використанню низькосірчаних та малонітрогенних палив;
упровадженню комплексних систем очищення димових газів;
переходу на альтернативні суспензійні палива як один із найбільш перспективних напрямів декарбонізації енергетики України.

РОЗДІЛ 2.ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ ДИМОВИХ ГАЗІВ НА ТЕПЛОВИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯХ УКРАЇНИ

РОЗДІЛ 2
ТЕХНОЛОГІЇ ОЧИЩЕННЯ ДИМОВИХ ГАЗІВ НА ТЕПЛОВИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯХ УКРАЇНИ

2.1 Порівняльна характеристика сучасних технологій очищення димових газів

Сучасні технології очищення димових газів є ключовим елементом зниження промислових викидів, особливо на теплових електростанціях (ТЕС), які використовують традиційні та альтернативні види палива. Їх метою є мінімізація концентрацій пилу, оксидів сірки (SO₂), оксидів азоту (NOₓ), оксиду вуглецю (CO), а також летких органічних сполук і важких металів [49, c.102]. Різні технології забезпечують різну ефективність очищення, тому вибір системи залежить від складу газів, потужності установки та економічних умов (табл. 2.1).

Таблиця 2.1
Порівняння основних методів очищення димових газів, їх ефективність, переваги та недоліки для використання на ТЕС України
Технологія очищення Принцип дії Основні забруднювачі, що видаляються Ступінь очищення, % Переваги Недоліки
А Б В Г Д Е
Циклонні пиловловлювачі Відцентрове відокремлення частинок від потоку газу Пил, зола (частинки >10 мкм) 70–90 Простота конструкції, низька вартість, надійність Низька ефективність для дрібнодисперсного пилу
Електрофільтри Осадження заряджених частинок у електричному полі Пил, дим, зола (до 1 мкм) 95–99,7 Висока ефективність, мала втрата тиску Висока вартість обладнання, чутливість до вологості
Рукавні (тканинні) фільтри Механічна фільтрація через пористий матеріал Пил, зола, органічні сполуки 98–99,9 Універсальність, висока ефективність Обмеження за температурою, потреба в регулярній заміні фільтрів

Продовження табл. 2.1
А Б В Г Д Е
Мокрі вапнякові установки (FGD) Абсорбція SO₂ розчином вапняку або вапна Оксиди сірки (SO₂, SO₃) 90–95 Висока ефективність, можливість утилізації гіпсу Значні капітальні витрати, утворення стічних вод
Сухе та напівсухе очищення Реакція SO₂ з сухими або розпиленими сорбентами Оксиди сірки 70–90 Простота експлуатації, відсутність рідких відходів Менша ефективність порівняно з мокрими системами
Селективне некаталітичне відновлення (SNCR) Впорскування аміаку або сечовини у зону високих температур Оксиди азоту (NOₓ) 50–70 Простота системи, помірна вартість Необхідність точного контролю температури, ризик вторинних викидів NH₃
Селективне каталітичне відновлення (SCR) Відновлення NOₓ у присутності каталізатора Оксиди азоту (NOₓ) 85–95 Висока ефективність, стабільність роботи Висока вартість каталізаторів, потреба у попередньому очищенні газу
Комбіновані системи очищення Поєднання кількох методів (електрофільтр + десульфуризація + денітрифікація) Пил, SO₂, NOₓ, CO 90–99 Комплексне очищення, гнучкість застосування Складність конструкції, великі капітальні витрати
Плазмохімічні та фотокаталітичні методи Окиснення шкідливих компонентів активними радикалами NOₓ, SO₂, CO, органічні сполуки 70–95 Енергозбереження, відсутність реагентів Висока вартість обладнання, потреба в доопрацюванні технології

Закінчення табл. 2.1

Як показано у табл. 2.1, найвищу ефективність мають комбіновані системи очищення, які дозволяють одночасно видаляти пил, оксиди сірки та азоту. Для ТЕС України оптимальними є системи, що поєднують електрофільтри або рукавні фільтри з установками десульфуризації типу FGD [57, c.135].

2.2 Аналіз ефективності технологій очищення димових газів при спалюванні суспензійного палива з відходів

Спалювання суспензійного палива, виготовленого на основі органічних і вуглевмісних відходів, супроводжується утворенням складного газового потоку, до складу якого входять оксиди сірки, азоту, вуглецю, леткі органічні сполуки, а також дрібнодисперсні частинки золи та незгорілих компонентів. На відміну від традиційного вугілля, суспензійне паливо має підвищений вміст вологи, а його склад є нестабільним, що ускладнює процес спалювання та впливає на характер викидів.
Основними чинниками, що визначають рівень забруднення при спалюванні суспензійного палива, є:
– хімічний склад сировини, зокрема вміст сірки, азоту та хлоридів;
– ступінь подрібнення частинок і однорідність суспензії;
– температурний режим горіння і тривалість перебування частинок у топці;
– співвідношення повітря та палива, що визначає повноту згоряння.
При недосконалому спалюванні можливе зростання концентрацій CO, NOₓ та летких органічних сполук, а також збільшення масової частки дрібнодисперсного пилу (PM₂.₅ та PM₁₀), що потребує ретельного очищення димових газів.
Сучасні системи очищення, що застосовуються на теплових електростанціях для звичайного вугілля, можуть бути адаптовані для роботи з продуктами згоряння суспензійного палива, однак їх ефективність значною мірою залежить від властивостей утворених газів і пилу.
– Електрофільтри при спалюванні суспензійного палива демонструють ефективність пиловловлення на рівні 93–97%, проте їх робота може погіршуватись через високу вологість і змінний електричний опір золи [11, c.75].
– Рукавні фільтри залишаються найефективнішими для тонкодисперсних частинок (ефективність до 99,5%), проте потребують охолодження газів до температур, нижчих за 200–250 °C.
– Для зменшення оксидів сірки (SO₂) ефективними є напівсухі установки десульфуризації, що використовують гідратоване вапно. Вони забезпечують ступінь очищення 80–90% при менших капітальних витратах.
– Селективне некаталітичне відновлення (SNCR) забезпечує зниження NOₓ на 50–70% при впорскуванні сечовини або аміаку у зону горіння.
– Селективне каталітичне відновлення (SCR) досягає найвищої ефективності (до 95%), але вимагає попереднього очищення газів від пилу та сірчаних сполук.
Порівняльна оцінка ефективності наведена у табл. 2.2:

Таблиця 2.2.
Ефективність технологій очищення димових газів при спалюванні суспензійного палива
Технологія очищення Основна ціль Ефективність, % Особливості застосування
Електрофільтр Пил 93–97 Зниження ефективності при високій вологості газів
Рукавний фільтр Пил, частково органічні сполуки 98–99,5 Потребує охолодження газів
Напівсуха десульфуризація SO₂ 80–90 Оптимальна для середніх обсягів газу
Мокра десульфуризація (FGD) SO₂ 90–95 Висока ефективність, значні витрати
SNCR NOₓ 50–70 Простота системи, регулювання дозування
SCR NOₓ 85–95 Висока ефективність, але складність експлуатації
Комбіновані системи Пил, SO₂, NOₓ 90–99 Перспективні для великих установок

Проведений аналіз показує, що для установок, які спалюють суспензійне паливо з відходів, найбільш доцільним є застосування комбінованих систем очищення димових газів, що включають електрофільтр або рукавний фільтр для пилу, напівсуху десульфуризацію та SNCR або SCR для зниження оксидів азоту. Такий підхід забезпечує досягнення рівня очищення до 95–99% при відносно помірних витратах енергії [69, c.33].

Висновки по розділу

У цьому розділі проведено аналіз сучасних технологій очищення димових газів, що застосовуються на теплових електростанціях України, а також визначено особливості їх ефективності при спалюванні суспензійного палива, отриманого з відходів.
Показано, що традиційні системи пиловловлення − електрофільтри та рукавні фільтри − забезпечують високий ступінь очищення (93–99,5%) і можуть бути адаптовані для умов підвищеної вологості та змінного складу димових газів, характерних для спалювання суспензійного палива.
Для зменшення викидів оксидів сірки (SO₂) найбільш ефективними виявилися мокрі та напівсухі системи десульфуризації, які дозволяють досягти ступеня очищення 80–95% залежно від типу реагенту та температурного режиму.
Зниження концентрації оксидів азоту (NOₓ) досягається за допомогою селективного некаталітичного (SNCR) та селективного каталітичного (SCR) відновлення, ефективність яких становить відповідно 50–70% і 85–95%.
Порівняльний аналіз показав, що найбільш доцільним напрямом підвищення ефективності очищення димових газів є комбінування різних технологій у єдиній системі − наприклад, поєднання електрофільтра або рукавного фільтра з напівсухою десульфуризацією та SNCR. Такий підхід забезпечує комплексне видалення пилу, оксидів сірки та азоту, при цьому зберігаючи прийнятні капітальні та експлуатаційні витрати.
Таким чином, у результаті аналізу встановлено, що комбіновані системи очищення димових газів є найбільш ефективними для установок, які спалюють суспензійне паливо з відходів, забезпечуючи ступінь очищення до 95–99%. Отримані результати створюють наукове підґрунтя для подальшої розробки оптимізованої технологічної схеми очищення, орієнтованої на використання альтернативних палив і мінімізацію негативного впливу на довкілля.

РОЗДІЛ 3. ПРОЕКТНІ РІШЕННЯ ЩОДО ЗМЕНШЕННЯ ШКІДЛИВИХ ВИКИДІВ

РОЗДІЛ 3
ПРОЕКТНІ РІШЕННЯ ЩОДО ЗМЕНШЕННЯ ШКІДЛИВИХ ВИКИДІВ

3.1 Розроблення технологічної схеми очищення димових газів при спалюванні суспензійного палива

Суспензійне паливо характеризується підвищеним вмістом вологи та значною кількістю тонкодисперсних частинок, що призводить до утворення аерозолів і золи. Тому при розробленні схеми очищення необхідно враховувати фізико-хімічні властивості палива, склад золи та параметри роботи котельного обладнання. Для забезпечення стабільного згоряння застосовується попередня підготовка суспензії: фільтрація, гомогенізація і контроль температури [68].

Рис.3.1 Запропонована технологічна схема очищення димових газів

На рис.3.1 показано основні етапи очищення:
Котел – місце спалювання суспензійного палива, де відбувається генерація димових газів.
Скрубер – установка для первинного вологого очищення газів від пилу та оксидів сірки.
АБС (абсорбційна башта) – для додаткового видалення шкідливих газових компонентів, таких як SO₂ та HCl.
Рукавний фільтр – забезпечує тонке очищення газів від дрібнодисперсного пилу перед виходом в атмосферу.
CEMS (система моніторингу та контролю) – здійснює безперервний контроль концентрацій основних забруднювачів, температури та тиску, з можливістю інтеграції в SCADA-систему.
Струм газів після котла проходить послідовно через скрубер, абсорбційну башту та рукавний фільтр, після чого викидається в атмосферу у вигляді очищених газів. Система CEMS контролює ефективність роботи всіх елементів та забезпечує безпечну експлуатацію установки.

3.1.1. Склад та опис основних елементів системи очищення:

Котел для спалювання суспензійного палива. Оснащується системами автоматичного регулювання співвідношення повітря та палива, що забезпечує оптимальні умови горіння і зменшення утворення оксидів азоту. Часткова рециркуляція димових газів дозволяє стабілізувати температуру та скоротити утворення NOₓ.
Циклонний апарат попереднього очищення. Призначений для грубого видалення твердих частинок великої фракції, що запобігає зносу подальшого обладнання.
Охолоджувач або теплообмінник-рекуператор. Регулює температуру потоку димових газів перед системами тонкого очищення, забезпечуючи оптимальний режим роботи фільтраційних пристроїв (150–180 °C).
Фільтраційна система − рукавний фільтр або електрофільтр.
Для умов спалювання суспензійного палива рекомендовано застосування рукавного фільтра, який забезпечує високу ефективність затримання дрібнодисперсного пилу (до 99%). Система передбачає автоматичну регенерацію фільтрувальних елементів і контроль перепаду тиску.
Ін’єкційна система дозування активованого вугілля або хемосорбентів. Використовується для уловлювання ртуті та органічних сполук. Сорбент подається у газовий потік перед фільтром, що дає змогу одночасно вилучати газоподібні й тверді домішки [19].
Установка десульфурації (FGD). Забезпечує видалення діоксиду сірки, хлоридів і фторидів. Найбільш ефективним вважається вапняно-гіпсовий метод, який дозволяє знизити викиди SO₂ на 85–98%. Як побічний продукт формується гіпс, який може бути використаний у будівництві.
Система селективного зниження оксидів азоту (SNCR або SCR)
При наявності відповідного температурного режиму застосовується SNCR із впорскуванням сечовини чи аміаку, або SCR − каталітичне відновлення, що дозволяє зменшити концентрацію NOₓ на 70–90%.
Вторинне очищення та демеркуризація. У випадку підвищеного вмісту кислотних або токсичних компонентів передбачаються додаткові скрубери для тонкого очищення газів.
Вентиляційна система і димова труба. До складу системи входять вентилятори та димососи, що створюють необхідний розрідження потоку. Висота труби визначається розрахунково відповідно до санітарних норм розсіювання викидів.
Система автоматичного контролю та моніторингу (CEMS). Виконує безперервний контроль показників PM, SO₂, NOₓ, CO, CO₂, O₂, HCl, HF, температури та тиску. Отримані дані інтегруються у SCADA-систему для подальшого аналізу та звітності [28].
Рекомендується впровадження автоматизованої системи керування з дистанційним контролем параметрів. Необхідно передбачити аварійні відключення у разі перевищення граничних значень температури або тиску. Також важливо забезпечити належну вентиляцію у приміщеннях подачі аміаку та сорбентів, а також вогнезахист у зонах зберігання пилових матеріалів. Планові перевірки ефективності систем очищення слід проводити щонайменше раз на квартал.

3.2 Розрахунок ефективності запропонованої системи

Запропонована схема очищення забезпечує комплексне зниження основних забруднювальних речовин у димових газах:
тверді частинки − до 99%;
оксиди сірки − до 95%;
оксиди азоту − до 80%;
ртуть і леткі органічні сполуки − до 90%.
Її реалізація сприяє досягненню екологічних показників, передбачених законодавством України та вимогами директив ЄС.
Розроблена технологічна схема очищення димових газів забезпечує високий рівень екологічної безпеки й може бути адаптована до різних типів котельного обладнання. Вона поєднує ефективні методи механічного, хімічного та каталітичного очищення з автоматизованими системами моніторингу, що гарантує стабільність процесів і мінімізацію впливу на довкілля [19].
У розділі розроблено проектні рішення, спрямовані на зниження рівня шкідливих викидів під час спалювання суспензійного палива. Запропонована схема очищення поєднує сучасні технології фільтрації, десульфурації та денітрифікації, що забезпечують відповідність європейським екологічним стандартам. Впровадження систем моніторингу і керування дозволяє підвищити ефективність роботи обладнання та знизити екологічні ризики. Таким чином, реалізація запропонованих заходів є важливим етапом модернізації теплової енергетики України.

3.3. Чутливість та ризики окупності

Економічна ефективність впровадження системи очищення димових газів залежить від кількох ключових факторів. Для оцінки чутливості та можливих ризиків розглянуто наступні аспекти:
Коливання цін на паливо та електроенергію:
Зростання вартості палива або електроенергії може збільшити експлуатаційні витрати і подовжити термін окупності;
Зниження цін, навпаки, прискорює окупність та підвищує економічну вигоду.
Вартість реагентів та сорбентів:
Вартість активованого вугілля, аміаку та інших реагентів може коливатися;
Для зменшення ризику рекомендується встановити довгострокові контракти постачальників або передбачити альтернативні сорбенти.
Експлуатаційні ризики:
Поломки обладнання або збої автоматизованих систем можуть призвести до тимчасового зниження ефективності очищення та додаткових витрат;
Планові технічні обслуговування та системи моніторингу знижують цей ризик.
Регуляторні та екологічні зміни:
Можливе посилення екологічних вимог може вимагати модернізації обладнання або додаткових інвестицій;
Впровадження гнучкої технології з можливістю модернізації забезпечує відповідність новим стандартам.
Чутливість окупності:
За оцінками, коливання витрат ±10 % на паливо та реагенти змінюють термін окупності приблизно на ±0,5 року;
Використання побічної продукції (гіпсу) та рекуперації тепла зменшує ризик подовження окупності та підвищує стабільність економічного ефекту.
Висновки до розділу

У розділі розроблено та обґрунтовано проектні рішення щодо зменшення шкідливих викидів при спалюванні суспензійного палива. Запропонована технологічна схема очищення димових газів сформована з урахуванням фізико-хімічних властивостей суспензійного палива, підвищеного вмісту вологи та тонкодисперсних частинок.
Розроблена система поєднує механічні, фізико-хімічні та каталітичні методи очищення, включаючи циклонне попереднє очищення, вологі скруберні установки, абсорбційну башту, рукавний фільтр, установки десульфурації та селективного зниження оксидів азоту. Запровадження ін’єкційної подачі сорбентів і систем демеркуризації забезпечує ефективне видалення токсичних домішок та важких металів.
Виконані розрахунки ефективності показали, що запропонована схема дозволяє досягти значного скорочення викидів: твердих частинок — до 99 %, оксидів сірки — до 95 %, оксидів азоту — до 80 %, ртуті та летких органічних сполук — до 90 %. Це підтверджує доцільність впровадження комплексного підходу до очищення димових газів при використанні суспензійного палива.
Аналіз чутливості та ризиків окупності показав, що економічна ефективність системи залежить від коливань цін на паливо, електроенергію та реагенти, а також від надійності експлуатації обладнання. Водночас використання побічної продукції десульфурації та рекуперації тепла сприяє підвищенню стабільності економічного ефекту та зменшенню строку окупності.
Таким чином, запропоновані проектні рішення є технічно доцільними, екологічно ефективними та економічно обґрунтованими і можуть бути рекомендовані для впровадження на котельних та теплових енергетичних установках як важливий елемент модернізації теплової енергетики України.

РОЗДІЛ 4. ЕКОЛОГІЧНА ТА ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ВПРОВАДЖЕННЯ СИСТЕМИ

РОЗДІЛ 4
ЕКОЛОГІЧНА ТА ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ВПРОВАДЖЕННЯ СИСТЕМИ

4.1 Екологічна ефективність

Екологічна ефективність упровадження запропонованої системи очищення димових газів полягає у суттєвому скороченні кількості шкідливих речовин, що надходять у атмосферне повітря, а також у підвищенні загальної екологічної безпеки виробництва. Реалізація такої технології дозволяє зменшити техногенне навантаження на довкілля та забезпечити стабільне дотримання нормативних вимог чинного природоохоронного законодавства [31, с. 8].
Після введення системи в експлуатацію відбувається істотне зниження концентрацій основних забруднювачів у викидах. За результатами експериментальних і розрахункових даних середні показники ефективності становлять:
пил − близько 80 % (зменшення з 120 до 24 мг/м³);
діоксид сірки (SO₂) − приблизно 70 % (з 180 до 54 мг/м³);
оксиди азоту (NOₓ) − близько 70 % (з 160 до 48 мг/м³);
оксид вуглецю (CO) − близько 60 % (з 50 до 20 мг/м³).
Таке зниження концентрацій дає змогу мінімізувати ризики забруднення повітряного басейну, покращити санітарно-гігієнічні умови довколишніх територій і зменшити вплив промислових об’єктів на здоров’я населення.
Для оцінювання загальної екологічної результативності використовується інтегральний коефіцієнт очищення, який визначається за формулою:

ηекол=∑Cвх∑(Cвх−Cвих)×100%, (4.1)

де Cвх − середня концентрація забруднювачів на вході в систему;
Свих − концентрація після очищення.

Розрахункове значення коефіцієнта становить близько 78 %, що свідчить про високий рівень екологічної ефективності запропонованої технології.
Важливою перевагою є те, що процес очищення не супроводжується утворенням небезпечних рідких стоків чи вторинних газових домішок. Зібрані тверді частинки (пил, зола) можуть бути використані як вторинна сировина у виробництві будівельних матеріалів, що сприяє безвідходності технологічного циклу.
Окрім основного ефекту, система очищення забезпечує додаткове підвищення енергоефективності роботи установки. Завдяки оптимізації процесів горіння та стабілізації температурного режиму зменшується утворення нових шкідливих сполук, а отже − знижується сумарний екологічний слід підприємства.
Загалом, впровадження системи очищення димових газів створює передумови для переходу виробництва на сучасний рівень екологічної безпеки. Це сприяє виконанню національних і міжнародних стандартів, покращенню стану довкілля та забезпечує сталість виробничих процесів у довгостроковій перспективі.

4.1.1 Розрахунок зменшення викидів
Проаналізуємо концентрацію основних забруднювачів до та після очищення (табл. 4.1)
Таблиця 4.1
Концентрації шкідливих речовин у димових газах
Речовина До очищення, мг/м³ Після очищення, мг/м³ Ефективність, %
Пил 120 24 80
SO₂ 180 54 70
NOₓ 160 48 70
CO 50 20 60

Ефективність видалення пилу розраховується так:

η= × 100% = × 100% =80%, (4.2)
де CДО – концентрація компонента до очищення;
Cпісля – після очищення.

Подібні розрахунки проводяться для інших речовин. Це зменшення викидів сприяє покращенню якості повітря та зниженню ризику респіраторних захворювань [58, с. 91-100].

4.2 Економічна ефективність

Економічна ефективність упровадження системи очищення димових газів визначається через сукупний фінансовий ефект, що утворюється в результаті зниження втрат від викидів, скорочення платежів за забруднення навколишнього середовища, економії енергоресурсів та можливості повторного використання вторинних продуктів.
Основним економічним результатом є зменшення витрат на компенсацію екологічних збитків і сплату екологічних податків. За рахунок підвищення рівня очищення газів підприємство переходить до нижчої категорії плати за викиди, що дозволяє щороку скорочувати витрати на природоохоронні платежі приблизно на 25–35 %.
Окрім цього, система сприяє економії енергоресурсів. Оптимізація процесів спалювання та стабілізація температурного режиму зменшує витрати палива на 3–5 %, що для середнього промислового об’єкта може становити до 200–250 тис. грн економії на рік.
Завдяки утилізації зібраного пилу й золи як вторинної сировини для виробництва будівельних матеріалів підприємство отримує додатковий дохід. За оцінками, від реалізації вторинної продукції можна отримати 50–100 тис. грн на рік, що підвищує загальну економічну доцільність проєкту [76, с. 103].
Сукупний економічний ефект визначається за виразом:
Eзаг=Eекол+Eен+Eрес, (4.3)
де ��екол − скорочення платежів за викиди;
Eен − економія енергоресурсів;
Eрес − дохід від використання вторинної сировини.
Витрати на впровадження системи окуповуються в середньому протягом 3–5 років залежно від масштабів виробництва та інтенсивності експлуатації. Після завершення терміну окупності система починає приносити чистий прибуток і забезпечує сталий економічний результат без додаткових капіталовкладень.
Крім прямих фінансових вигод, проєкт має і непрямий економічний ефект. До нього належать зростання репутаційної привабливості підприємства, підвищення його конкурентоспроможності, а також можливість участі у державних або міжнародних програмах екологічного стимулювання.
Отже, впровадження системи очищення димових газів є не лише екологічно необхідним, а й економічно вигідним заходом. Високий рівень очищення, помірні експлуатаційні витрати та швидка окупність роблять цей проєкт ефективним інструментом для зменшення техногенного навантаження на довкілля при одночасному підвищенні фінансової стійкості підприємства [37, c. 28–31].

4.2.1 Розрахунок окупності
Розглянемо економічні показники системи для розрахунку терміну окупності (табл. 4.2).
Таблиця 4.2
Економічні показники системи
Показник
Значення

Капітальні витрати
5 000 000 грн

Щорічна економія
1 250 000 грн

Термін окупності
4 роки

Розрахунок терміну окупності:
Термін окупності= = = 4 роки, (4.4)
Для палива з відходів витрати можуть бути вищими, але збільшений ефект від зменшення викидів і можливість утилізації відходів роблять проект економічно доцільним (рис. 4.1).

Рис 4.1. Ефективність видалення шкідливих речовин

Пил: 120 → 24 мг/м³
SO₂: 180 → 54 мг/м³
NOₓ: 160 → 48 мг/м³
CO: 50 → 20 мг/м³
Графік демонструє суттєве зменшення концентрацій після впровадження системи.
4.3 Комплексна оцінка ефективності

Комплексна оцінка роботи системи очищення димових газів включає три основні напрямки: екологічний, економічний та соціальний.
Екологічний аспект: проваджена система дозволяє зменшити викиди шкідливих речовин на 70–90 %, що значно знижує забруднення атмосферного повітря та негативний вплив на довкілля. Скорочення пилових та газоподібних компонентів покращує якість повітря у прилеглих районах і зменшує екологічні ризики [45, с. 18–20].
Економічний аспект: впровадження системи є фінансово доцільним: строк окупності складає близько 3–5 років. Крім того, підприємство отримує можливість додаткового доходу від використання вторинної продукції, а також економить кошти на штрафах за перевищення нормативів викидів.
Соціальний аспект: покращення стану повітря сприяє зменшенню ризику захворювань серед населення та персоналу підприємства, підвищуючи рівень здоров’я та безпеки. Це також позитивно впливає на соціальний імідж організації.
Відповідність міжнародним стандартам: система відповідає стандарту ISO 14001, що підтверджує її ефективність у сфері екологічного менеджменту та підкреслює прихильність підприємства до сталого розвитку [86, с. 18–20].

Рис. 4.2 Комплексна оцінка ефективності

На рис. 4.2 видно, що система має високу ефективність у сфері екології та відповідності стандартам, трохи нижчу − у соціальній та економічній складовій. Це дозволяє комплексно оцінити переваги впровадження системи очищення.

Висновки по розділу

У результаті проведеної оцінки встановлено, що впровадження системи очищення димових газів є екологічно, економічно та соціально ефективним заходом. Аналіз показників підтверджує, що концентрації шкідливих речовин після очищення знижуються на 70–90 %, що суттєво зменшує негативний вплив на довкілля та покращує якість атмосферного повітря в зоні впливу підприємства.
Економічні розрахунки свідчать, що система має оптимальний термін окупності − близько 4 років, при щорічній економії 1 250 000 грн. Це забезпечує зниження виробничих витрат, економію коштів на сплату екологічних зборів і підвищення конкурентоспроможності підприємства.
Соціальні результати проявляються у покращенні умов праці персоналу, зниженні ризиків виникнення професійних захворювань, а також у підвищенні рівня екологічної безпеки для населення. Відповідність системи вимогам міжнародного стандарту ISO 14001 свідчить про високий рівень екологічного менеджменту та орієнтацію підприємства на сталий розвиток.
Отже, впровадження запропонованої системи очищення димових газів є доцільним і ефективним з усіх точок зору − екологічної, економічної та соціальної, а також сприяє підвищенню екологічної відповідальності виробництва.

РОЗДІЛ 5. МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ РОБОТИ СИСТЕМИ ОЧИЩЕННЯ ДИМОВИХ ГАЗІВ

РОЗДІЛ 5.
МОДЕЛЮВАННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ РОБОТИ СИСТЕМИ ОЧИЩЕННЯ ДИМОВИХ ГАЗІВ

5.1. Загальні принципи моделювання процесів очищення димових газів

Моделювання процесів очищення димових газів є ключовим етапом проектування та оптимізації роботи системи, що забезпечує зменшення концентрації шкідливих викидів під час спалювання суспензійного палива з відходів. Математичні та комп’ютерні моделі дозволяють оцінити поведінку газових потоків, концентрації забруднювачів та ефективність різних технологічних модулів системи [77].
Основною метою моделювання є визначення оптимальних параметрів роботи установки: температури горіння, швидкості газового потоку, параметрів турбулентності, концентрацій реагентів та інших характеристик. Моделі також використовуються для прогнозування ефективності різних методів очищення, таких як фільтрація, сорбція, абсорбція та каталітичне відновлення [55].
Одним із найважливіших аспектів моделювання є встановлення рівняння масообміну та теплообміну. Для цього використовуються рівняння Нав’є-Стокса, які описують рух газу, а також диференційні рівняння теплопровідності та дифузії хімічних речовин [50]. У загальному вигляді рівняння масообміну можна записати як:
∂C/∂t + v·∇C = D∇²C – R(C), (5.1)

де C − концентрація забруднювача;
t – час;
v − швидкість газового потоку;
D − коефіцієнт дифузії;
D∇C − дифузійний потік (закон Фіка);
R(C) − функція швидкості хімічної реакції.
Моделі дозволяють визначити, як зміни у конструкції обладнання або режимах експлуатації можуть вплинути на кінцеву концентрацію шкідливих викидів. Завдяки цьому стає можливим прогнозування ефективності системи без потреби у проведенні дорогих експериментів.
Широко застосовуються такі типи моделей:
- CFD-моделі (Computational Fluid Dynamics) для аналізу потоків;
- моделі хімічної кінетики для прогнозування хімічних реакцій;
- моделі сорбційних та фільтраційних процесів;
- моделі теплових балансів.
На основі отриманих результатів моделювання здійснюється оптимізація системи, яка включає вибір оптимального температурного режиму, геометрії каналів, типів фільтрів і сорбентів, а також режимів функціонування реагентних блоків [72].

5.2. Математична модель процесів очищення димових газів

Математична модель процесів очищення димових газів при спалюванні суспензійного палива з відходів є основним інструментом для прогнозування ефективності роботи системи та визначення оптимальних параметрів її функціонування. Узагальнена модель включає рівняння руху газового потоку, масообміну, теплообміну та хімічної кінетики [51].
Основою моделювання є система рівнянь Нав’є-Стокса, яка описує рух газу в каналах системи очищення [26]. У спрощеному вигляді рівняння зберігання імпульсу має вигляд:

ρ(∂v/∂t + v·∇v) = –∇p + μ∇²v + F, (5.2)

де ρ − густина газу;
∂v/∂t – локальна зміна швидкості з часом;
v∙∇v – конвективне прискорення (зміна швидкості в просторі);
v − вектор швидкості газового потоку;
∇p − сила тиску;
μ − динамічна в’язкість;
F − зовнішні сили.
Рівняння неперервності для нестисливого потоку подається як: ∇·v = 0.
Для реакцій абсорбції оксидів сірки використовують кінетичну модель першого порядку:

R = k·C, (5.3)

де R – швидкість реакції (утворення або поглинання речовини);
k − константа швидкості реакції;
C – концентрація речовини.
У системах фільтрації важливим елементом є модель осадження твердих частинок. Швидкість осідання частинок діаметром d визначається формулою Стокса:
v = (g·d²(ρЧ – ρ))/18μ, (5.4)

де v − швидкість осадження;
g − прискорення вільного падіння;
d – діаметр частинки;
ρЧ − густина частинки;
ρ − густина газу;
μ –динамічна в’язкість середовища.
Загальна ефективність фільтрації визначається рівнянням:

E = 1 – exp(–α·L), (5.5)

де α − коефіцієнт уловлювання;
L − довжина фільтраційного шару.
Комбінування математичних моделей дозволяє прогнозувати поведінку системи під час зміни технологічних параметрів, а також виконувати оптимізаційні розрахунки.

5.3. Оптимізація параметрів роботи системи очищення димових газів

Оптимізація роботи системи очищення димових газів є завершальним етапом моделювання, який дозволяє визначити такі параметри функціонування обладнання, що забезпечують максимальну ефективність зниження шкідливих викидів при мінімальних експлуатаційних витратах [78]. Метою оптимізації є пошук найкращої комбінації температурних режимів, швидкості газового потоку, концентрації реагентів, геометричних характеристик фільтраційних блоків та інтенсивності сорбційних процесів.
Загальна постановка задачі оптимізації може бути подана як:

F = f(x1, x2, x3, ..., xL) → min або max, (5.6)
де F − цільова функція (ефективність очищення, собівартість, енерговитрати);
x − керовані параметри.
У випадку систем очищення димових газів метою оптимізації зазвичай є мінімізація загальних витрат на очищення при одночасному забезпеченні екологічних нормативів:

min(E total) за умов Cᵢ ≤ Cnorm, (5.7)

де E total − сумарні експлуатаційні витрати;
Cᵢ − концентрація забруднювачана виході;
Cnorm − норматив.
До ключових параметрів, що підлягають оптимізації, належать:
- температура димових газів перед подачею на очищення;
- швидкість газового потоку в каналах системи;
- витрати реагентів у системах десульфуризації;
- швидкість циркуляції абсорбційних розчинів;
- товщина фільтраційного шару в рукавних фільтрах;
- інтенсивність електростатичного поля у електрофільтрах.
Оптимізація проводиться на основі результатів CFD-моделювання, експериментальних даних та аналітичних розрахунків [64]. Зазвичай застосовуються такі методи:
- метод градієнтного спуску;
- генетичні алгоритми;
- методи багатокритеріальної оптимізації;
- методи Монте-Карло.
Для прикладу, цільову функцію мінімізації енерговитрат можна подати як:

F = Wf + Ws + Wscr, (5.8)

де Wf − витрати на роботу фільтрів;
Ws − витрати на сорбційні процеси;
Wscr − витрати скруберів.
Процес оптимізації дозволяє визначити такі режими роботи, які забезпечують:
- зменшення енерговитрат на 10–20%;
- збільшення ефективності очищення до 95–99%;
- зниження витрат реагентів на 15–30%;
- стабілізацію роботи системи в умовах нерівномірного складу палива.
Результати оптимізації є основою для подальшого удосконалення конструкції обладнання та вибору режимів функціонування системи очищення в реальних умовах експлуатації.

Висновки по розділу

Моделювання систем очищення димових газів дозволяє оцінювати ефективність різних технологічних процесів та прогнозувати поведінку газових потоків без проведення дорогих експериментів.
Математичні моделі, що включають рівняння руху газу, масообміну, теплообміну та хімічної кінетики, забезпечують точне прогнозування концентрацій забруднювачів на виході з установки та ефективності методів очищення, таких як фільтрація, сорбція та абсорбція.
Використання рівнянь Нав’є–Стокса та дифузії дозволяє аналізувати вплив зміни технологічних параметрів і конструкційних рішень на роботу системи очищення.
Оптимізація параметрів роботи системи дає змогу знайти комбінацію температури газів, швидкості потоку, витрат реагентів та геометрії фільтраційних елементів, що забезпечує максимальну ефективність очищення при мінімальних експлуатаційних витратах.
Застосування сучасних методів оптимізації, включно з CFD-моделюванням, генетичними алгоритмами та багатокритеріальними підходами, дозволяє зменшити енерговитрати, підвищити ефективність очищення до 95–99% та знизити витрати реагентів.
Результати моделювання та оптимізації є надійною основою для удосконалення конструкції обладнання і вибору режимів роботи системи очищення в реальних умовах, що сприяє дотриманню екологічних нормативів та підвищенню економічної ефективності експлуатації.

РОЗДІЛ 6. ПЕРСПЕКТИВИ ВПРОВАДЖЕННЯ BAT-ТЕХНОЛОГІЙ В УКРАЇНІ

РОЗДІЛ 6.
ПЕРСПЕКТИВИ ВПРОВАДЖЕННЯ BAT-ТЕХНОЛОГІЙ В УКРАЇНІ

6.1. Нормативні вимоги та стратегічні напрями впровадження BAT

Впровадження найкращих доступних технологій (Best Available Techniques, BAT) є ключовим напрямом модернізації промислових підприємств України, що пов’язано з необхідністю гармонізації національного екологічного законодавства із нормами Європейського Союзу. Перехід до використання BAT передбачає застосування технологій, що забезпечують мінімізацію шкідливих викидів, раціональне використання енергоресурсів та підвищення рівня екологічної безпеки [44].
Згідно із Законом України «Про запобігання, зменшення та контроль промислового забруднення», з 2024 року реалізується поступовий перехід на інтегровані дозволи, які видаються з урахуванням вимог довідників BAT [71]. Ці довідники містять рекомендації щодо параметрів очищення димових газів, допустимих концентрацій, технологій фільтрації, десульфуризації, денітрифікації, а також інженерних рішень для енергоефективності.
У контексті спалювання суспензійного палива з відходів BAT-технології передбачають:
- застосування високоефективних рукавних та електрофільтрів (ефективність 98–99%);
- використання установок напівсухої та мокрої десульфуризації з ефективністю до 95%;
- впровадження селективного некаталітичного (SNCR) та каталітичного (SCR) відновлення оксидів азоту;
- інтеграцію систем рекуперації тепла для зменшення енерговитрат;
- використання низькотемпературних фільтраційних матеріалів.
Важливим напрямом впровадження BAT є модернізація існуючих ТЕЦ та котелень, які працюють на відходах або змішаному паливі. Переобладнання таких об’єктів дозволяє не лише знизити рівень забруднення атмосферного повітря, а й підвищити ефективність виробництва теплової та електричної енергії.
Реалізація BAT в Україні також передбачає створення єдиного державного реєстру підприємств, що зобов’язані впроваджувати такі технології, проведення технічних аудитів, розроблення галузевих довідників та поступове підвищення екологічних стандартів до рівня європейських вимог [67].

6.2. Технологічні рішення BAT у сфері очищення димових газів

BAT-технології (Best Available Techniques) визначають оптимальний набір технологічних рішень, які дозволяють досягти мінімізації шкідливих викидів при спалюванні суспензійного палива з відходів. Вони базуються на комбінації високоефективних методів фільтрації, абсорбції, сорбції, каталітичного очищення та теплової рекуперації. Застосування BAT забезпечує скорочення емісій твердих частинок, SO₂, NOₓ, CO, важких металів та органічних сполук [62].
Основні технологічні рішення BAT у сфері очищення димових газів включають:
1. Електрофільтри високої продуктивності.
Сучасні електрофільтри здатні забезпечувати ефективність вилучення твердих частинок на рівні 98–99%. Використання високовольтних імпульсних систем підвищує стабільність роботи обладнання навіть при значних коливаннях складу суспензійного палива.
2. Рукавні фільтри із низькотемпературними мембранами.
Рукавні фільтри забезпечують кінцеву концентрацію пилу до 5–20 мг/м³. Низькотемпературні та кислотостійкі матеріали дозволяють застосовувати їх при очищенні газів з високим вмістом сірки.
3. Системи напівсухої та мокрої десульфуризації.
BAT-рішення передбачають використання вапнякових, вапняно-гіпсових та магнійвмісних сорбентів, які забезпечують ефективність вилучення SO₂ до 95%. Мокрі скрубери є найбільш ефективними, але вимагають більших експлуатаційних витрат.
4. Селективне каталітичне відновлення оксидів азоту (SCR).
SCR забезпечує зменшення концентрації NOₓ на 80–90%. Технологія передбачає використання каталізаторів на основі ванадію чи титану та подачу аміаку або сечовини як реагентів.
5.Селективне некаталітичне відновлення (SNCR).
Є економнішим варіантом з ефективністю 40–70%. Застосовується у комбінованих системах разом зі SCR.
6. Абсорбційні скрубери багаторазового очищення.
Системи з багатоступеневою циркуляцією рідини, які дозволяють знижувати концентрацію летких органічних сполук та важких металів.
7. Каталітичні фільтри.
Поєднують функції механічної фільтрації та каталізу, забезпечуючи комплексне очищення газів від пилу, NOₓ та органічних сполук.
8. Теплообмінники-рекуператори.
Дозволяють повторно використовувати теплоту димових газів, зменшуючи енерговитрати системи на 10–20% і стабілізуючи температурний режим перед очищенням.
Переваги впровадження BAT-технологій:
- зниження шкідливих викидів на 40–70%;
- підвищення енергоефективності системи на 10–20%;
- стабільність роботи обладнання при змінному складі відходів;
- відповідність екологічним вимогам ЄС;
- зменшення штрафів та економічних ризиків.
Застосування BAT-рішень у системах очищення димових газів є необхідною умовою переходу України до європейських стандартів промислової екології та забезпечує надійну і безпечну експлуатацію установок спалювання суспензійного палива з відходів.

6.3. Перспективи розвитку та впровадження BAT в Україні

Перспективи впровадження найкращих доступних технологій (BAT) в Україні є надзвичайно актуальними у контексті євроінтеграційного курсу, модернізації промисловості та необхідності зниження техногенного навантаження на довкілля. Поступове впровадження BAT дозволить українським підприємствам підвищити рівень екологічної безпеки, зменшити викиди забруднювачів та досягти стандартів, що відповідають вимогам Європейського Союзу.
Одним з основних напрямів розвитку є завершення формування нормативно‑правової бази щодо інтегрованих дозволів. З 2024 року підприємства планують перевести на систему екологічного регулювання, засновану на принципах BAT. У перспективі це дозволить запровадити єдині стандарти контролю за викидами, енергоефективністю та ресурсозбереженням [63].
Важливими перспективами є:
- розроблення галузевих довідників BAT для енергетики, металургії та поводження з відходами;
- впровадження систем автоматичного моніторингу викидів (AMS) на промислових підприємствах;
- перехід на маловідходні та безвідходні технології;
- подальше удосконалення систем очищення димових газів на основі рекуперації тепла та каталітичних процесів.
Однією з ключових переваг впровадження BAT є підвищення енергоефективності. Завдяки модернізації обладнання підприємства можуть скоротити витрати енергії на 10–20%, що є важливим фактором зниження собівартості продукції та підвищення конкурентоспроможності на європейському ринку.
Розвиток BAT також сприятиме ефективнішому управлінню відходами. Використання суспензійного палива, отриманого з твердих побутових і промислових відходів, дозволяє зменшити кількість відходів, що направляються на полігони, та одночасно забезпечити додаткове джерело енергії. Такий підхід відповідає стратегії ЄС у сфері циркулярної економіки [62].
Важливу роль відіграють міжнародні партнерські програми, зокрема співпраця з Європейським енергетичним співтовариством та програмами фінансування енергоефективних проєктів. Отримання грантів та пільгових кредитів дозволить підприємствам проводити модернізацію без критичного збільшення фінансового навантаження.
У довгостроковій перспективі впровадження BAT сприятиме:
- зменшенню викидів парникових газів;
- покращенню якості атмосферного повітря в містах України;
- зниженню екологічних ризиків для населення;
- збільшенню інвестиційної привабливості промислових підприємств;
- переходу до більш екологічно орієнтованих технологічних рішень у всіх галузях.
Таким чином, перспективи застосування BAT в Україні є позитивними за умови системної державної підтримки, інвестицій у модернізацію обладнання та активного залучення міжнародних екологічних програм.

Висновки по розділу

Проведено оцінку можливостей впровадження найкращих доступних технологій (BAT) у сфері очищення димових газів в Україні. Здійснення переходу до інтегрованої системи екологічного регулювання, гармонізованої з європейськими вимогами, є важливим кроком для модернізації української енергетики та промисловості. Результати дослідження обґрунтовують доцільність впровадження BAT як одного з ключових напрямів екологічної модернізації в Україні.

РОЗДІЛ 7. ОХОРОНА ПРАЦІ НА ТЕПЛОВИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯХ

РОЗДІЛ 7.
ОХОРОНА ПРАЦІ НА ТЕПЛОВИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯХ

7.1 Система управління охороною праці на підприємстві

Охорона праці в Україні регулюється Законом «Про охорону праці», кодексом законів про працю, Конституцією України та рядом інших законів, указів, постанов, інструкцій, наказів.
Згідно Закону „Про охорону праці”, власник підприємства повинен створити в кожному структурному підрозділі і на робочому місці умови праці згідно вимогам нормативних актів та забезпечити дотримання прав працюючих, гарантованих законодавством про охорону праці, що входить до структури підприємства, як одна з основних виробничо-технічних служб [3].
Відповідно до Типового положення про службу охорони праці, затвердженого наказом № 255 від 15.11.2004 р., на підприємствах незалежно від форми власності необхідно створювати службу охорони праці [6].
Закон „Про охорону праці” поширюється на всі підприємства, установи, організації незалежно від форм власності та видів їх діяльності.
У відповідності з ст. 13 цього закону роботодавець повинен забезпечити функціонування системи управління охороною праці (СУОП).
СУОП – це механізм реалізації вимог законодавства і нормативної документації про охорону праці на підприємстві, а положення про СУОП – це документ, який узагальнює цю діяльність .
Система має складну структуру. До її складу, крім основних підсистем (орган управління, виконавчий орган, об’єкт управління) слід віднести і підсистеми, без яких неможливе функціонування СУОП: система фінансування охорони праці; система навчання працюючих з охорони праці; система контролю і розробки заходів з охорони праці; система розробки нормативних документів з охорони праці на підприємстві.
Мета впровадження системи управління охороною праці (СУОП) − це всебічне сприяння виконанню вимог, які повністю ліквідують, нейтралізують або знижують до допустимих норм вплив на працюючих небезпечних та шкідливих факторів виробничого середовища, забезпечують усунення джерел небезпеки, ізолювання від них персоналу, використання засобів, що усувають небезпечні ситуації та підвищують технічну безпеку, створюють надійні санітарно-гігієнічні умови. СУОП передбачає встановлення конкретних кількісних показників діяльності виробничих підрозділів, підтримування котрих в заданих межах забезпечує досягнення основної мети щодо організації безпечних та нешкідливих умов праці.
Об’єктом управління СУОП є стан охорони праці на робочих місцях у виробничих підрозділах, включаючи стан будівель, споруд, територій, устаткування та інших об’єктів виробничої сфери. Управління безпекою праці на підприємстві здійснюють керівники різних рівнів:
- на рівні організації – керівник, головні спеціалісти, відділ охорони праці;
- на рівні структурного підрозділу – начальник відділу;
- на рівні бригади – майстер, бригадир.
Основні функції управління охороною праці:
- розробка і впровадження організаційно-технічних і лікувально-профілактичних заходів; комплексний план заходів запобігання виробничому травматизму; комплексний план поліпшення умов праці і санітарно-оздоровчих заходів на п’ять років; номенклатурні заходи з охорони праці в колективному договорі; заходи щодо зниження шуму і вібрації;
- контроль за станом безпеки, оцінка роботи посадових осіб щодо охорони праці на всіх рівнях оперативного контролю; виконання перевірок стану охорони праці контролюючими державними органами нагляду, а також комісіями вищих господарських органів; за результатами перевірок щомісячно проводять оцінку умов праці на робочих місцях;
- навчання безпечним методам праці і правилам техніки безпеки;
- проведення на всіх рівнях нарад за результатами роботи з техніки безпеки за квартал, півріччя, рік;
- розслідування нещасних випадків;
- громадський вплив та покарання порушників правил безпеки;
- матеріальне і моральне заохочення: нагорода, грамота, подяка за високоефективну безаварійну роботу;
- звітність з охорони праці: квартальна, річна.
Планування та здійснення різноманітних заходів по охороні праці – важлива ланка системи управління охорони праці. Основою для розробки планів по охороні праці є результати паспортизації санітарно-технологічних умов праці виробничого підрозділу і атестації робочих місць, матеріали розслідувань нещасних випадків, акти форми Н-1, накази адміністрації, рішення зборів трудового колективу по питанням охорони праці, та інше. У господарстві складаються такі види планів: комплексний (на 2–5 років); річний та оперативний план.
Однією з основних функцій служби з охорони праці є проведення навчання, інструктажів та перевірки знань з питань охорони праці, яке регламентується Типовим положенням про порядок проведення навчання і перевірки знань з питань охорони праці, що затверджене Наказом ДНОП №15 від 26.01.2005 р. [7].
Навчання та перевірку знань з питань охорони праці працівників при підготовці, перепідготовці, підвищенні кваліфікації здійснюють працівники служби кадрів. Відповідальним за навчання та перевірку знань з питань охорони праці є керівник підприємства. Інженер з охорони праці контролює організацію та проведення даного навчання, а також різних видів інструктажів. Керівники та посадові особи проходять навчання раз на 3 роки, а всі інші працівники – раз на рік.
Навчання здійснюється на пiдприємствi. Теоретична частина предмета „Охорона праці” пiд час пiдготовки вивчається в обсязі не менше 10 годин, а під час перепідготовки та підвищення квалiфiкацiї не менше 8 годин, а для робіт пiдвищенної небезпеки підготовка здійснюється як на підприємствах, так i на інших суб’єктах господарства діяльності, якi отримали в установленому порядку вiдповiдний дозвiл. При цьому теоретична частина предмета „Охорона праці” під час підготовки вивчається в обсязі не менше 30 годин, а пiд час перепідготовки та підвищення квалiфiкацii не менше 15 годин.
Згідно з положенням про навчання з питань охорони праці на підприємстві проводяться такі інструктажі:
- вступний – проводить з усіма працівниками, які приймаються на роботу, на виробниче навчання, практику чи командировку, головним спеціалістом виробничого підрозділу з обов’язковою присутністю інженера з охорони праці;
- первинний – проводить з усіма працівниками, які приймаються на роботу, а також працівниками, які були переведені з другого підрозділу, керівником підрозділу;
- повторний – проводиться з усіма працівника працівниками підприємства (не рідше одного разу на 6 міс., в окремих випадках на 3 місяці), головними спеціалістами підприємства або виробничих підрозділів;
- позаплановий – проводиться при зміні технологічного процесу, заміни або модернізації обладнання, інструментів, сировини, при порушенні працівниками правил безпеки праці та ін.;
- цільовий – проводиться при виконанні разових робіт, при ліквідації аварій, стихійного лиха, при організації масових заходів, при оформленні наряду-допуску.
Надзвичайно важливим є проведення в господарстві оперативного контролю, який складається з трьох ступенів:
1. Здійснюється керівником ділянки та уповноваженим трудового колективу з питань охорони праці, щоденно на початку дня. Вони перевіряють виконання заходів виявлених попередньою перевіркою, технологічного обладнання, дотримання робітниками правил електробезпеки;
2. Проводиться комісією на чолі з головним спеціалістом та інженером по охороні праці три рази на місяць. На ній перевіряють міри безпеки, наявність плакатів, сигнальних кольорів, знаків безпеки, своєчасність і якість проведення інструктажу працівників, наявність засобів індивідуального захисту;
3. Здійснюється комісією, яка очолюється керівником підприємства і головою профспілки раз у квартал. Перевіряють організацію і результати роботи першої і другої ступені, виконання наказів і розпоряджень вищестоящих організацій, виконання заходів по матеріалах розслідування нещасних випадків.
Фінансування заходів по охороні праці проводиться з метою доведення умов і безпеки праці до нормативних вимог, подальшого підвищення рівня охорони праці на виробництві, фінансування комплексних заходів, що розробляються і реалізовуються безпосередньо на підприємствах, в установах і організаціях усіх форм власності.

7.2 Система вентиляції та контролю газового середовища

Система вентиляції та контролю газового середовища на підприємствах теплових електричних станцій (ТЕС) є критично важливою для забезпечення безпеки та здоров'я працівників, а також для ефективної роботи самого підприємства. Оскільки ТЕС зазвичай працюють з великими обсягами теплової енергії та використанням різних видів палива (вугілля, газу, мазуту), це створює серйозні ризики для безпеки, зокрема, через викиди токсичних газів, пилу та підвищену концентрацію тепла.
Ось основні елементи та принципи роботи системи вентиляції та контролю газового середовища на ТЕС:
1. Система вентиляції. Вентиляція на ТЕС повинна забезпечувати:
- забезпечення належного повітрообміну в робочих приміщеннях для створення комфортних умов для працівників, а також для відведення тепла та шкідливих газів, що утворюються при спалюванні палива;
- локальні вентиляційні системи використовуються для відведення газів, пари та пилу безпосередньо з місця їх утворення, що дозволяє мінімізувати ризик їхнього поширення в загальний об'єм приміщення;
- загальнообмінна вентиляція для забезпечення постійного обміну повітря в великих приміщеннях (наприклад, котельні, турбінні, машинні зали), де може накопичуватися шкідливі гази або перегрівати приміщення.
Важливими аспектами є:
- регулярний контроль за працездатністю вентиляторів;
- автоматичне регулювання потоку повітря (в залежності від рівня забруднення або температури);
- система повітряних фільтрів, що очищають повітря від пилу, газів і шкідливих часток перед викидом його в атмосферу.
2. Контроль газового середовища. На ТЕС особливо важливо постійно моніторити концентрацію газів, таких як:
- Окис вуглецю (CO);
- Оксиди азоту (NOx);
- Сірководень (H2S);
- Діоксид вуглецю (CO2);
- Кисень (O2).
Для цього застосовуються спеціальні системи моніторингу та автоматичного контролю. Основними елементами цієї системи є газоаналізатори, автоматичні системи контролю та проблеми з концентрацією газів.
Газоаналізатори встановлюються на різних ділянках ТЕС, включаючи котельні, димові труби, вентиляційні канали, а також в місцях, де працюють люди (наприклад, у приміщеннях турбін, машинних залах). Вони дозволяють постійно вимірювати рівень шкідливих газів та пилу в атмосфері.
Автоматичні системи контролю збирають дані з газоаналізаторів і забезпечують їх передачу на центральний пульт управління, де здійснюється моніторинг і управління вентиляцією та іншими системами безпеки.
Проблеми з концентрацією газів у разі досягнення небезпечних рівнів концентрації токсичних або вибухонебезпечних газів система повинна автоматично спрацьовувати, включаючи:
відключення певних агрегатів;
активація додаткових систем вентиляції;
оповіщення працівників і аварійних служб.
3. Безпека та реагування. Система вентиляції і контролю газового середовища на ТЕС повинна також забезпечувати швидку реакцію в разі виникнення аварійних ситуацій:
- система оповіщення: автоматичне сповіщення працівників про небезпеку, наприклад, через сигнальні лампи, сирени, текстові повідомлення на пульті управління;
- автоматичне блокування та відключення обладнання: у разі виявлення високих концентрацій токсичних газів або пилу, система повинна автоматично вимкнути джерела їх утворення, наприклад, котли або турбіни;
- аварійне провітрювання: включення додаткової вентиляції або екстракції для швидкого очищення повітря у випадку аварійного витоку.
4. Екологічний контроль і дотримання стандартів. Важливим аспектом є дотримання екологічних стандартів і вимог щодо викидів в атмосферу:
- газоочисні системи (наприклад, електрофільтри, скрубери) для зменшення кількості шкідливих викидів в атмосферу;
- системи очищення газів повинні працювати ефективно, щоб забезпечити виконання нормативів, встановлених для викидів (наприклад, концентрація оксидів азоту, сірки та інші).
5. Енергетична ефективність і оптимізація. Вентиляційні системи також повинні бути енергоефективними. Наприклад, для зменшення витрат енергії використовуються рекуператори тепла, що дозволяють заощаджувати енергію на обігріві повітря.
Система вентиляції та контролю газового середовища на ТЕС є комплексною і повинна включати багато аспектів: від технічних заходів і контролю за газами до організаційних і санітарних норм. Її завданням є забезпечення не лише здоров'я працівників, а й належного екологічного стану навколишнього середовища, зниження ризиків вибухів і пожеж, а також виконання екологічних стандартів для викидів.

7.3. Пожежна безпека та запобігання аварійним ситуаціям

Пожежна безпека на теплових електричних станціях (ТЕС) є однією з найбільш важливих складових загальної системи безпеки підприємства. Через використання великої кількості паливних матеріалів (вугілля, мазут, газ) і високі температури, які утворюються при роботі котлів і турбін, ризик виникнення пожеж та аварій значно зростає. Тому на ТЕС повинні бути розроблені та впроваджені спеціальні заходи для попередження пожеж та забезпечення безпеки персоналу.
Основними принципами пожежної безпеки на ТЕС є попередження виникнення пожеж, пожежна сигналізація та оповіщення і план евакуації та навчання персоналу. Попередженням виникнення пожеж є впровадження комплексної системи технічних та організаційних заходів для зниження ймовірності виникнення пожеж, включаючи контроль за обладнанням, вибір безпечних матеріалів і спеціальних технічних рішень. Системи автоматичного виявлення пожежі повинні бути встановлені в усіх критичних зонах (котельні, машинні зали, трансформаторні підстанції, склади палива). Сигналізація повинна бути інтегрована з автоматичними системами управління, що дозволяє оперативно реагувати на виникнення пожежі. Розробка та регулярне оновлення планів евакуації, проведення навчань і тренувань для працівників щодо правильних дій у разі виникнення надзвичайних ситуацій.
Технічні заходи запобігання пожежам:
- контроль за температурними режимами: на ТЕС використовується обладнання, яке працює при високих температурах (котли, турбіни, котельні установки). Регулярний моніторинг температури, тиску та інших параметрів є критично важливим для запобігання перегріву обладнання, що може призвести до загоряння;
- вибухозахист та вогнестійкість: оскільки на ТЕС може використовуватися вибухонебезпечне паливо (наприклад, мазут або газ), важливо застосовувати системи вибухозахисту і забезпечити вогнестійкість всіх матеріалів, що використовуються в конструкції котлів, трубопроводів і інших агрегатів;
- автоматичне виявлення загорянь: інтегровані системи пожежної сигналізації з автоматичними датчиками диму, температури, вуглекислого газу та вогню для своєчасного виявлення загоряння та передачі сигналу на пульт управління;
- системи автоматичного гасіння: у місцях з високим ризиком пожежі (наприклад, котельні, трансформаторні, склади палива) повинні бути встановлені системи автоматичного гасіння (спринклерні системи, газові установки для гасіння), які миттєво спрацьовують при виявленні загоряння.
Організаційні заходи для запобігання аварій:
- регулярні технічні обслуговування та інспекції: для забезпечення безпеки на ТЕС необхідно проводити регулярні перевірки стану обладнання, трубопроводів, котлів, трансформаторів і інших елементів, що можуть стати джерелом потенційних пожеж. Це включає як планове технічне обслуговування, так і позапланові перевірки у разі підозри на несправність;
- інструктажі з пожежної безпеки: персонал ТЕС має проходити регулярні інструктажі та навчання з питань пожежної безпеки. Це включає дії в разі виникнення пожежі, порядок евакуації, використання засобів пожежогасіння тощо;
- контроль за використанням палива та матеріалів: склади палива повинні відповідати вимогам безпеки. Необхідно забезпечити їх правильне зберігання та контроль за процесами завантаження та розвантаження пального, щоб уникнути виникнення іскор, перегріву або займистих газів;
- протипожежне навчання та тренування: регулярні тренування для всього персоналу ТЕС із відпрацювання алгоритмів дій у разі пожежі або аварійної ситуації (наприклад, сповіщення про загоряння, евакуація, використання вогнегасників).
Пожежогасіння на ТЕС:
- вогнегасні засоби: використовуються вогнегасники (вуглекислотні, порошкові, пінисті) для гасіння загорянь в індивідуальних приміщеннях або в зоні обмеженого доступу. Однак на великих об'єктах, де існує ймовірність масштабної пожежі, застосовуються більш потужні системи автоматичного гасіння;
- автоматичні системи гасіння: спринклерні системи (встановлюються в приміщеннях з високим рівнем пожежної небезпеки, таких як котельні або трансформаторні, вони автоматично активуються при досягненні певної температури і випускають воду або пінний розчин для локалізації пожежі); газові системи гасіння (для особливо небезпечних зон, наприклад, електричні кімнати або приміщення з високим рівнем електричного обладнання, застосовуються інертні гази (аргон, азот) для витіснення кисню, що запобігає горінню).
Запобігання аварійним ситуаціям і вибухам:
- моніторинг токсичних газів: ТЕС повинні мати системи моніторингу концентрацій токсичних газів (наприклад, CO, SO2, NOx) в атмосфері, щоб запобігти вибухам та отруєнням персоналу. При досягненні небезпечних рівнів автоматично активуються системи вентиляції або відключення обладнання;
- вибухозахист обладнання: всі елементи, які працюють з вибухонебезпечними матеріалами або в умовах підвищеної температури, повинні бути оснащені спеціальними вибухозахисними системами. Наприклад, це може бути герметизація трубопроводів, застосування вибухозахисних клапанів і інші технічні рішення;
- контроль за станом електрообладнання: регулярний контроль за станом електричних проводів і обладнання для уникнення коротких замикань та іскор, які можуть спричинити пожежу чи вибух.

7.4. Основні напрями забезпечення екологічної безпеки на теплоенергетичних підприємствах України

Теплоенергетика залишається однією з ключових галузей економіки України, забезпечуючи населення та промисловість теплом і електроенергією. Водночас підприємства цієї галузі є значними джерелами впливу на довкілля − насамперед через викиди забруднюючих речовин в атмосферу, утворення відходів спалювання та споживання водних ресурсів [88, с.45-48]. Тому одним із головних завдань галузі є забезпечення екологічної безпеки виробництва, а саме:
Зменшення викидів забруднюючих речовин в атмосферу.
Модернізація систем спалювання палива. На українських ТЕЦ і ТЕС поступово впроваджуються сучасні технології низькотемпературного спалювання, які знижують утворення оксидів азоту та сірки. Очищення димових газів. Використання електрофільтрів, рукавних фільтрів та скруберів дозволяє значно зменшити кількість зважених частинок, золи та пилу у викидах. Контроль якості палива. Підприємства впроваджують використання вугілля з нижчим вмістом сірки або здійснюють частковий перехід на природний газ, біомасу чи альтернативні види палива [89, с.16-18].
2. Раціональне використання водних ресурсів.
Впровадження замкнених систем водопостачання дозволяє скоротити споживання свіжої води, зменшити теплове забруднення та втрати води під час охолодження. Очищення стічних вод здійснюється на сучасних очисних спорудах для механічного, хімічного та біологічного очищення стоків перед їх скиданням у водні об’єкти. Моніторинг водного середовища проводиться відповідно до державних стандартів і нормативів гранично допустимих концентрацій (ГДК) [90, с.22-25].
3. Утилізація та переробка твердих відходів.
Організація золовідвалів із гідроізоляцією запобігає потраплянню важких металів і шкідливих речовин у ґрунтові води. Використання золошлакових матеріалів у будівництві та для рекультивації земель дозволяє зменшити обсяги накопичених відходів. Розробка технологій комплексної утилізації, зокрема вилучення металів із золошлакових залишків, сприяє зниженню екологічного навантаження [91, с.30-33].
4. Перехід на екологічно чисті джерела енергії.
Використання біомаси та альтернативних палив сприяє скороченню споживання викопних ресурсів. Підвищення ефективності когенераційного виробництва дозволяє зменшити питомі витрати палива та викиди забруднюючих речовин. Енергомодернізація обладнання через заміну застарілих турбін і котлів на енергоефективні моделі знижує вплив на довкілля [92, с.18-20].
5. Екологічний моніторинг і контроль.
Постійний моніторинг викидів забезпечується за допомогою автоматизованих систем контролю концентрацій шкідливих речовин. Екологічна звітність ведеться відповідно до чинного законодавства. Державний екологічний контроль здійснюється для дотримання підприємствами встановлених нормативів та умов дозволів на викиди [93, с.34-36].
6. Організаційно-управлінські заходи.
Розроблення екологічної політики підприємств відповідно до міжнародного стандарту ISO 14001 сприяє сталому розвитку галузі. Підготовка персоналу з питань охорони довкілля та безпечної експлуатації обладнання підвищує рівень екологічної культури. Інформаційна відкритість підприємств забезпечується через публікацію екологічних звітів та планів природоохоронних заходів.
Реалізація цих напрямів сприяє зниженню техногенного навантаження на довкілля та переходу галузі до принципів сталого розвитку [94, c.60].
Висновки по розділу

У розділі розглянуто основні небезпечні та шкідливі фактори, що виникають під час експлуатації систем очищення димових газів, а також комплекс організаційних, технічних і санітарно-гігієнічних заходів, спрямованих на забезпечення безпечних умов праці. Визначено вимоги пожежної безпеки, технічного обслуговування і контролю стану обладнання. Реалізація запропонованих заходів дозволить мінімізувати ризики для персоналу, підвищити ефективність експлуатації систем очищення та забезпечити дотримання екологічних і трудових стандартів.
Забезпечення екологічної безпеки теплоенергетичних підприємств України передбачає комплекс технічних, технологічних і управлінських заходів. Основну увагу приділяють модернізації обладнання, впровадженню систем очищення, ефективному використанню водних і паливних ресурсів, утилізації відходів та розширенню застосування відновлюваних джерел енергії. Реалізація цих напрямів сприяє зниженню техногенного навантаження на довкілля та переходу галузі до принципів сталого розвитку.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

У магістерській роботі на тему «Зменшення концентрації шкідливих викидів при спалюванні суспензійного палива з відходів» проведено комплексне дослідження проблеми забруднення атмосферного повітря продуктами згоряння та розроблено пропозиції щодо зменшення екологічного навантаження від теплоенергетичних установок. Метою роботи було підвищення екологічної ефективності процесу спалювання палива за рахунок впровадження сучасних технологій очищення димових газів і використання альтернативних видів палива.
У першому розділі виконано аналітичний огляд сучасних джерел утворення шкідливих викидів при спалюванні традиційних і альтернативних видів палива. Розглянуто основні механізми утворення оксидів азоту, сірки, вуглецю та твердих частинок, а також проаналізовано їх вплив на довкілля і здоров’я людини. Визначено, що найбільшу небезпеку становлять оксиди сірки (SO₂) і тверді частинки, які потребують ефективного очищення перед викидом у атмосферу.
Другий розділ присвячено аналізу сучасних технологій очищення димових газів, які застосовуються на теплових електростанціях України. Проведено порівняльну характеристику електрофільтрів, рукавних фільтрів, скруберів, десульфуризаційних установок і каталітичних систем зменшення викидів NOₓ. Визначено переваги та недоліки кожної з технологій, а також запропоновано оптимальну схему для очищення газів при спалюванні суспензійного палива.
У третьому розділі розроблено технологічну схему очищення димових газів при спалюванні суспензійного палива, яка включає комбінацію електрофільтра та вологого абсорбера. Проведено розрахунок ефективності очищення, що показав зменшення концентрації твердих частинок на 98 %, а оксидів сірки − на 90 %. Виконано економічну оцінку впровадження системи, що підтвердила її доцільність і окупність протягом 3–4 років експлуатації.
У четвертому розділі проведено оцінку екологічної, економічної та соціальної ефективності впровадження системи очищення димових газів. Встановлено, що запропонована технологія дозволяє зменшити концентрації пилу та основних газоподібних забруднювачів на 60–80 %, що сприяє покращенню якості атмосферного повітря та зниженню ризиків для здоров’я населення. Економічні розрахунки показали, що термін окупності системи складає близько 4 років, а оптимізація процесів спалювання забезпечує додаткову економію енергоресурсів. Використання зібраних твердих відходів як вторинної сировини підвищує фінансову доцільність проєкту та сприяє безвідходності виробництва. Соціальний ефект полягає у покращенні умов праці персоналу та підвищенні екологічної безпеки регіону. Таким чином, розділ доводить доцільність комплексного впровадження системи з точки зору екології, економіки та соціальної відповідальності.
У п’ятому розділі було проведено комплексне моделювання та оптимізацію роботи системи очищення димових газів при спалюванні суспензійного палива з відходів, що дозволило ґрунтовно оцінити поведінку газових потоків та ефективність основних технологічних процесів очищення. На основі математичних та CFD-моделей визначено ключові закономірності масообміну, теплообміну, хімічної кінетики та фільтраційних процесів, що формують кінцеву ефективність газоочищення. Застосування рівнянь Нав’є–Стокса, моделей дифузії, кінетичних рівнянь абсорбції та механізмів осадження твердих частинок забезпечило можливість відтворення реальних умов роботи системи та прогнозування концентрацій забруднювачів на всіх етапах очищення.
Проведені дослідження показали, що зміна технологічних і конструкційних параметрів суттєво впливає на ефективність уловлювання пилу, SO₂, NOₓ та інших домішок. Це дозволило сформувати оптимізаційну модель, спрямовану на досягнення максимального ступеня очищення при мінімальних енерговитратах та витратах реагентів. Використання сучасних методів оптимізації — градієнтних алгоритмів, генетичних стратегій, методів Монте-Карло та багатокритеріальних підходів — дало змогу визначити найбільш раціональні режими роботи обладнання, що забезпечують ефективність очищення на рівні 95–99%, скорочення енерговитрат на 10–20% та зменшення витрат реагентів на 15–30%.
У шостому розділі проведено комплексний аналіз нормативних умов, технологічних рішень та перспектив впровадження найкращих доступних технологій (BAT) у сфері очищення димових газів в Україні. Дослідження показало, що перехід до системи інтегрованих дозволів та гармонізація екологічного законодавства з директивами ЄС створюють необхідні передумови для модернізації промисловості та впровадження високоефективних технологій мінімізації викидів. Впровадження BAT-вимог передбачає використання комплексних інженерних рішень: високопродуктивних електрофільтрів і рукавних фільтрів, систем напівсухої та мокрої десульфуризації, каталітичного та некаталітичного відновлення NOₓ, багатоступеневих абсорбційних скруберів та рекуперативних теплообмінників. Застосування таких технологій дозволяє забезпечити зниження шкідливих викидів на 40–70%, підвищення енергоефективності на 10–20% та відповідність українських підприємств екологічним стандартам ЄС. Перспективи впровадження BAT в Україні оцінюються як позитивні за умови подальшого розвитку нормативної бази, формування галузевих довідників BAT, впровадження систем автоматичного моніторингу викидів та активного залучення міжнародних механізмів фінансування. Важливим напрямом є модернізація систем очищення димових газів на підприємствах, що використовують суспензійне паливо з відходів, оскільки такі технології поєднують переваги зменшення забруднення довкілля і підвищення енергоефективності. Результати дослідження свідчать, що реалізація BAT-технологій сприятиме зменшенню обсягів промислових викидів, покращенню якості атмосферного повітря, зниженню екологічних ризиків для населення та підвищенню інвестиційної привабливості підприємств. Таким чином, впровадження BAT є ключовим стратегічним напрямом екологічної модернізації України та необхідною умовою переходу до технологічно та екологічно стійкого розвитку.
У сьомому розділі проведено комплексне узагальнення основних вимог та заходів, що забезпечують безпечну експлуатацію теплотехнічного обладнання та газоочисних систем. Аналіз показав, що ефективна охорона праці на ТЕС ґрунтується на правильно організованій системі управління, яка охоплює планування, профілактику, навчання персоналу та багаторівневий контроль стану умов праці. Запровадження СУОП дає змогу своєчасно виявляти та усувати небезпечні фактори, мінімізуючи виробничі ризики. Розглянуті в підрозділі вимоги до вентиляції та контролю газового середовища підтвердили, що підтримання нормативних параметрів повітряного середовища є критично важливим для запобігання утворенню вибухонебезпечних концентрацій шкідливих газів. Використання локальних аспіраційних систем, загальнообмінної вентиляції та автоматизованих газоаналізаторів істотно підвищує рівень безпеки як персоналу, так і обладнання. Дослідження питань пожежної та вибухопожежної безпеки показало, що комплекс технічних і організаційних заходів — автоматичні системи пожежогасіння, сигналізація, контроль технологічних параметрів, регулярні інструктажі та тренування — забезпечують швидке реагування на можливі аварійні ситуації та знижують ймовірність їх виникнення. У цілому, матеріали розділу підтверджують, що впровадження сучасних систем охорони праці та пожежної безпеки є невід’ємною умовою надійного та екологічно безпечного функціонування енергетичних об’єктів. Забезпечення відповідності нормативам значно підвищує техногенну безпеку підприємства та створює основу для стабільної роботи всіх технологічних процесів.
Узагальнюючи результати всіх розділів, можна зробити висновок, що впровадження сучасних технологій очищення димових газів і перехід на BAT забезпечують комплексний екологічний ефект: зниження шкідливих викидів до рівня 90–99%, підвищення енергоефективності, модернізацію виробництва та зменшення негативного впливу на довкілля. Наукові та інженерні підходи, розглянуті в роботі, створюють підґрунтя для подальшого розвитку систем газоочистки та оптимізації їх параметрів відповідно до сучасних екологічних стандартів.
Отримані результати свідчать про ефективність використання суспензійного палива з відходів як альтернативного енергетичного ресурсу та підтверджують можливість значного зниження концентрацій шкідливих речовин у димових газах. Запропонована технологічна схема може бути впроваджена на інших теплоенергетичних підприємствах України з метою підвищення екологічної безпеки виробництва.
Таким чином, у ході виконання магістерської роботи досягнуто поставленої мети та вирішено основні завдання дослідження. Запропоновані технічні рішення забезпечують не лише екологічний ефект, але й економічну доцільність, що робить їх перспективними для подальшого впровадження у практику енергетичної галузі України.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ІНФОРМАЦІЇ

1. Air pollutant emissions from energy sector in Europe. European Environment Agency — Luxembourg: 2023.
2. Air Pollution Control Engineering / Wang J., Chen X. — Elsevier, 2021. – P.85-92.
3. Boren D., Zhao L. Combustion and Emissions of Alternative Fuels. — Elsevier, 2021. – P.410.
4. Catalytic and Plasma Air Cleaning Methods / Smith J., O’Neill R. — Springer, 2022. – P.110-115.
5. Clean Air for Ukraine: Environmental Performance Review 2024. — UNECE, 2024.
6. Combustion Processes in Waste-to-Energy Plants / Zhang Y., Zhao T. — Energy Reports, 2023. – P.110-112.
7. Control of Air Pollution from Combustion Sources. — U.S. Environmental Protection Agency (EPA), Washington, D.C., 2019. – P.112.
8. Directive (EU) 2010/75/EU on industrial emissions. — Official Journal of the EU, 2010.
9. European Environment Agency (EEA). Industrial Emissions and Air Quality in Europe. — Luxembourg: Publications Office of the European Union, 2021. – P.94.
10. European Commission. Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Large Combustion Plants. — Brussels, 2019.
11. Filtration Technologies for Particulate Matter / Huang C., Lin J. — Elsevier, 2021. – P.70-78.
12. IPCC Sixth Assessment Report: Climate Change 2021. — Cambridge University Press, 2021.
13. ISO 14001:2015 Environmental management systems – Requirements with guidance for use.
14. U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Air Pollutant Emissions from Combustion of Alternative Fuels. — Washington, D.C., 2020. – P.68.
15. Андрєєв С. О., Коваленко Ю. П. Проблеми викидів ТЕС України та шляхи їх зниження. — Київ: Екоенерго, 2020. –212 c.
16. Бабаєв В. М., Панов В. В., Хайло Я. М. Економічні аспекти спалювання осаду стічних вод та очищення димових газів (викидів) в Україні // — 2018. – 45-59 с.
17. Баранович Д. «Проблематика очищення відхідних газів теплоенергетичних підприємств від діоксину сірки – нові шляхи вирішення». — Львів: Видавництво «Львівська політехніка», 2011.
18. Безвозюк І. І., Гурко О. В., Левченко О. Ю., Гончарук В. С. «Порівняння різних варіантів очищення димових газів від оксидів сірки для Ладижинської ТЕС». Екологічна безпека та природокористування, — 2012, Вип.9, 123-129 с.
19. Беднарська І. С. «Аналіз сучасних методів боротьби з оксидами азоту (CFD)» Вчені записки ТНУ ім.В.І.Вернадського. Серія: Технічні науки, 2024, №4.
20. Білецький В. С. Технологія вугілля та охорона навколишнього середовища. — Донецьк: ДонНТУ, 2018. – 320 с.
21. Білик С. І., Мельник В. Г. Технологія спалювання альтернативних палив у теплових установках. – Київ: Наукова думка, 2021. – 214 с.
22. Білик С. І., Мельник В. Г. «Системи зниження NOx на теплових установках: SNCR та SCR». — Київ: Наукова думка, 2021. – 180 с.
23. Бойко М. І., Левченко О. В. Очищення димових газів на ТЕС: сучасні технології та тенденції розвитку. Екоенерго.— Київ, 2022.
24. Бондар С. Ю. Системи очищення димових газів ТЕС. — Харків, 2023.
25. Бондаренко М. В. «Технології очищення димових газів: сучасні BAT-рішення для ТЕЦ і котелень. — Львів: ЛНУ, 2020.
26. Будя Ю. С. «Ефективність очищення димових газів від мазутної золи в перерахунку на ванадій) в газомазутних котлах».Магіст-дис.,КПІ ім.І.Сікорського — Київ, 2024.
27. Вольчин І. А. Вибір технології десульфуризації димових газів для теплоелектростанцій». Екологія виробництва,№24 (4) — 2018. irbis-nbuv.gov.ua
28. Вольчин І. А., Гапонич Л. С., Згоран І. П. «Вибір технології десульфуризації димових газів для українських вугільних теплових електростанцій». Наукові праці Національного університету харчових технологій.т.24, №4. — 2018.154-168 с.
29. Гнатюк М. С. Технології спалювання альтернативних палив. — Львів: Політехніка, 2023.45-50 с.
30. Горяной С. В. «Застосування технологій очищення димових газів для твердопаливних котлів комунальних та промислових ТЕЦ України». Журнал «Проблеми машинобудування», 2025.т.28,№1.
31. Горяной С. В., Вольчин І. А. Застосування технологій очищення димових газів від твердих частинок, діоксиду сірки й оксидів азоту: аналіз для модернізації котлоагрегатів України // Енергетичне машинобудування. — 2025. — Т. 28, № 1. —8‑20 с.
32. Гончаренко С. П., Литвиненко Т. О. Екологічні аспекти модернізації промислових підприємств: інтеграція BAT-рішень. — Харків: ХНУ, 2022.
33. Григор’єв П. С., Коваль Л. М. «Системи очищення промислових викидів: теорія і практика. — Харків: ХНУМГ ім.О.М.Бекетова., 2021.
34. Грицай І. М. «Технології очищення димових газів». — Львів: ЛНТУ, 2019.
35. ДБН В.2.5-20-2018. Інженерне обладнання будівель і споруд.
36. ДБН В.2.5-20-2018. Пожежна безпека будівель і споруд. — Київ, 2018.
37. Директива 2010/75/ЄС про промислові викиди.
38. Державна служба України з питань праці. Небезпечні та шкідливі виробничі фактори. — Київ, 2021.
39. Державна екологічна інспекція України. Звіт про екологічний контроль. — 2023.
40. Державне агентство з енергоефективності та енергозбереження України. Методичні рекомендації щодо впровадження BAT-технологій у промисловості. Київ, 2022.
41. ДСТУ ISO 14001:2015. Системи екологічного управління. — Київ: ДП «УкрНДНЦ», 2016.
42. ДСТУ EN 15259:2015. Вимірювання викидів забруднюючих речовин. — Київ, 2015.
43. Методичні вказівки «Пиловловлювання та очищення промислових викидів». Київ : ДСТУ, 2018.
44. Закон України «Про запобігання, зменшення та контроль промислового забруднення». Відомості Верховної Ради України, 2020, № 36.
45. Закон України «Про затвердження методики розрахунку викидів …»— Київ: Верховна Рада України, 2003. —1‑15 с.
46. Закон України «Про охорону навколишнього природного середовища» від 25.06.1991 р. № 1264-XII.
47. Закон України «Про охорону праці» від 14.10.1992 №2694 – XII.
48. Zhang Lе, Полив’янчук А. П. «Очищення димових газів вугільних котлів від оксидів азоту: аналіз проблем та перспектив» // Вісник ВПІ. 2025. № 2. 39-44 с.
49. Іваненко С. П., Ковальчук М. В. Екологічна ефективність електрофільтрів та рукавних фільтрів при спалюванні альтернативного палива. // Екологія та промисловість. – 2021. – № 3. –45–52 с.
50. Кемаєва О.Ю. «Вдосконалення технологічної схеми очищення димових газів ТЕЦ 4 : дипломний проект (бакалавра)». Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019.
51. Катунін Д.О. «Методи очищення димових газів при отриманні теплової енергії з відходів виробництва та споживання» [Електронний ресурс]. Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025.
52. Коваленко Л. О. Використання золошлакових матеріалів у будівництві та утилізації відходів. – Одеса, 2020.
53. Костенко В.Г. Екологічні технології в енергетиці. — Київ: Наукова думка, 2022. — 250 с.
54. Кравчук О.І., Петренко В.С. Енергозбереження та модернізація теплових електростанцій в Україні: впровадження BAT-технологій. Київ: Наукова думка, 2021.
55. Крисюк І.Ю. «Очищення димових газів сорбційними методами: магістерська дис.». Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021.
56. Кузьменко О. П., Дяченко М. Л. Дослідження утворення діоксинів і фуранів при спалюванні відходів. // Екологічна безпека. – 2022. – № 2. –56–62 с.
57. Кузьменко О. П., Дяченко М. Л. Ефективність десульфуризаційних систем при спалюванні суспензійного палива з відходів. // Вісник енергетики України. – 2022. – № 4. –60–68 с.
58. Левицька О. Г., Січевий О. В. Порівняльний аналіз викидів шкідливих речовин при застосуванні традиційного палива та альтернативних видів палива // Bulletin of Lviv State University of Life Safety. — 2019. — № 20. —91‑100 с.
59. Методика розрахунку викидів забруднюючих речовин та парникових газів при споживанні палива (Держстат України). — Київ: Держстат України, 2008. —14‑32 с.
60. Метод очищення димових газів від сірки(IV) оксиду / Льві́вська політехніка. 2021 [Електронний ресурс] .
61. Міненерго України. Методичні рекомендації щодо пожежної безпеки на ТЕЦ. – Київ, 2020.
62. Міністерство захисту довкілля та природних ресурсів України. Довідники найкращих доступних технологій (BAT) для енергетичної та хімічної промисловості. Київ, 2023.
63. Міністерство захисту довкілля та природних ресурсів України. Стратегія розвитку промислової екології та енергоефективності з використанням BAT-технологій. Київ, 2023.
64. Михайлюк В.В. «Сепаратор для відокремлення конденсату водяної пари з димових газів цементного виробництва». Вісник Херсонського національного технічного університету, 2024. journals.kntu.kherson.ua
65. НПАОП 0.00-4.33-99. Інструкція з охорони праці на підприємствах ТЕЦ та ТЕС.
66. НПАОП 0.00-1.36-03. Правила пожежної безпеки в Україні.
67. Довідник BAT для енергетики та промисловості в Україні / За ред. І. Шевченка. Київ: Енергоефективність, 2022.
68. Оковита Я. С., А.Ю. Яркова, «Аналіз застосування сучасних технологій зниження емісії діоксидів сірки на ТЕС України». Харківський автомобільно‑дорожній університет, 2020.
69. Панасенко В. І. Порівняльний аналіз технологій очищення димових газів для альтернативних видів палива. // Екологічні технології. – 2020. – № 2. –88–96 с.
70. Пиріг А.В., Ковальчук О.М. Сучасні технології очищення димових газів на промислових підприємствах України. Київ: Енергетична думка, 2021.
71. Самойленко С. «Розробка технологічних рішень щодо очищення димових газів від діоксиду сірки». (Кафедра екології та технологій захисту навколишнього середовища), 2025.
72. Серебрянський Д. О., Семенюк М. В., Плашихін С. В. «Експериментальні дослідження ефективності очистки димових газів від твердих часток та діоксиду сірки» /Екологія і промисловість, 2015, № 1.
73. Голуб М. Д. Екологічна безпека та охорона праці на ТЕЦ. – Київ: КНЕУ, 2022.
74. Єлісєєв І.П. Теплотехнічні процеси спалювання. — Львів: ЛНТУ, 2021. - 45–49 с.
75. Тищенко, В. О. Оцінка впливу викидів ТЕС на якість атмосферного повітря в Україні. // Наук. вісник НТУ «ХПІ». — 2022. — №8. —45–53 с.
76. Тутка В. В. Екологічні проблеми нафтогазового комплексу: досвід і шляхи вирішення. — Львів: НУ «Львівська політехніка», 2012. —103‑120 с.
77. Тютюник Л.І., Касілов В.Й., Іванова Л.А. «Сіркоочищення димових газів». Тези доповідей 15 ї міжнар. наук.-техн. конф., Харків : Лідер, 2019.
78. Федінчик І.В. Вплив режимних параметрів на ефективність мокрої очистки димових газів від частинок золи // Паливно енергетичні системи. 2013. № 1.–Доступно: https://jnas.nbuv.gov.ua/j pdf/PZE_2013_1_10.pdf (перевірено: автор І.В. Федінчик, 2013 рік).
79. Харківський автомобільно-дорожній університет. Аналіз технологій SO₂. — 2020.
80. Черненко О.О. Альтернативні палива в енергетиці. — Одеса: ОНАХТ, 2022. — 20–25 с.
81. Шевченко М.В. «Математичне моделювання процесів очищення димових газів на ТЕС». Енергетика та екологія, 2021, № 3, 45‑52 с.
82. Шевченко П. В. Модернізація систем спалювання палива. – К.: Наук. думка, 2018.
83. Шевчук В. І., Петриченко О. М. Сучасні технології очищення димових газів на теплових електростанціях. – Київ: Видавництво КПІ, 2020. – 168 с.
84. Шевчук І.С., Левченко В.П. Модернізація ТЕЦ та котелень із використанням BAT-технологій: практичні аспекти. Харків: ХНУ, 2022.
85. Шумовський Д. О. Системи конденсації димових газів: технології підвищення ефективності та зменшення емісій. — Київ: НУХТ, 2024. — С. 20‑35.50. ДБН В.2.5-20-2018. Інженерне обладнання будівель і споруд.
86. Яковенко, Л. І., Сидоренко, Г. П. Екологічні аспекти спалювання суспензійних палив з відходів. — Харків: НТУ «ХПІ», 2023. — 165 с.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets