Технологические процессы и загрязняющие выбросы

Изложен систематизированный материал по курсу «Технологические процессы и загрязняющие 
выбросы» с учетом современных требований  
к охране окружающей среды, рациональному природопользованию. Рассмотрены примеры работы 
энергоемких предприятий с созданием технологической цепочки преобразования сырья в готовую 
продукцию. Выявлены источники образования 
вредных веществ и места потерь сырья или полуфабрикатов. Приведены методики расчетов образования загрязняющих веществ.

Т.А. Кулагина, И.В. Андруняк
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
И ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЫБРОСЫ

Учебное пособие

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

    Т.А. Кулагина, И.В. Андруняк                      ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЫБРОСЫ

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

Сибирский федеральный университет 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Красноярск 

СФУ 
2019 

УДК 628.511(07)+502.3(07) 
ББК 20.1я73 
 
К900  
 
 

Р е ц е н з е н т ы:  
В.В. Москвичев, доктор технических наук, профессор, заслуженный 

деятель науки РФ, директор СКТБ «Наука» ИВТ СО РАН;  

О.В. Тасейко, кандидат физико-математических наук, зав. кафедрой 

безопасности жизнедеятельности Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнова. 
 
 

Кулагина, Т.А.  

К900  
Технологические процессы и загрязняющие выбросы : учеб. посо
бие / Т.А. Кулагина, И.В. Андруняк. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 
2019. – 206 с. 
 

ISBN 978-5-7638-4024-7 

Изложен систематизированный материал по курсу «Технологические про
цессы и загрязняющие выбросы» с учетом современных требований к охране 
окружающей среды, рациональному природопользованию. Рассмотрены примеры работы энергоемких предприятий с созданием технологической цепочки 
преобразования сырья в готовую продукцию. Выявлены источники образования 
вредных веществ и места потерь сырья или полуфабрикатов. Приведены методики расчетов образования загрязняющих веществ. 

Предназначено для студентов направления подготовки 20.03.01 «Техно
сферная безопасность», профиль 20.03.01.06 «Инженерная защита окружающей 
среды».

 
 
 

Электронный вариант издания см.: 
УДК 628.511(07)+502.3(07) 

http://catalog.sfu-kras.ru  
ББК 20.1я73 

 
 
 
 
 
 

ISBN 978-5-7638-4024-7                                                © Сибирский федеральный  

университет, 2019 

 

 
 
 

ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 6 
 
Глава 1.  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ЭНЕРГОЕМКИХ 

ПРОИЗВОДСТВ ................................................................................... 8 

 
1.1. Основы технологических процессов в теплоэнергетике ............... 12 

1.1.1. Источники энергии и их классификация ............................... 12 
1.1.2. Основные виды теплообмена, теплоемкость и энтальпия .. 16 
1.1.3. Топливо. Элементарный состав топлива ............................... 17 
1.1.4. Определение количества воздуха, необходимого  

для горения. Теоретический объем дымовых газов ............. 23 

 
1.2. Работа котельных установок ............................................................. 27 

1.2.1. Общие сведения о котельных установках ............................. 27 
1.2.2. Пылеприготовление ................................................................. 35 
1.2.3. Горелочные устройства и их размещение ............................. 39 
1.2.4. Топки котельных установок ................................................... 41 

 
1.3. Тепловые электрические станции .................................................... 45 

1.3.1. Типы электростанций .............................................................. 45 
1.3.2. Технологическая схема тепловой электростанции .............. 47 

 
1.4. Подготовка воды ................................................................................ 51 

1.4.1. Способы обработки и умягчения воды .................................. 51 
1.4.2. Деаэрация (обескислороживание) питательной воды ......... 56 

 
1.5. Хвостовые поверхности нагрева ...................................................... 58 

1.5.1. Водяные экономайзеры ........................................................... 58 
1.5.2. Воздухоподогреватели ............................................................ 61 
1.5.3. Дымовые трубы ........................................................................ 65 

 
1.6. Расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу .................. 67 

1.6.1. Расчет выбросов для котельных  

производительностью менее 30 т/ч ....................................... 67 

1.6.2. Расчет выбросов для ТЭС ....................................................... 80 

 
Контрольные вопросы и задания к главе 1 ............................................. 85 
 
Список литературы к главе 1 ................................................................... 86 

 

 

Глава 2. ПРЕДПРИЯТИЯ, ОБОРУДОВАННЫЕ ТОПКАМИ  

МАЛОГО ОБЪЕМА. АСФАЛЬТОБЕТОННЫЙ ЗАВОД .............. 88 

 

2.1. Технология и оборудование производства  

асфальтобетона ........................................................................ 89 

2.2. Пылеулавливающее оборудование  

асфальтосмесительных установок ......................................... 97 

 
Контрольные вопросы и задания к главе 2 ........................................... 119 
 
Список литературы к главе 2 ................................................................. 120 

 
Глава 3. ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ ..... 122 

 
3.1. Транспорт .......................................................................................... 122 
 
3.2. Методика расчета выбросов загрязняющих веществ  

от автотранспортных предприятий ................................................ 124 

 
3.3. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей ..................... 135 

3.3.1. Аккумуляторные работы ....................................................... 137 
3.3.2. Ремонт резинотехнических изделий .................................... 139 
3.3.3. Обкатка и испытание двигателей после ремонта ............... 142 
3.3.4. Мойка ...................................................................................... 144 
3.3.5. Испытание и ремонт топливной аппаратуры ..................... 148 
3.3.6. Контроль токсичности отработавших газов  

автомобилей ........................................................................... 150 

3.3.7. Расчет выбросов от карьерного транспорта ........................ 152 

 
Контрольные вопросы и задания к главе 3 ........................................... 154 
 
Список литературы к главе 3 ................................................................. 154 

 
Глава 4. ПРОЧИЕ ПРОИЗВОДСТВА ........................................................... 156 

 
4.1. Промышленность ............................................................................. 156 

4.1.1. Добывающая промышленность ............................................ 156 
4.1.2. Перерабатывающая промышленность ................................. 157 
4.1.3. Черная металлургия ............................................................... 158 
4.1.4. Цветная металлургия ............................................................. 159 
4.1.5. Машиностроение ................................................................... 160 
4.1.6. Нефтеперерабатывающая промышленность ...................... 161 
4.1.7. Химическая промышленность .............................................. 162 
4.1.8. Целлюлозно-бумажная промышленность ........................... 162 

4.2. Расчет выбросов загрязняющих веществ от различных 
производственных участков ............................................................ 163 
4.2.1. Нанесение лакокрасочных покрытий .................................. 164 
4.2.2. Кузнечные работы ................................................................. 164 
4.2.3. Сварка и резка металлов ....................................................... 169 
4.2.4. Механическая обработка....................................................... 169 
4.2.5. Медницкие работы................................................................. 170 

4.3. Хозяйственный механизм природопользования ........................... 172 
4.3.1. Законодательно-правовой механизм ................................... 172 
4.3.2. Административный механизм .............................................. 172 
4.3.3. Экономический механизм ..................................................... 173 

Контрольные вопросы и задания к главе 4 ........................................... 175 

Список литературы к главе 4 ....... ........................................................ 176 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 177 

ПРИЛОЖЕНИЯ ............................................................................................... 178 

 

 
 
 
Все промышленные процессы протекают в технологических си
стемах, каждая из которых представляет собой их совокупность, включая аппараты, объединенных в единый производственный комплекс для 
выпуска продукции различного назначения. В зависимости от характера 
и масштаба выпускаемой продукции они могут быть простыми  
и сложными. Общей их чертой является то, что для превращения исходного сырья или полуфабрикатов в целевой конечный продукт необходимо большое число функционально различных ступеней подготовки 
и переработки. Для целенаправленного осуществления этих технологий 
требуются вспомогательные компоненты, разнообразная информация  
и энергия.  

Интенсивное развитие хозяйственной деятельности людей (потреб
ности – производство – потребление), деградация природных экосистем, 
аварии и катастрофы на промышленных и оборонных объектах оказали 
разрушительное воздействие на окружающую среду и привели природу  
в состояние, грозящее экологической катастрофой.  

Комплексное решение задачи рационального природопользования  

в сочетании с эффективным снижением силы отрицательного воздействия 
промышленного производства на окружающую природную среду возможно лишь при владении специалистом знаниями, позволяющими оценить 
любые технологии с позиций охраны среды обитания, т. е. при обладании 
экологическим мышлением.  

Наиболее приемлемой методологической основой подхода к рас
смотрению проблемы взаимодействия промышленного производства  
с окружающей средой является системно-структурный анализ, позволяющий 
вскрыть все разнородные связи и определяющие их процессы в сложных системах. Фундаментом для количественных оценок различных взаимодействий являются данные о развитии промышленности, а также о характерных 
технологических процессах и элементарных процессах взаимодействия различных типов энергетического и производственного оборудования со всеми компонентами окружающей среды. 

Анализ конкретного технологического процесса начинается с тех
нологической схемы предприятия в целом с последующей детализацией 
по участкам и технологическим площадкам. При этом используются паспорта на отдельные звенья процесса. В результате в технологической  
цепочке определяют места входа и выхода природных ресурсов, выделения вредных веществ в окружающую среду. Заканчивается анализ уста

 

новлением состава, количественной и качественной характеристик вредных выбросов и их источников. 

Проведенное обследование ложится в основу следующего этапа  

инженерно-экологического исследования – определения интенсивности, 
степени и опасности воздействия. Они зависят от объемов выброса вредных веществ и их индивидуальных свойств. 

 

 
 
 
Производства в области энергетики 
Потребление ресурсов давно уже вышло за предел возможностей 

окружающей нас природы, возможности же утилизировать непрерывно 
растущие потоки отходов крайне ограниченны. 

Количество отходов не просто растет, они становятся все более  

качественно несовместимы с природными процессами: эти процессы  
не способны разложить и усвоить многие материалы, совершенно чуждые 
природным деструкторам – в основном микроорганизмам. 

Человек должен думать об этом заранее, закладывая в будущие отхо
ды производственной и потребительской деятельности такие свойства, которые позволят природе достаточно хорошо справляться с ними и не отравят биосферу веществами и процессами, опасными для живых организмов. 

Таким образом, перед настоящим поколением остро стоит проблема 

повышения природоохранных мер. Для этого необходимо шире внедрять 
мало- и безотходные процессы и технологии, развивать комбинированные 
ресурсосберегающие предприятия. Лишь реализация этого дает возможность обеспечить комплексное использование природных ресурсов, сырья 
и материалов и свести к минимуму вредное воздействие на окружающую 
среду. Такая постановка требует нового подхода к использованию экосистем и ресурсов, основанного на достижениях науки и техники. Он включает предотвращение загрязнения воды и воздуха промышленными сбросами 
и выбросами, бытовыми отходами, радионуклидами, отравления почвы ядохимикатами. Кроме того, подход должен предусматривать разработку правовых основ ресурсо- и природопользования, экологическую оценку  
антропогенного воздействия, в том числе и в перспективе.  

Наиболее важное место при этом отводится очистке промышленных 

и других эмиссий от примесей, их улавливанию и утилизации. Рациональным путем достижения цели является совершенствование технологических 
процессов, обеспечивающих комплексную переработку сырья. Его реализация во многом зависит от замыкания материальных и энергетических  
потоков.  

Истощение запасов минерального топлива и опасное загрязнение 

окружающей среды диктуют настоятельную необходимость поиска и освоения новых или забытых источников производства энергии.  

 

Традиционные источники получения энергии, в настоящее время 

обеспечивающие 88 % ее мировой потребности, послужили основной причиной загрязнения окружающей природной среды, создав многочисленные 
экологические проблемы.  

 
Энергетика 
Отрасли общественного производства являются важнейшими ис
точниками загрязнения и трансформации окружающей среды. Среди 
всех отраслей производства размерами воздействия, приобретающими  
в настоящее время глобальный характер, выделяется энергетика. Энергетика дает более 20 % выбросов в атмосферу загрязняющих веществ, 
отходящих от стационарных источников, и почти 50 % объема сброса 
сточных вод в поверхностные водоемы. При этом энергетика дает до 30 % 
промышленных выбросов в атмосферу и до 70 % объема сброса промышленных сточных вод. Тепловая энергетика среди всех отраслей 
промышленности выделяется максимальным негативным воздействием 
на воздушный бассейн и значительными масштабами загрязнения водного бассейна. 

Воздействие тепловых угольных станций сказывается на загрязне
нии атмосферы, водных источников земельных угодий. Особую опасность представляют выбросы окислов углерода, серы и азота. Монооксид углерода СО образуется при неполном сгорании углеродсодержащих 
веществ. Диоксид углерода СО2 образуется при полном окислении кислородсодержащего топлива. Попавший в атмосферу диоксид углерода 
остается в ней в среднем 2–4 года. За это время он повсеместно распространяется по земной поверхности. Его влияние выражается не только  
в токсическом действии на живые организмы, но и в способности  
поглощать инфракрасные лучи. При нагревании земной поверхности 
солнечными лучами часть тепла в виде инфракрасного излучения отражается обратно в мировое пространство. Отраженное тепло частично 
перехватывается газами, поглощающими инфракрасное излучение. Если 
это явление происходит в тропосфере, то наблюдающийся рост температуры может приводить к климатическим изменениям – парниковому эффекту. Именно выбросы диоксида углерода в значительной степени 
определяют процесс потепления климата. 

Присутствие оксидов серы и азота в атмосфере способствует возник
новению кислотных дождей. Диоксид серы в атмосфере претерпевает ряд 
химических превращений, важнейшее из них – окисление и образование 
кислоты. Диоксид серы, сернистая кислота в несколько промежуточных 
стадий могут превратиться в серную кислоту с помощью ионов металлов, 
присутствующих в воздухе и облаках. 

 

Негативное влияние кислотных осадков можно проследить в несколь
ких направлениях:  

а) гибнут водные экосистемы, так рН пресноводных систем обычно 

составляет 6–7, организмы водоемов адаптированы к этому уровню и при 
изменении рН всего на единицу испытывают сильный стресс и часто  
погибают;  

б) происходит деградация лесов;  
в) кислотные осадки, просачиваясь через почву, способны выщела
чивать алюминий и тяжелые металлы, которые оказывают сильное токсичное воздействие как на растения, так и на животных. 

Выбросы основных вредных элементов от сжигания нефтяного топ
лива (мазута) значительно меньше, чем при сжигании угля. Однако при 
сжигании мазута выделяются окислы различных металлов – ванадия, алюминия, магния, марганца, железа. 

Наиболее экологически чистым видом топлива является природный 

газ. При его сжигании существенно сокращаются объемы сернистых соединений, отсутствуют выбросы твердых частиц. Однако метан, входящий 
в состав природного газа вызывает парниковый эффект. 

Существует ряд способов уменьшения вредного воздействия теп
ловых станций, связанного с загрязнением атмосферы. Один из них – 
очистка топлива, которая может изменить вредность выбрасываемых  
газов. 

Тепловые электростанции являются крупными потребителями 

водных ресурсов. Основной расход воды связан с охлаждением турбогенератора – около 3 л воды на каждый кВ/ч. Сбрасываемые сточные воды 
имеют повышенную температуру и приводят к тепловому загрязнению. 
Тепловое загрязнение водоемов ведет к изменению биоты под воздействием выпуска нагретых вод, более чем в 1,5 раза увеличивается биологическая потребность кислорода, растет количество основных форм  
азота. 

Сооружение тепловых электростанций приводит к существенному 

изъятию земельных ресурсов – большие площади отводятся под склады 
топлива, для хранения золы и шлака. Наличие золоотвалов способствует 
усилению эрозии окружающих земель, уменьшению плодородия сельскохозяйственных угодий. 

 
Атомная энергетика 
Быстрорастущие потребности в электроэнергии, трудности, связан
ные с наращиванием производства на тепловых станциях и экологические 
проблемы, возникающие при их работе, вызвали необходимость создания 
атомной энергетики. 

 

Атомные электростанции имеют ряд преимуществ по сравнению  

с тепловыми, особенно работающими на угле: 

 существенно различаются потребности в топливе. Для работы АЭС 

мощностью в 1000 МВт требуется 1,5 т обогащенного урана. Для тепловой 
станции той же мощности, работающей на угле, необходимо 3,5 млн т угля 
в год; 

 АЭС могли бы решить проблемы кислотных осадков, парникового 

эффекта, создаваемые тепловыми станциями, так как они не выбрасывают  
углекислого газа, двуокиси серы, окислов азота; 

 выбросы радиоактивных элементов при нормальной работе ядер
ных установок невелики. В атмосферу попадают в основном инертные  
радиоактивные газы. При применении средств газоочистки активность  
газовых выбросов на АЭС оказывается ниже санитарных норм. Эти преимущества долгое время позволяли считать АЭС экологически чистыми. 

Однако в нормальном и безаварийном режиме работы у АЭС имеют
ся существенные недостатки. Атомная станция для охлаждения реактора 
требует в 1,5 раза больше воды, чем тепловая, поэтому и тепловое загрязнение водоемов оказывается намного сильнее. 

Более существенным, чем в тепловой энергетике, является и изъятие 

земель для строительства прудов-охладителей, санитарно-защитных зон. 
Повышенная землеемкость и водоемкость АЭС особенно ощущается при 
размещении станций в районах, дефицитных по воде и с высоким потенциальным плодородием сельскохозяйственных угодий.  

Проблемой является хранение твердых и жидких радиоактивных от
ходов. Объем твердых отходов ежегодно достигает на АЭС 2000–3000 м3. 
Основным видом твердых отходов является отработанное топливо – 
ТВЭЛы. 

АЭС рассчитана примерно на 30 лет работы, после чего ее нужно  

демонтировать. Согласно основным положениям снятия АЭС с эксплуатации все технологии демонтажа должны приводить к «зеленой площадке», 
т. е. к полной очистке территории для последующего неограниченного  
использования. 

В случае аварии АЭС становится источником повышенной опасно
сти для окружающей территории и особенно для человека. Концепция 
развития атомной энергетики должна предусматривать обеспечение безопасности действующих АЭС, их техническое перевооружение и реконструкцию. Строительство станций нового поколения предполагает использование новых типов реакторов. Однако доля атомной энергетики  
в производстве электроэнергии не будет существенно расти и не превысит 12 %. 

 

 

 
 

 
В настоящее время по признаку образования источники энергии под
разделяются на невозобновляемые и возобновляемые. Невозобновляемые 
источники, в свою очередь, по признаку получения энергии классифицируются на первичные и вторичные [1]. Общая классификация источников 
энергии представлена в табл. 1.1. 

В соответствии с прогнозом МИРЭК к 2020 г. мировое производство 

энергетических ресурсов составит от 20 до 27 млрд т условного топлива, 
или 163–204 млрд МВт·ч. 

Прогнозные оценки свидетельствуют о том, что в первые десятиле
тия XXI в. не произойдет коренной технологической перестройки в структуре производства энергетических ресурсов, новые технологии начнут 
только внедряться. Термоядерная энергия может стать практически неисчерпаемым источником энергоснабжения. 

 

 

 

Невозобновляемые 
Возобновляемые 

Первичные 
Вторичные 
Первичные 
Вторичные 

Органическое  
топливо: 

уголь; 
нефть; 
природный газ; 
горючие сланцы 

 
Ядерное топливо: 

U 235; 
торий 

 
Термоядерное  
топливо: 

дейтерий 

Продукты переработки 
органического топлива: 

кокс, полукокс; 
ВУС; 
жидкое топливо,  
получаемое из нефти; 
генераторные газы; 
искусственное жидкое топливо (ВМЭ) 

 
Горючие газы: 

доменный; 
коксовый; 
конверторный; 
нефтепереработки 

 
Ядерное топливо: 

плутоний 239 

 
Электроэнергия 

Биомасса: 

древесина; 
торф 

 
Лучистая энергия 
Солнца 
 
Механическая энергия: 

рек; 
морских приливов  
и отливов; 
ветра 

 
Тепловая энергия: 

недр земли; 
океанская тепловая 
энергия 

Искусственное топливо из отходов добычи и переработки: 
древесные брикеты; 
пеллеты (топливные 
гранулы); 
комбинированное 
(ВУС, ВМЭ)