ВКР: Предложение технологического решения по утилизации совтоловых трансформаторов

Аннотация

Тема работы: «Предложение технологического решения по утилизации совтоловых трансформаторов».

Выпускная квалификационная работа содержит 81 с., 14 таблиц, 16 рисунков, 44 литературных источников.

Ключевые слова: полихлорированные бифенилы, совтоловые трансформаторы, утилизация, реактор.

Объектом исследования являются технологические процессы термической утилизации отходов I класса опасности, содержащих полихлорированные бифенилы (совтоловых трансформаторов и жидких диэлектриков).

Выпускная квалификационная работа состоит из трех основных разделов, содержания, введения, заключения и списка используемых источников.

В работе решены следующие задачи:

• дан анализ существующих методов утилизации совтоловых трансформаторов и ПХБ, выявлены их преимущества и недостатки;
• предложено оптимальное технологическое решение;
• разработана принципиальная технологическая схема утилизации совтоловых трансформаторов;
• приведены экологические последствия неправильной утилизации трансформаторов, содержащих ПХБ, и определены потенциальные риски для здоровья человека и окружающей среды.

Annotation

Title of the work: «Proposal of a Technological Solution for the Disposal of Sovtol Transformers».

The final qualifying work contains 81 pages, 14 tables, 16 figures, 44 literary sources.

Keywords: polychlorinated biphenyls (PCBs), sovtol transformers, disposal, reactor.

Object of research: technological processes of thermal disposal of hazard class I waste containing polychlorinated biphenyls, including sovtol transformers and liquid dielectrics.

The final thesis consists of three main sections, the content, the introduction, the conclusion and the list of sources used.

The following tasks have been solved in the work:

• the analysis of the existing methods of utilization of sovtolovs transformers and PCBs is given, their advantages and disadvantages are revealed;
• an optimal technological solution has been proposed;
• a basic technological scheme for the utilization of of utilization of sovtolovs transformers has been developed;
• the environmental consequences of improper disposal of transformers containing PCBs are presented, and potential risks to human health and the environment are identified.

Перечень обозначений и сокращений

НО-ПХБ - Нон-орто-полихлорированные бифенилы

ОС - Окружающая среда

ПАУ- Полициклические ароматические углеводороды

ПДК- Предельно допустимые концентрации

ПХБ - Полихлорированные бифенилы

ПХДД - Полихлорированные дибензодиоксины

ПХДС-Т - Полихлордибензотиантрены

ПХДФ - Полихлорированные дибензофураны

СОЗ - Стойкие органические загрязнители

ТХДД - Тетрахлордибензо-пара-диоксин

ФККО - Федеральный классификационный каталог отходов

ФЭО - Федеральный экологический оператор

TEF - Токсический эквивалентный фактор

SCR - селективная каталитическая нейтрализация

АСКВ - автоматизированная система контроля выбросов

SCC - коррозионное растрескивание под напряжением

Полихлорированные бифенилы (ПХБ) - группа хлорорганических соединений, относящихся к стойким органическим загрязнителям (СОЗ). В русскоязычной литературе также встречается термин «полихлорированные дифенилы» (ПХД), однако далее в работе используется обозначение ПХБ.

Содержание

Введение

Силовой трансформатор является важным компонентом электрической сети, от работоспособности которого зависит надежность электроснабжения потребителей.

В условиях переменной нагрузки и повышенной температуры существенную роль в определении состояния трансформатора играет изоляционная система. В мощных силовых трансформаторах уже много лет применяется гибридная система, состоящая из бумажной и жидкой изоляции. Бумажно-масляная изоляция трансформатора обладает высокими электрическими характеристиками (кратковременная электрическая прочность на постоянном напряжении 100-250кВ/мм, на переменном 50-120кВ/мм), что обеспечивает его надежную эксплуатацию [1].

Диэлектрическое масло в силовом трансформаторе играет ключевую роль: оно изолирует токоведущие части, охлаждает и защищает от коррозии, обеспечивая надежную работу оборудования, и гасит дуги. Масло отводит тепло от обмоток к радиаторам и предотвращает электрические пробои, выполняя функции диэлектрика и теплоносителя. Основное назначение масла – изоляция, эффективное охлаждение высоковольтных частей и защита целлюлозы от переувлажнения.

Для качественного выполнения своих функций жидкий диэлектрик должен иметь высокий уровень электрической прочности, хорошую теплопроводность, а также стабильность к химическим и термическим воздействиям. Он не должен быть горючим и токсичным, обладать необходимой вязкостью для низких температур и сохранять свои ключевые характеристики в течение длительного времени работы трансформатора при повышенных температурах.

Полихлорированные бифенилы (ПХБ) являются одними из наиболее устойчивых известных химических веществ. Низкая диэлектрическая постоянная и высокая температура кипения сделали их пригодными для использования в качестве жидкого диэлектрика в электроконденсаторах и электротрансформаторах [15,22,37]. ПХБ производились в промышленности, главным образом, для использования в качестве диэлектриков в трансформаторах. С конца 20-х гг. ХХ века во всем мире было произведено более 1 млн. тонн различных марок технических смесей ПХБ и, по оценкам экспертов, от 10 до 40% их поступило в окружающую среду [25,26].

В 1970-х гг. обнаружено, что ПХБ обладают токсичными свойствами, оказывают негативное влияние на здоровье людей. Таким образом, загрязнение окружающей среды ПХБ стало одной из современных глобальных экологических проблем, и представляющую наибольшую опасность среди отходов.

В Российской Федерации отходы веществ и изделий, содержащие или загрязненные ПХБ при уровне концентрации от 50мг/кг, относятся к отходам первого класса опасности (чрезвычайно опасные отходы). В РФ производство ПХБ прекращено в 1990-1993 гг., однако они продолжают использоваться в небольших масштабах электротехническом оборудовании.

«В настоящее время в Российской Федерации до сих пор используется ПХБ-содержащее электротехническое оборудование: в энергетических системах – около 20%, на предприятиях машино- и приборостроения – около 18%» [14].

«ПХБ-содержащее оборудование применяется на предприятиях черной и цветной металлургии, рыбоперерабатывающих заводах, мукомольных предприятиях и др. Последняя инвентаризация ПХБ и ПХБ-содержащего оборудования проводилась в Российской Федерации в 2000 году. По данным Российского энергетического агентства, в настоящее время наибольшее количество всего ПХБ-содержащего оборудования находится на предприятиях Уральского Федерального округа (примерно 60тыс.штук), наименьшее количество оборудования представлено в Северо-Западном Федеральном округе (8,5тыс.штук)» [14].

В настоящее время специальные экологические требования к организации системы сбора, транспортировки, хранения и уничтожения ПХБ и ПХБ-содержащего оборудования отсутствуют. Согласно Стокгольмской конвенции, к 2025 году страны-участницы должны были вывести из эксплуатации оборудование, содержащее ПХБ, а к2028 году - обеспечить их полную экологически безопасную переработку. В 2026 году вопрос ликвидации накопленных остатков совтолового парка переходит в стадию критической срочности. В настоящее время активно идет вывод из эксплуатации и утилизация ПХБ-содержащего оборудования [26,33].

Разработаны и применяют несколько технологий по уничтожению СОВ (в т.ч. сжигание, электрохимические, химические и др.), однако имеются ограничения в их использовании и при этом отсутствуют достоверные оценки их безвредности для окружающей среды. Большое количество старого энергетического оборудования (трансформаторы, конденсаторы) в России и мире все еще содержит ПХБ и требует утилизации. Нет простых и дешевых методов превращения ПХБ в безопасные вещества или вторичные продукты, а существующие технологии уничтожения (например, высокотемпературное сжигание) требуют больших затрат. «Несмотря на то, что проблеме уничтожения ПХБ посвящено значительное количество исследований в области физики, химии и биологии, до сих пор остаются открытыми фундаментальные вопросы, связанные с поиском оптимальных экологически безопасных и экономически целесообразных механизмов удаления ПХБ из природных и техногенных объектов» [10].

Актуальность работы. Большинство совтоловых трансформаторов были произведены в СССР в 70-80-х годах. В 2026 году их фактический срок службы превышает нормативный в 1,5–2 раза. Износ корпусов и уплотнений ведет к увеличению риска аварийных утечек совтола, что требует немедленного внедрения технологий безопасного демонтажа и уничтожения этих трансформаторов, а также утилизации ПХБ. При неправильной утилизации трансформаторов, содержащих ПХБ, возможен выброс этих веществ в окружающую среду, что представляет серьезную опасность для здоровья населения и экосистем. Утилизация трансформаторов с ПХБ должна проводиться с учетом минимизации воздействия на окружающую среду, что делает рассмотрение эффективных технологий утилизации совтоловых трансформаторов актуальной.

Целью работы является разработка и обоснование эффективного технологического способа очистки газов при термической утилизации ПХБ с учетом экологических аспектов, а также разработка конструкции аппарата для улавливания вредных компонентов.

Задачи работы:

- исследовать и проанализировать существующие методы утилизации совтоловых трансформаторов и ПХБ, выявив их преимущества и недостатки;

- предложить оптимальное технологическое решение;

- провести расчет материального баланса;

- провести расчет конструкции основного аппарата;

- оценить экологические последствия неправильной утилизации трансформаторов, содержащих ПХБ, и определить потенциальные риски для здоровья человека и окружающей среды.

Таким образом, работа направлена на решение актуальной проблемы утилизации совтоловых трансформаторов с ПХБ, что имеет важное значение для защиты окружающей среды, здоровья населения и соблюдения экологического законодательства. Реализация поставленных задач позволит получить эффективное и безопасное решение для утилизации этих опасных отходов.