Прогнозирование эмиссии диоксида углерода на основе углеродного потенциала топлива

химии. Аддитивная структура его определена отсутствием взаимодействия при горении различных компонентов. Численные коэффициенты учитывают тепловой эффект полного окисления.

Для твердых и жидких топлив в источнике [5] можно найти разные формулы, но наиболее употребляемой является так называемая «формула Менделеева»:

д = зз9Ср + 1030Нр - 109(0р - 8р) -

- 25^, кДж/кг,

Расчет горения чистого метана

Как следует из второй модели, необходимо знать процентное содержание в метане углерода. Из формулы метана (СН4) видно, что масса С составляет 12 кг/кмоль, масса Н2 -4 кг/кмоль, или в процентном соотношении 75 % С и 25 % Н2.

Подставляя эти значения в формулу (2), найдем

(др ) =339 75+1030 25=51775 кДж/кг.

где Ср, Нр, Ор, 8р, Wр - содержание на рабочую массу отдельных химических элементов.

Это уравнение регрессии, устанавливающее связь на основе статистических материалов. Аддитивный характер объясняется также независимостью горения отдельных элементов. Численные коэффициенты получены путем статистически обработанных результатов наблюдений.

В отличие от первой модели, где четко известно, какой элемент в комбинации с другим составляет то или иное вещество, количество которого нужно точно знать, как и тепловой эффект его окисления, вторая модель не предполагает знания комбинаций элементов, в ней нет сведений об их тепловых реакциях и т.д. Для этой модели нет необходимости в химическом анализе газа.

Нами была предложена идея об использовании удельной величины выбросов на единицу энергии (с). Этот подход позволяет подобрать не просто богатое топливо, а такое, которое будет давать при этом меньше выбросов. Величина с определяется так:

шг

с = -

&

-, кг/кДж.

Поэтому важно быстро и оперативно определять значения &р . Очевидно, что вторая модель для твердого и жидкого топлива имеет преимущества. В дальнейшем твердое топливо будем называть уголь, а газообразное - газ.

Выдвигается гипотеза о том, что теплоту сгорания газообразного топлива и эмиссию углекислоты можно рассчитывать по более простой модели, используемой для угля. Для ее доказательства рассмотрим расчеты отдельных видов топлива.

Если рассчитать теплоту сгорания по формуле (1), получим

(бр): =35847 100=35847 кДж/м3.

Чтобы привести расчет этой величины к 1 кг, необходимо поделить результат на плотность метана р= 16/22,4=0,714 кг/м3, откуда получим

(он & =

Р

35847 0,714

= 50206 кДж/кг.

Расчет горения чистого пропана

Из химической формулы С3Н8 имеем 81,81 % С и 18,19 % Н2. Плотность пропана р = 44 / 22,4 = 1,96 кг/м3.

По второй модели получим

) = 339-81,81+1030-18,19= = 46469 кДж/кг = 46,469 МДж/кг.

Если рассчитать эту же величину по химическому составу, то получим

&>р)1 = 91,981-100 = 91981кДж/м3= = 91,981 МДж/м3.

Пересчитаем эту величину на 1 кг газа, в результате имеем

91981 1,96

Р

= 46,929 МДж/кг.

= 46929 кДж/кг =

2

Расчет газовой смеси

Состав топлива представлен 85 % CH4, 10 % C2H4, 3 % N2, 2 % ТО.

Теплота сгорания этого топлива (по первой модели) определяется как

(«2нр ): = 35,847 85 + 63,790-10 + 2,263-2 = = 37094 кДж/м3.

Представим аппроксимирующий расчет (на 1 кг):

плотность газа составит

Р ап ="

Е miri

22,4

_ %СН4 • 16 + %С2Н4 • 30 + %N2 • 28+ %CO • 28 = 22,4 '

= 0,7585 кг/м3;

масса водорода

mH= mCH + mCH = 0,183 кг; масса углерода

me = m^H • m^H + meo = 0,5384, кг;

массовая доля углерода в топливе m

% С = mC 100 = 71,65 %;

Рг

доля водорода в газовом топливе

m„

% Н • 100 = 24,12 %;

Рг

доля азота в газовом топливе mN

% N2 = — • 100 = 4,34 %;

Рг

доля кислорода в газовом топливе

mO

% О2 = 100 = 0,49 %,

Рг

что в сумме составит

I = 71,65 + 24,12 + 4,34 + 0,49 = 100 %. В пересчете на 1 кг газа имеем

Q 1=а- 37084

= 48904 кДж/кг =

рг 0,7585

= 48,9 МДж/кг.

При аппроксимирующем расчете теплоты сгорания газа по формуле Менделеева получим

(др) = 39^71,05 + 1030 24,12 = 24085 + 24843 = = 48928 кДж/кг.

Для всех трех случаев была определена погрешность аппроксимации по формуле:

AQ =

tebfe )

^ = 100 %.

За базовую взяли величину QP, рассчитанную по формуле (1).

Для всех трех случаев ошибка составила: АОсщ = -1,93 %, Д0СзН = + 1,4 %, для смеси

газов -0,7 %, что является приемлемым уровнем ошибки для предлагаемой упрощенной методики расчета величины .

Алгоритм расчета удельной оценки топлива

Поскольку гипотеза о применимости элементарного состава для расчета теплоты сгорания принята для газообразных топлив, то ее можно использовать для оценки потенциала эмиссии углекислоты и определения удельной величины выбросов отСС)2, отнесенной к единице выделенной энергии, т.е.

Мг

mco2 ="

Q?

Это выражение является ключевым, и предлагается следующий алгоритм для действующего теплотехнического агрегата.

1. Определяется тепловая мощность агрегата Ы, кВт. Как правило она известна даже на стадии проектирования, поэтому предлагаемая методика выбросов С02 может использоваться как для прогнозирования эмиссии, так и при исследовании действующих агрегатов;

2. Рассчитывается потребное количество энергии на основе нормативных или практических данных по работе агрегата:

Е = еЫ, кВт,

где е - нормативный удельный показатель расхода энергии на единицу продукции;

3. Осуществляется выбор топлива, если существует возможность разных вариантов, и определяется его расход О, кг/с (т/ч):

G =-, кг/с (м3/с);

здесь QI - теплота сгорания топлива, кДж/кг

(кДж/м3);

4. По составу топлива (угля) определяется масса углерода МС

Мс = О • %С, кг/с;

5. По формуле (2) определяют величину . В случае использования газового топлива

массу углерода рассчитывают суммированием вкладов всех углеродсодержащих компонентов топлива, т.е.

Mc = ¿MCj ,

что возможно при знании состава топлива.

Определение массовой эмиссии С02

В основе расчета лежит материальный баланс горения любого углеродсодержащего компонента топлива, например

+О2=СО2; СО2+1/2О2=СО2;

СН4+2О2=СО2+2Н2О и т.д.

Из этих уравнений реакций следует, что для любого углеводорода при полном горении (а в действующем теплотехническом агрегате конечно необходимо добиваться полного сжигания топлива) 1 атом С генерирует 1 молекулу

CO2; соотношение масс

mr

= 44/12 = 3,67 =

m

const. Это дает возможность определить прогнозируемый выброс углекислоты:

= 3,67 • М, кг/с,

и наоборот

3,67

Для определения содержания углерода (% по массе в топливе) достаточно произвести сжигание топлива и по содержанию СО2 в продуктах сгорания определить содержание углерода в топливе и его массу.

Если предполагается выбор топлива, то эти расчеты необходимо провести для каждого из них.

В настоящее время топливо оценивается по трем позициям:

- энергетическая ценность &р , кДж/кг;

- финансовая стоимость (угля) Ц, руб/кг;

- экологическое качество ЪшС, кг/кг.

Сравнивать эти различные по природе показатели сложно, тем более, что тут возможны

разногласия: топливо ценное, но дорогое, много выбросов; топливо богатое, цена удовлетворительная, много выбросов и др. Поэтому следует найти такой способ оценки ценности топлива, чтобы получать однородные показатели для оценки разных сторон качества топлива. Давно известен единый эквивалент разных товаров и показателей - это цена, стоимость. При использовании топлива в качестве основной учетной единицы нужно принять стоимость, те или иные затраты и эффекты, отнесенные к единице поставленной энергии. Это значит, что все затраты оценки должны иметь размерности руб/кДж.

Выводы. Концепция комплексной стоимостной оценки может быть использована для многих других случаев. При этом в качестве удельной единицы, по отношению к которой оценивается вклад того или иного фактора, может быть выбрана любая характеристика (параметр), который служит для оценки результатов работы агрегатов. По сути дела этот принцип лежит в основе калькуляции основной продукции. Все виды затрат (сырье, труд, транспорт и многое другое) приводятся к стоимостной форме. Рациональность и необходимость таких расчетов ни у кого не вызывает сомнения и так поступают всегда по отношению к продукции. В работе предлагается такой подход перенести на другие процессы и ситуации, как было показано при приобретении (покупке) топлива, где никогда оценка «себестоимости покупки» не проводилась. Другим таким же прогнозным планированием может быть ситуация с вторичным продуктом или энергией. При улавливании пыли промышленных газов приложение предлагаемой концепции позволит выбрать наиболее рациональный вариант. То, что в качестве основного примера в настоящей работе рассматривалось топливо, является далеко не случайным. Активная работа по противостоянию возможного изменения глобального климата выражается в постоянном участии заинтересованных сторон в решении этого вопроса. В ноябре 2016 г. в Марра-кеше состоялась 22 конференция сторон 22 КС (в русскоязычном варианте), или СОР 22 (conference of parties), неформальный девиз которых звучал так: «Choice of Fuel» (выбор топлива), что отражает особо остро стоящий вопрос об использовании углеводородного топлива в будущем. Для Кузбасса это является сверхважным вопросом.

i=1

2

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Рамочная конвенция ООН об изменении климата. - Нью-Йорк. 9 мая 1992 г.

2. Интернет-сайт для консультации по практическому исследованию механизмов Ки-отского протокола. Электронный ресурс. -[Режим доступа]: www.carbonmarketso lutions.com. (Дата обращения 23.01.17 г.).

3. Лисиенко В.Г. Хрестоматия энергосбережения. - М.: Теплоэнергетик, 2003. - 688 с.

4. Парижское соглашение об изменении климата, 15.12.2015 г. Париж. Интернет-сайт.

Электронный ресурс. - [Режим доступа]: www.ipcc.ch. (Дата обращения 23.01.17 г.). 5. Семикин И.Д., Аверин С.Н. Топливо и топливное хозяйство металлургических заводов. Учебное пособие для студентов металлургических специальностей вузов. -М.: Металлургия, 1965. -392 с.

© 2017 г. В.В. Стерлигов, Е.С. Татаринова,

И.В. Чикурова Поступила 2 марта 2017 г.

_ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ_

УДК 658.378.386.1.083.74

О.В. Гринкевич, Ю.Е. Романенко

Сибирский государственный индустриальный университет

АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И СОДЕРЖАНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ СТАНДАРТОВ В ОБЛАСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

В настоящее время в России актуальна проблема обеспечения производств высококвалифицированными кадрами. Для решения кадровой проблемы внедряется новая система квалификаций, неотъемлемой частью которой являются профессиональные стандарты. Задача системы квалификаций - обеспечить работодателей квалифицированным персоналом, снизить затраты на его адаптацию, обучить производственным технологиям и, как следствие, обеспечить стабильное качество выпускаемого продукта.

Главная идея заключается в том, чтобы «сблизить» производство и образование: став соразработчиками образовательных программ, работодатели получают реальную возможность участвовать в формировании и осуществлении государственной политики в этой области.

Согласно постановлению правительства РФ [1] профессиональные стандарты должны применяться работодателями при формировании кадровой политики: в управлении персоналом, при организации обучения и аттестации работников, разработке должностных инструкций, тарификации работ, присвоении тарифных разрядов работникам и установлении систем оплаты труда с учетом особенностей организации производства, труда и управления; в управлении образовательными организациями профессионального образования при разработке профессиональных образовательных программ; при разработке в установленном порядке федеральных государственных образовательных стандартов профессионального образования.

С 1 июля 2016 г. применение работодателями профессиональных стандартов стало обязательным в части требований к квалификации, необходимой работнику для выполнения трудовой функции, если Трудовым Кодексом РФ, другими федеральными законами или иными нормативными правовыми актами РФ установлены такие требования [2]. Это означает, что если требования к квалификации документально работником не подтверждены, ему

будет необходимо в ближайшее время пройти обучение по основным или дополнительным программам, иначе возможно его увольнение. Также надо понимать, что такая ситуация будет иметь одномоментный массовый характер в России в ближайшем будущем.

Профессиональный стандарт (ПС) - это характеристика квалификации, которая необходима работнику для выполнения определенного вида профессиональной деятельности [3].

В отличие от Единого квалификационного справочника должностей руководителей, специалистов и служащих и Единого тарифно -квалификационного справочника работ и профессий рабочих структура описания квалификационной характеристики в ПС предусматривает использование усовершенствованной конструкции в виде сочетаний требований к уровню знаний работника, его умениям, профессиональным навыкам, опыту работы и другим требованиям. Соответственно, ПС является сложным документом, состоящим из нескольких разделов, которые, в свою очередь, наполнены большим количеством информации [4].

На декабрь 2016 г. в области металлургического производства утверждены 57 профессиональных стандартов, 43 находятся в разработке.

Рассмотрим структуру и содержание профессиональных стандартов в области металлургического производства, а также проведем анализ содержащейся в них информации с точки зрения возможного трудоустройства выпускника высшего учебного заведения, получившего диплом бакалавра по направлению 22.03.20 Металлургия.

Это направление включает в себя четыре профиля подготовки: металлургия сварочного производства; металлургия цветных, редких и благородных металлов; обработка металлов давлением; металлургия черных металлов. Многообразие технологий производств и, соответственно, профессий, обеспечивающих работоспособность этих технологий, не дает возможности выполнить общий анализ профессиональных стандартов всей металлурги-