Вплив теплових електростанції на навколишнє середовище. Шляхи зниження негативного впливу на навколишнє середовище

Таблиця 2.1.13

        Робота обладнання із змінним режимом, особливо із зупинками блоків, призводить до суттєвого підвищення витрат палива та сумарних викидів.

Видалені з топки зола та шлаки утворюють золошлаковідвали на поверхні літосфери. У   паропроводах від парогенератора до турбогенератора, у самому турбоагрегаті відбувається  передача тепла навколишньому повітрю. У конденсаторі, а також в системі регенеративного  підігріву питної води теплота конденсації та переохолодження конденсату сприймається  охолоджувальною водою. Крім конденсаторів турбоагрегатів, споживачами охолоджувальної  води є маслоохолоджувачі, системи змиву та інші допоміжні системи, які виділяють зливи на

поверхню або в гідросферу.

         Одним з факторів впливу вугільних ТЕС на навколишнє середовище є викиди систем складування   палива, його транспортування, пилоприготування та можливе не тільки забруднення пилом, але і  виділення продуктів окислення палива. По-різному (в залежності від прийнятої системи  золошлаковидаляння) впливає на навколишнє середовище видалення шламу і золи.

          Розповсюдження перелічених викидів в атмосфері залежить від рельєфу місцевості, швидкості  вітру, перегріву їх по відношенню до температури навколишнього середовища, висоти хмарності,   фазового стану та їх інтенсивності. Так, кріпні градирні в системі охолодження конденсаторів   ТЕС суттєво зволожують мікроклімат в районі станції, сприяють утворенню низької хмарності,   туманів, зниженню сонячної освітленості, викликають мряку, а взимку – іній та ожеледицю.

Взаємодія викидів з туманом  призводить до утворення стійкої сильно забрудненої

дрібнодисперсної хмари-смогу, найбільш щільної біля поверхні землі. Одним з видів впливу ТЕС  на атмосферу є збільшення споживання повітря, необхідного для спалювання палива. Взаємодія   ТЕС з гідросферою характеризується в основному споживанням води системами технічного   водопостачання, в тому числі необоротним споживанням води. Витрати води залежать від   початкових та кінцевих параметрів пари та від системи технічного водопостачання. За деякими  оцінками, на перспективу можна приймати такі витрати води на охолодження конденсаторів на

ТЕС – 120 кг/кВт·год. Виходячи з цього, при прогнозуванні рівня споживання енергії в 2000 році  на охолодження конденсаторів усіх ТЕС та АЕС України буде потрібно » 7 км3 води.

       При промивці поверхонь нагріву котлоагрегатів утворюються розбавлені розчини соляної  кислоти, натрію, аміаку, солей амонію, заліза та інших речовин. В цілому вплив ТЕС на водний  басейн залежить від організації, системи технічного водопостачання, конструкції фільтрів та  скидних пристроїв. Основними факторами впливу ТЕС на гідросферу є викиди теплоти,   наслідками котрих можуть бути: постійне локальне підвищення температури у водоймищі;   тимчасове підвищення температури; зміна умов льодоставу, зимового гідрологічного режиму;   зміна умов паводків; зміна розподілу залишків, випаровувань, туманів. Поряд з порушенням

клімату теплові викиди призводять до заростання водойм водоростями, порушення кисневого  балансу, що створює загрозу для життя мешканців рік та озер.

Основними факторами впливу ТЕС на літосферу є осадження  на її поверхні твердих часток та  рідких розчинів продуктів викидів в атмосферу, споживання ресурсів літосфери, в тому числі  вирубування лісів, добування палива, вилучення з сільськогосподарського обороту орних земель  та луків під будівництво ТЕС та золовідвалів. Наслідком цих перетворень є зміна ландшафту.

          Електростанція потужністю 100 МВт, працююча на вугіллі, навіть з можливостями нейтралізації   до 80% двоокису сірки, буде мати річні викиди в атмосферу близько 5000 тонн SO2 та 10000 тонн NOx. На поверхні Землі в районі електростанції утворюється близько 400 000 тонн золи, в якій  приблизно 80 тонн важких металів, включаючи миш’як, свинець, кадмій, ванадій та ін. Теплова

електростанція потужністю 1 тис. МВт при спалюванні палива витрачає таку кількість кисню, яку  виділяє 101 тисяча гектарів лісу.

            Характерні забруднення ТЕС (табл. 2.1.14-2.1.16): золові поля, теплові та хімічні забруднення  водних басейнів, шумовий вплив на найбільші житлові райони (особливо у великих містах),     електромагнітне випромінювання та ін.

 Таблиця 2.1.14-2.1.16

        

           Термодинамічна особливість виробництва електроенергії на ТЕС полягає в тому, що близько 2/3  теплової енергії з технологічного циклу відводиться в навколишнє середовище. Відвід теплової  енергії потребує річок, природних водойм або створення ставків-охолоджувачів, тобто з потреб   народного господарства відбираються додаткові площі, призначені для інших цілей  використання.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Заходи боротьби зі шкідливим впливом на екологію

 

           Проблема запобігання забрудненню навколишнього середовища продуктами згоряння органічних палив ускладнюється процесом урбанізації, який сприяє економічному розвитку. Санітарне законодавство, яке обмежує викиди шкідливих домішок у навколишнє середовище при виробництві електроенергії, у різних країнах різне. У промислово розвинутих країнах встановлені гранично допустимі концентрації (ГДК) речовин, які забруднюють повітря та водойми. Теплові викиди ТЕС менш помітні для навколишнього населення, ніж викиди забруднюючих речовин. При будівництві електростанцій тепловий скид існуючими нормативами не обмежують, а лише вимагають, щоб підігрів води у водоймах не перевищував її природної температури влітку на 3°С, а взимку на 5°С. Щодо температури та кількості газових викидів в атмосферу ніяких обмежень не існує. Таким чином, задача запобігання шкідливому тепловому забрудненню водного басейну для ТЕС – це скорочення теплових скидів, які безперервно збільшуються, шляхом підвищення економічності електростанцій та раціональна організація розсіювання тепла у просторі з переводом його частини у прихований стан випаровуванням нагрітої води. Такий захід аналогічний запобіганню утворення в атмосфері недопустимих концентрацій забруднюючих речовин викидом газів крізь високі труби і перемішування їх з повітрям, перед тим як вони  досягнуть земної поверхні.

         На ефекті самоочищення атмосферного середовища грунтуються такі заходи, як розсіювання шкідливих домішок, які містяться у викидах ТЕС, в атмосферному повітрі за допомогою високих труб, а також розбавлення деяких відпрацьованих вод перед їх скидом у природні водойми. В міру збільшення абсолютних кількостей забруднюючих речовин, які викидаються у навколишнє середовище, можливості самоочищення, а звідси і заходів розсіювання поступово вичерпуються.

Одним з найбільш перспективних  та радикальних напрямків у запобіганні викидам

забруднюючих речовин  в атмосферу та природні водойми є зміна технології виробництва електроенергії, котра дозволила б значно скоротити шкідливі викиди.

Цікавим є виробництво електроенергії на базі магнітно-динамічних генераторів, що дає змогу підвищити ККД енегетичної установки приблизно до 50-60% і тим самим знизити питомі витрати палива та обмін виробництва з навколишнім середовищем. Ефект та масштаби застосування цієї нової технології виробництва електроенергії у галузі захисту навколишнього середовища будуть залежати від можливості використання у цих установках твердого палива, а також запобігання

викидам в атмосферу окислів азоту, які інтенсивно утворюються при високих температурах, характерних для МГД-генераторів, а також від вдосконалення очищення продуктів згоряння від твердих часток присадок (карбонат калію, ізотоп котрого є радіоактивним). Окрім радикальних змін технології виробництва електроенергії, запропоновані й інші, менш суттєві зміни. Проходить промислову перевірку спосіб газифікації сірчистого мазуту з наступним очищенням продуктів газифікації та спалюванням очищених від сірки та ванадію газів у парогенераторах або стаціонарних газових турбінах. Цей спосіб після його освоєння дозволить одночасно зменшити викиди окислів азоту, бо температура продуктів згоряння газу, отриманого при газифікації, відносно невелика.

         Запропонований спосіб термічної переробки горючих сланців з одержанням рідких та газоподібних продуктів, котрі передбачається спрямовувати в топки котлоагрегатів. Це дозволить   значно знизити вміст золи та двоокислу сірки у відхідних димових газах та одночасно підвищити продуктивність генераторів пари у порівнянні з котлоагрегатами, які працюють на сирому сланці.

          Проблема запобігання забрудненню водних басейнів може бути вирішена більш просто та досконало, ніж захисту атмосферного повітря, оскільки основними відходами енергетичного  виробництва є газоподібні продукти, котрі викидаються в атмосферу. На шляху регенерації  відпрацьованих вод електростанцій немає принципових перешкод, та здійснення замкнених технологічних схем водовикористання неможливе.

Особливо поставлено питання  про запобігання забрудненню  земельних угідь золовідвалами. Для   зменшення забруднення місцевості ТЕС твердими відходами необхідно вживати заходів щодо  поставки на електростанції палив з меншим вмістом породи, а також збільшувати масштаби використання у народному господарстві золи та шлаку. Актуальними є проблеми створення нефільтрованих золовідвалів, а також біологічні та агротехнічні питання, пов’язані зрекультивацією відпрацьованих золовідвалів.

 

1. Скорочення шкідливих викидів в атмосферу

 

1. Очищення димових газів від золи в електрофільтрах

 

         Електрофільтри на електростанціях  застосовуються для досягнення найбільш глибокого очищення димових газів в основному на  великих енергоблоках потужністю 300 МВт та більше.  Мокрі золоуловлювачі з трубами Вентурі, які працюють при маленьких питомих витратах води та  невеликих перепадах тиску, встановлюються за котлоагрегатами середньої паропродуктивності,  якщо цьому не перешкоджають процеси утворення відкладень на поверхнях апаратів, обумовлені  особливим складом золи спалюваного палива. Батарейні циклони, як правило, встановлюються за

котлоагрегатами малої паропродуктивності, що спалюють переважно малозольні сорти твердого  палива. У деяких випадках, наприклад, при високій зольності палива або необхідності  забезпечити високу надійність золоуловлювання, установки складаються з двох або більше  послідовно розташованих апаратів. При цьому як останній по ходу газів ступінь звичайно  використовують електрофільтр.

Електрофільтри є універсальними уловлювачами. Ступінь очищення – до 95%. Принцип роботи: сучасні установки для електричного очищення димових газів від золи складаються з загального корпусу, в якому знаходяться осаджувальні системи, з коронуючих електродів, механізмів їх струшування, приладів для забезпечення рівномірного розподілу швидкостей рухів газів по перерізу активної зони, електрофільтра, агрегатів живлення випрямленим струмом високої напруги, автоматичних приладів для підтримки оптимальної за умовами очищення газів

напруги на коронуючих електродах та приладів для видалення уловленої золи. У корпусі електрофільтра, чергуючись між собою, на суворо визначеній відстані один від одного розташовані коронуючі та осаджувальні електроди.

Перші з них підвішені на ізоляторах, і підведено до них струм високої напруги від’ємного знаку від агрегатів живлення, а другі – заземлені. У проміжках між коронуючими та осаджувальними електродами при подачі високої напруги створюється нерівномірне електричне поле, яке має найвищу напругу на ділянках найбільшої кривизни у поверхні коронуючих електродів. Поблизу цих поверхонь при достатньо високій напрузі відбувається місцевий пробій газів і виникає коронний розряд, який є джерелом інтенсивної емісії електронів.  Електрони та газові іони, які утворилися внаслідок руху електронів, при своєму переміщенні в електричному полі до заземленого осаджувального електрода сорбуються частинками золи та

сповіщають останнім від’ємний  заряд. Заряджені частинки золи під  дією електричного поля рухаються впоперек газового потоку та осаджуються на заземлених електродах, віддаючи їм свої заряди. Осіла зола періодично витрушується з електродів та потрапляє до бункера, а з нього – в систему пневмо- або гідрозоловидалення. Недоліки цього способу – споживання великої кількості електроенергії.

 

5.1.2. Очищення газів у мокрих золоуловлювачах

 

         У мокрих золоуловлювачах уловлювання часток золи на плівці води, яка стікає по його стінках, здійснюється за рахунок відцентрової сили, яка діє на частки. Ефективність апарата не перевищує 90%.   Принцип роботи мокрого золоуловлювача з

коагулятором Вентурі: у  конфузор коагулятора через форсунки зрошувача подається вода, котра  додатково диспергується швидкісним газовим потоком на дрібні краплинки.    Летка зола при   проходженні з димовими газами крізь коагулятор Вентурі частково осаджується на цих краплях   та на його зрошуваних стінках.

Далі краплинки та неуловлювані частки золи потрапляють у корпус апарата – відцентровийскрубер, де димові гази звільняються від крапель та додатково очищуються від золи, після чого  димососом викидаються в атмосферу. Гідрозолова пульпа скидається через гідрозатвор до каналу  гідрозоловидалення.

          Перспективи застосування систем мокрого золоуловлювання на ТЕС пов’язані також з  можливим використанням аналогічних апаратів для уловлювання таких шкідливих компонентів    продуктів згоряння, як окисли сірки, сполуки фтору та інші.

 

5.1.3. Очищення димових газів у батарейних циклонах

 

          Батарейні циклони відносяться до сухихмеханічних золоуловлюючих апаратів, очищення газів у яких досягається внаслідок дії на твердічастки сил інерції, що виникають при обертанні газового потоку в циклонних елементах. Ступінь

очищення газів у циклонах залежить від абсолютних розмірів цих апаратів. Однак в останніх  апаратах ступінь очищення не перевищує 75%. Принцип роботи: батарейні циклони   встановлюють перед димососами, коли окрім скорочення твердих шкідливих викидів   забезпечується захист димососів від абразивного впливу леткої золи, або перед електрофільтрами, якщо потрібно підвищити ефективність та надійність очищення газів. З котлоагрегата димові гази  потрапляють по газоходах до камери неочищеного газу і розподіляються по вхідних патрубках

циклонних елементів. Вхідні патрубки виконані таким чином, що гази, проходячи крізь них,  направляються у циліндричну частину елементів тангенціально, набуваючи обертального руху.