Вплив теплових електростанції на навколишнє середовище. Шляхи зниження негативного впливу на навколишнє середовище
Міністерство
освіти і науки України
Сумський
державний університет
Кафедра
прикладної екології
Вплив
теплових електростанції на навколишнє середовище. Шляхи зниження негативного
впливу на навколишнє середовище
Курсова
робота з дисципліни “Техноекологія”
проф.
Пляцук Л.Д. виконана студентом гр.ЕК-91
Кумейко
Костянтином Костянтиновичем
Оцінка:
_____________ Науковий керівник
Перевірив
____________ доцент кафедри ПЕК
Будьоний
Олександр Петрович
Суми
2011
План
Вступ
. Види теплових
електростанцій
.1 Паротурбінні
електростанція
.1.1 Теплоелектроцентралі
.1.2 Конденсаційні
електростанції
.2 Газотурбінні
електростанція
.3 Дизельна електростанція
. Принцип роботи ТЕС
. Необхідні ресурси
.1 Вугілля
.2 Зв’язна гірська порода
.3 Деревина, дрова
.4 Природний газ
.5 Мазут
.6 Сланці
.7 Вода
. Характеристика впливу
на екологію
. Заходи боротьби зі
шкідливим впливом на екологію
.1 Скорочення шкідливих викидів
в атмосферу
.1.1 Очищення димових газів від
золи в електрофільтрах
.1.2 Очищення газів у мокрих золоуловлювачах
.1.3 Очищення димових газів у
батарейних циклонах
.1.4 Використання золи
.1.5 Зниження викидів в
атмосферу двоокису сірки
.1.6 Зниження викидів окисів
азоту
.2 Скорочення забруднення
водоймищ
.2.1 Засоби очищення
нафтовмісних стічних вод
.2.2 Способи очищення стічних
вод
.2.3 Заходи запобігання
тепловому забрудненню
Висновок
Список літератури
ВСТУП
Споживання енергії є обов'язковою
умовою існування людства. Наявність доступною для споживання енергії завжди
було необхідно для задоволення потреб людини, збільшення тривалості та
поліпшення умов його життя.
Перший стрибок у зростанні
енергоспоживання стався, коли людина навчилася добувати вогонь і
використовувати його для приготування їжі та обігріву своїх осель. Джерелами
енергії в цей період служили дрова та м'язова сила людини. Наступний важливий
етап пов'язаний з винаходом колеса, створенням різноманітних знарядь праці,
розвитком ковальського виробництва. До XV ст. середньовічний людина,
використовуючи робоча худоба, енергію води й вітру, дрова і невелика кількість
вугілля, вже споживав приблизно в 10 разів більше, ніж первісна людина.
Особливо помітне збільшення світового споживання енергії відбулося за останні
200 років, що минули з початку індустріальної епохи, - вона зросла в 30 разів і
досягло в 2001 р. 14,3 Гт у.т / рік. Людина індустріального товариства споживає
в 100 разів більше енергії, ніж первісний людина, і живе в чотири рази довше.
У сучасному світі енергетика є
основою розвитку базових галузей промисловості, визначають прогрес суспільного
виробництва. У всіх промислово розвинених країнах темпи розвитку енергетики
випереджали темпи розвитку інших галузей. У той же час енергетика - одне з
джерел несприятливого впливу на навколишнє середовище і людину. Вона впливає на
атмосферу, гідросферу, біосферу і на літосферу.
Тип електричної станції
визначається, насамперед, видом енергоносія. Найбільшого поширення набули
теплові електричні станції (ТЕС), на яких використовується теплова енергія, що
виділяється при спалюванні органічного палива (вугілля, нафта, газ та ін.) На
теплових електростанціях виробляється близько 76% електроенергії, виробленої на
нашій планеті. Це обумовлено наявністю органічного палива майже в усіх районах
нашої планети, можливістю транспорту органічного палива з місця видобутку на
електростанцію, що розміщується поблизу споживачів енергії; технічним прогресом
на теплових електростанціях, що забезпечує спорудження ТЕС велику потужність,
можливість використання відпрацьованого тепла робочого тіла і відпустки
споживачам, крімелектричної, також і теплової енергії (з парою або гарячою
водою) і т.п.
Об’єктом дослідження є: теплові
електростанції.
Предметом дослідження - теплові
електростанції та їхній вплив на навколишнє середовище.
1. Види
теплових електростанцій
Енергетика - це галузь господарства,
котра охоплює енергетичні ресурси, добування, перетворення, передачу і
використання різноманітних видів енергії.
Електрична станція - це сукупність
установок, обладнання та апаратури, які використовуються безпосередньо для виробництва
електричної енергії, а також необхідні для цього споруди та будівлі,
розташовані на певній території. Тобто, підприємства, призначені для
виробництва електричної енергії, називають електростанціями.
Теплові електростанції -
перетворюють хімічну енергію палива (вугілля, нафти, газу тощо) послідовно в
теплову, механічну і електричну енергію. За енергетичним устаткуванням ТЕС
поділяють на паротурбінні, газотурбінні та дизельні електростанції.
1.1 Паротурбінні
електростанція
Паротурбінні електростанції -
основне енергетичне устаткування: котлоагрегати чи парогенератори, парові
турбіни, турбогенератори, а також пароперегрівачі, постачальні, конденсаторні
та циркуляційні насоси, конденсатори, повітро-підігрівачі, генератори,
електричне розподільне обладнання. Паротурбінні електростанції поділяють на
конденсаційні електростанції (КЕС) та теплоелектроцентралі (ТЕЦ).
1.1.1
Теплоелектроцентралі
Відпускають споживачам
електроенергію та теплову енергію з парою або гарячою водою. На відміну від
КЕС, на ТЕЦ перегріта пара не повністю використовується у турбінах, а частково
відбирається для потреб теплофікації. Комбіноване використання тепла значно
підвищує економічність теплових електростанцій та суттєво знижує вартість 1
кВт·год виробленої ними електроенергії.
1.1.2
Конденсаційні електростанції
Розрізняють за типом енергії, що
відпускається(енергетичним призначенням). На КЕС тепло, яке отримали при
спалюванні палива, передається у парогенератори водяної пари, котра потрапляє у
конденсаційну турбіну.
Внутрішня енергія пари
перетворюється в турбіні у механічну енергію, а потім електричним генератором в
електричний струм. Відпрацьована пара відводиться у конденсатор, звідки
конденсат пари перекачується насосами знов у парогенератор.
У 50-70-х роках в електроенергетиці
з’явилось електроенергетичне устаткування з газовою турбіною.
1.2 Газотурбінні
електростанція
Газотурбінні електростанції -
використовуються як резервні джерела енергії (25-110 МВт) для покривання
навантаження в години “пік” або у разі виникнення в енергосистемах аварійних
ситуацій. Також застосовують комбінування парогазового обладнання (ПГО), в
якому продукти спалювання та нагріте повітря потрапляють у газову турбіну, а
тепло відпрацьованих газів використовується для підігріву води або виробництва пари
для парової турбіни низького тиску. ККД ГТЕС звичайно становить 26-28%,
потужність - до декількох сотень МВт.
1.3 Дизельна
електростанція
Дизельна електростанція -
енергетична установка, устаткована одним або декількома електричними
генераторами з приводом від дизелів. Великі ДЕС мають потужність до 5000 кВт і
більше.
На стаціонарних дизельних
електростанціях встановлюють 4-тактні дизель-агрегати потужністю від 110 до 750
кВт. Стаціонарні дизельні електростанції та енергопотяги устатковуються
декількома дизель-агрегатами та мають потужність до 10 МВт. Пересувні дизельні
електростанції мають потужність від 0,2 до 5000 кВт, а потужністю 25-150 кВт
розташовуються звичайно в кузові автомобіля або на окремих шасі, або на
залізничній платформі та вагоні. Дизельні електростанції використовують у
сільському господарстві, в лісовій промисловості, у пошукових партіях тощо як
основне, резервне або аварійне джерело електропостачання силових та
освітлювальних мереж. На транспорті дизельні електростанції застосовуються як
основне енергетичне обладнання (дизель-електровози, дизель-електроходи).
Теплові електростанції є основою
електроенергетики (табл. 2.1.1). Паливо, що використовується на ТЕС - вугілля,
природний газ, мазут, сланці, дрова. Підвищення одиничної потужності ТЕС
обумовлює ріст абсолютної витрати палива окремими електростанціями.
Таблиця 2.1.1.
. Принцип роботи ТЕС
Технологічна схема ТЕС (мал. 2.1.1)
відображає склад та взаємозв’язок її технологічних систем, загальну
послідовність протікаючих в них процесів. До складу ТЕС входять:
паливнегосподарство та система підготовки палива до спалювання; котельне
обладнання - сукупність котла та допоміжного обладнання; установки
водопідготовки та конденсато-очистки; система технічного водопостачання;
система золошлаковидалення; електротехнічне господарство; система управління
енергообладнанням.
Малюнок 2.1.1
Паливне господарство містить
приймально-розвантажувальні прилади; транспортні механізми; паливні склади
твердого та рідкого палива; прилади для попередньої підготовки палива
(дробильні для вугілля). У склад мазутного господарства входять також насоси
для перекачування мазуту та підігрівачі. Підготовка твердого палива до спалення
складається з розмелу та сушіння його у пилоприготувальній установці, а
підготовка мазуту полягає в його підігріві, очистці від механічних домішок,
іноді в обробці спеціальними присадками. Підготовка газового палива зводиться в
основному до регулювання тиску газу перед надходженням його до парогенератора.
Необхідне для горіння палива повітря подається до котла дуттьовими
вентиляторами. Продукти спалювання палива - димові гази - відсмоктуються
димососами та відводяться через димові труби в атмосферу. Сукупність каналів
(повітроводів і газоходів) та різних елементів обладнання, по яких проходять
повітря та димові гази, утворюють газоповітряний тракт теплової електростанції.
Димососи, які входять до його складу, димова труба та дуттьові вентилятори
складають тягодуттьову установку.
В зоні горіння палива негорючі
(мінеральні) домішки, які входять до його складу, зазнають фізико-хімічних
перетворень та видаляються з котла частково у вигляді шлаку, а значна їх
частина відноситься димовими газами у вигляді дрібних частинок золи. Для
захисту тмосферного повітря від викидів золи перед димососами (для запобігання
їх золового зносу) встановлюють золоуловлювачі. Шлак та уловлена зола
видаляються звичайно гідравлічним способом за межі території електростанції на
золовідвали. При спалюванні мазуту та газу золоуловлювачі не встановлюються.
При спалюванні палива хімічно
зв’язана енергія перетворюється в теплову, утворені продукти спалювання, котрі
у поверхнях нагріву котла віддають теплоту воді та парі, яка з неї утворюється.
Сукупність обладнання, окремих його елементів, трубопроводів, по яких рухається
вода та пара, утворює водопаровий тракт станції.
У котлі вода нагрівається до
температури насичення, випаровується, а утворена з киплячої (котлової) води
насичена пара перегрівається, і з котла перегріта пара (t~540°C) направляється
по трубопроводах у турбіну, де її теплова енергія перетворюється в механічну (тиск
3,5-6,5 кПа), що передається валу турбіни. Відпрацьована в турбіні пара
потрапляє до конденсатора, віддає теплоту охолоджувальній воді і конденсується.
На сучасних теплових електростанціях
з агрегатами одиничної потужності 200 МВт та вище застосовують проміжний
перегрів пари. В цьому випадку турбіна має дві частини: ступінь високого та
ступінь низького тиску. Відпрацювавши у ступені високого тиску турбіни, пара
направляється в проміжний перегрівник, де до нього додатково підводиться
теплота. Далі пара знов повертається у турбіну, у частину низького тиску, а з
неї потрапляє до конденсатора.
Проміжний підігрів пари підвищує ККД
турбінної установки та підвищує надійність її роботи. З конденсатора конденсат
відкачується конденсатним насосом та, пройшовши підігрівачі низького тиску
(ПНТ), потрапляє у деаератор. Тут він нагрівається парою до температури
насичення, при цьому з нього виділяються в атмосферу кисень та вуглекислота для
захисту обладнання від корозії. З деаератора деаерована вода, що називається живильною
водою, живильним насосом прокачується через підігрівачі високого тиску (ПВТ) і
подається до котла.
Конденсат у ПНТ та деаераторі, а
також живильна вода у ПВТ підігріваються парою, що відбирається у турбіни.
Такий спосіб підігріву означає повернення (регенерацію) теплоти у цикл і
називається регенеративним підігрівом. Завдяки йому зменшується надходження
пари до конденсатора, а звідси і кількість теплоти, що передається
охолоджувальній воді, що приводить до підвищення ККД паротурбінної установки. Сукупність
елементів, що забезпечують конденсатори охолоджувальною водою, називають
системою технічного водопостачання. До неї відносяться: джерело водопостачання
(річка, водосховище, баштовий охолоджувач - градирня), циркуляційний насос,
підвідні та відвідні водопроводи. У конденсаторі охолоджувальній воді
передається близько 55% теплоти пари, що потрапляє і до турбіни; ця частина
теплоти не використовується для виробництва електроенергії і марно втрачається.
Ці втрати значно зменшуються, якщо відбирати з турбіни частково відпрацьовану
пару в її теплоту та використовувати для технологічних потреб промислових
підприємств або для підігріву води на опалення. Таким чином, станція стає
теплоелектроцентраллю (ТЕЦ), що забезпечує комбіноване виробництво електричної та
теплової енергії. На ТЕЦ встановлюються спеціальні турбіни з відбиранням пари -
так звані теплофікаційні.
Конденсат пари, відданої тепловому
споживачу, подається на ТЕЦ насосом зворотного конденсату.
На ТЕС існують внутрішні витрати
конденсату та пари, обумовлені неповною герметичністю водопарового тракту, а
також безповоротної витрати пари конденсату на технічні потреби станції. Вони
складають невелику частку загальної витрати пари на турбіни (близько 1-1,5%).На
ТЕЦ можуть бути також зовнішні витрати пари та конденсату, зв’язані з відпуском
теплоти промисловим споживачам. В середньому вони дорівнюють 35-50 %. Внутрішні
і зовнішні витрати пари та конденсату відновлюються попередньо відпрацьованою
водою водопідготувальної установки. Таким чином, живильна вода котлів являє
собою суміш турбінного конденсату та додаткової води. Електротехнічне
господарство станції включає електричний генератор, трансформатор зв’язку,
головний розподільний пристрій, систему електропостачання власних механізмів
електростанції через трансформатор власних потреб.
Система управління енергообладнання
на ТЕС виконує збір та обробку інформації про хід технологічного процесу і стан
обладнання, автоматичне та дистанційне управління механізмами і регулювання
основних процесів, автоматичний захист обладнання.
Термодинамічні основи роботи ТЕС: на
паротурбінних електростанціях ротори електричних генераторів приводяться до
обертання паровими турбінами, у яких теплова енергія пари перетворюється в
кінетичну, що передається роторові турбіни. Таким чином, водяна пара є робочим
тілом паротурбінної електростанції. Пара необхідних параметрів утворюється у
котлі за рахунок теплоти, що виділяється при спалюванні органічного палива.
Суттєвим є те, що теплові електростанції негативно впливають на навколишнє
середовище. ТЕС, що використовують тверде паливо, викидають у атмосферу частину
золи, яка не уловлюється, та недогорілі частки палива, сірчистий та сірчаний
ангідриди, окис азоту та окис вуглецю; при використанні органічного палива -
природного газу - в атмосферу потрапляють токсичні окисли азоту та окис
вуглецю, бензопірен.
3.
Необхідні ресурси
Енергетичні ресурси - це будь-які
джерела механічної, хімічної та фізичної енергії. Класифікація енергетичних
ресурсів наведена у табл. 2.1.2.
Таблиця 2.1.2.
В Україні як до 1991 р., так і зараз
відчувається дефіцит власних паливно-енергетичних ресурсів - це призвело до
високого рівня енерговитрат, низької ефективності суспільного виробництва та
поглиблення енергетичної кризи (табл. 2.1.3, 2.1.4).
Таблиці 2.1.3, 2.1.4
У 1995 р. власними енергоресурсами
Україна була забезпечена на 44,4%, в тому числі вугіллям на 81,3, газом на 21,2
та нафтою на 22,5%. Але за останні роки виробництво та видобуток основних видів
енергоресурсів, насамперед вугілля, має стійку тенденцію до зменшення.
Вторинні енергетичні ресурси - це
енергія різних видів, що залишає технологічний процес або установку,
використання не є обов’язковим для здійснення основного технологічного процесу.
Джерело вторинних енергетичних
ресурсів - низько потенціальна теплота нагрітої води конденсаційних приладів, з
якої може витрачатися до 50% теплоти палива, що використовується на
електростанціях. Фізико-хімічні характеристики органічних видів палива наведені
у табл. 2.1.5.
Таблиця 2.1.5
3.1 Вугілля
Основна частка електроенергії, що
виробляється в Україні, належить ТЕС (60% - 1994 р., 58,4% - 1995 р., 52% -
1997 р.). Але частка вугілля в структурі енергоресурсів, що використовуються
для виробництва електроенергії та тепла, складає 32-34% (34% - 1995 р.).
Виробництво електроенергії на ТЕС України, які використовують вугілля, - процес
екологічно не чистий. Крім цього, для підтримки стійкого горіння
низькореакційного високозольного палива (типу антрацитів та пісного вугілля з
зольністю 25-40% при проектних не більше 20%) доводиться додатково
використовувати імпортовані мазут та газ (табл. 2.1.6).
Таблиця 2.1.6
Вугілля буре - вища теплота згоряння
вологої беззольної маси менше 24000 кДж/кг (5700 ккал): Б1 - волога 40%, Б2 -
від 30% до 40%, Б3 - менше 30%. Буре вугілля поділяють на класи.
Кам’яне вугілля - теплота згоряння
вологої беззольної маси 24000 кДж/кг (5700 ккал/кг), вихід летких речовин
більше 9% (табл. 2.1.8). Антрацитове (А) вугілля - теплота згоряння вологої
беззольної маси 24000 кДж/кг, вихід летких речовин - 9%. Напівантрацитове (ПА)
- перехідні від кам’яних до антрацитових. Вихід летких речовин Vг від 220 до
330 см3/г, антрацити - менше 220 см3/г.
Таблиця 2.1.9
3.2 Зв’язна
гірська порода
Вивантаження твердого палива, що
використовується ТЕС (табл. 2.1.10), з усього технологічного процесу - найбільш
трудомістка задача енерговиробництва. В результаті порушення стандарту на тверде
паливо, що відбувається з вини вугледобувних або вуглевиробничих, переробних
підприємств та через недосконалість техніки транспортування на ТЕС замість
вугілля з нормованими якісними характеристиками потрапляє гірська порода, що
ускладнює роботу.
Таблиця 2.1.10
3.3
Деревина, дрова
Деревина, дрова - пиляні або
звичайно розколоті дерева, призначені для використання як палива. Деревина всіх
порід дерев, що використовуються як паливо, має 50 % вуглецю. Тому теплота згоряння
деревини різних порід в абсолютно сухому стані у розрахунку на 1 кг однакова:
близько 18800 кДж (4500 ккал) з відхиленням не більш як 3-5%. Теплота згоряння
деревини у розрахунку на 1 дм3 різна і складає в середньому, кДж (ккал): для
дуба 12500 (3000), берези 10900 (2600), чорної вільхи 8400 (2000), сосни 7500
(1800), ялини та осики 7100 (1700). За теплотою згоряння 100 кг сухої деревини
відповідає 31 кг нафтових залишків, 43 кг кам’яного вугілля, 50 кг сухого та
120 кг напівсухого торфу. У паливному господарстві питома вага деревини
знижується незначно.
3.4
Природний газ
Як паливо застосовують природні
горючі гази. До їх складу входить до 99% газоподібних вуглеводів (метан та його
гомологи). Теплота згоряння 32,7 МДж/м3 (7800 ккал/м3). Також як паливо
застосовують отримані штучно у вигляді основної (генераторний газ) або побічної
(коксовий, доменний та інші гази) продукції. Коксовий газ - продукт, отриманий
при коксуванні твердого палива, що утворюється при газифікації палив, гази
нафтопереробки (теплота згоряння 52,3 МДж/м3 = 12500 ккал/м3), котрі
отримуються при термічній та термокаталітичній переробці нафти та
нафтопродуктів, а також доменний газ, що утворюється в процесі виплавки чавуну.
Штучні гази містять ненасичені
вуглеводні, окис вуглецю, а іноді значну кількість водню. У паливному балансі
електростанцій питома вага природного газу складає » 20%, ККД котельних
установок на електростанції при переводі з твердого на газове паливо
підвищується на 1-4%, зменшується на 21-26% кількість персоналу.
3.5 Мазут
Отримується при переробці нафти,
поділяється на марки: флотський Ф5 та флотський Ф12; топковий зі знаком якості
М40В та топковий М40; топковий зі знаком якості М100В та топковий М100; мазут -
паливо для мартенівських печей МП.
На електростанціях використовують
мазут марки М100. Отриманий при переробці нафти мазут відноситься до категорії
дефіцитного палива, через це його заміняють на вугільне паливо, особливо на
ТЕС.
Мазут - залишок відгону з нафти,
бензину, гасу та фракцій дизельного палива. Мазут використовується як рідке
котельне паливо.
Властивості: щільність при 20°С
890-1000 кг/м3; теплота згоряння 38-42 МДж/кг (9100-10000 ккал/кг); в’язкість
умовна 5-15° при 50°С: поверхневий натяг 0,03-0,04 Дж/м2); теплота
випаровування 170-210 кДж/кг (40-50 ккал/кг); вміст сірки 0,8-3,5%, смол до
60%, золи 0,1-0,5%.
Найменшу зольність повинен мати
мазут, який використовують як паливо для газових турбін (при цьому в золі
повинно бути не більше 0,001% ванадію та 0,0005% натрію, особливо небезпечних у
корозійному відношенні елементів).
3.6 Сланці
Сланці - гірські породи. За ступенем
регіонального метаморфізму серед сланців виділяють дві великі групи: слабко
метаморфічні гірські породи - глинясті сланці та глибоко метаморфічні
кристалічні сланці. Кристалічні сланці використовують як будівельний матеріал
та вогнетривку сировину, а глинясті, збагачені органічними речовинами,
використовуються як горючі сланці. На сланцевому паливі працюють багато
електростанцій. Сланці - дешева сировина для отримання різних хімічних
продуктів. З сланців виробляється » 1 млрд. м3 газу на рік. Горючі сланці на
2/3 складаються з негорючих мінеральних речовин, котрі внаслідок спалювання у
топках електростанцій набувають в’яжучих властивостей та є дешевою сировиною
для виробництва будівельних матеріалів.
3.7 Вода
Споживачі технічної води на ТЕС:
конденсатори парових турбін, маслоохолоджувачі, газоохолоджувачі генераторів,
системи охолодження підшипників коливних механізмів, системи
гідрозолошлаковидалення, теплообмінники вентиляційних систем, басейнів витримки
та перевантаження насосів, системи водопідготовки та спецводоочистки,
підживлення теплової мережі, санітарно-побутові прилади та ін. (табл. 2.1.11).
Таблиця 2.1.11
.
тепловий електростанція
екологія очищення
Основним споживачем технічної води є
конденсатори парових турбін; їх частка у витраті складає 92-94% на КЕС. Але
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).
4.
Характеристика впливу на екологію
Взаємодія енергетичного підприємства
з навколишнім середовищем відбувається на всіх стадіях добування та використання
палива (табл. 2.1.12), перетворення та передачі енергії.
Таблиця 2.1.12.
ТЕС активно споживають повітря.
Продукти згоряння, які утворюються, передають основну частину теплоти робочому
тілу енергетичної установки, частина теплоти розсіюється в навколишнє
середовище, а частина виноситься з продуктами згоряння крізь димову трубу в
атмосферу. Продукти згоряння, що викидаються в атмосферу, містять оксиди азоту
NOx, вуглецю COx, сірки SOx, вуглеводні, пару води та інші речовини у твердому,
рідкому та газоподібному стані (табл. 2.1.13).
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.
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 ґрунтуються 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.
5.1 Скорочення
шкідливих викидів в атмосферу
.1.1 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.
Під впливом відцентрової сили частки
золи виділяються з газового потоку, наближаючись до стінок циліндричної або
конічної частини елементів та разом з невеликою кількістю газів потрапляють у
золовий бункер. Основний потік очищених газів, різко повертаючи в кожному
елементі, входить у випускну трубу елемента і, продовжуючи в ній обертальний
рух, потрапляє до камери очищеного газу, а з неї - по газоходу до димососа.
5.1.4
Використання золи
Використання золи визначається її
складом та властивостями. Золи, які містять значну кількість окису кальцію,
практично без додаткової переробки можуть бути використанні для луження кислих
грунтів та в якості добрива, бо містять сполуки калію та мікроелементи. Окрім
сільського господарства, сланцева зола знаходить застосування у промисловості
будівельних матеріалів (керамзит, панелі, дрібні блоки, теплоізоляційні плити,
фундаментні блоки та ін.). Також зола використовується при виробництві
залізобетонних конструкцій тощо.
5.1.5
Зниження викидів в атмосферу двоокису сірки
Є багато способів очищення від
окисів сірки - сухий вапняковий спосіб очищення (додання до твердого палива,
яке спалюється, перед йогороздробленням вапняку або доломіту; у топці вапняк
дисоціюється на вуглекислоту та окис кальцію, а останній, рухаючись разом з
продуктами згоряння по газоходах котлоагрегата, взаємодіє з сірчистим та
сірчаним ангідридами, утворюючи сульфат кальцію, який разом з золою та
непрореагованим окисом кальцію уловлюється в звичайних золоуловлювачах,
наприклад, електрофільтрах; ступінь очищення - 30% при меншому надлишку окису
кальцію); застосування мокрих способів очищення димових газів від окислів сірки
(ступінь очищення - 97,0%); очистка димових газів від двоокису сірки вапняком
(спосіб грунтується на нейтралізації сірчаної кислоти, яку отримують внаслідок
розчинення двоокису сірки, що міститься у димових газах, дешевими лужними
агрегатами - гідратом окислу або карбонатом кальцію); магнезитовий спосіб
очищення димових газів від двоокису сірки (грунтується на нейтралізації
двоокису сірки суспензією окису магнію в скрубері; ступінь очищення від SO2 -
90-92%); аміачно-циклічний спосіб очищення димових газів (основою є зворотня
реакція, яка протікає між розчиненим сульфітом та бісульфітом амонію та
двоокису сірки, що поглинається з газів); спосіб очищення димових газів від
двоокису сірки сульфіт-бісульфітним розчином солей натрію (аналогічний аміачно-
циклічному, тільки замість солей амонію в процесі беруть участь сірчанокислі солі
натрію).
5.1.6
Зниження викидів окисів азоту
При спалюванні енергетичних палив на
ТЕС застосовують рециркуляцію газів, двоступінчате спалювання, зменшення
надлишку повітря, розосередження зони горіння в об’ємі топки та підвищення
швидкості охолодження факела, зниження підігріву повітря, зменшення
навантаження котлоагрегатів, вприскування води або пари та ін. Втілення
перелічених способів значною мірою залежить від конструктивного оформлення
котельних агрегатів та виду палива.
5.2
Скорочення забруднення водоймищ
Вода після охолодження конденсаторів
турбін та повітроохолоджувачів несе теплове забруднення, оскільки її
температура на 8-10°С перевищує температуру води у водоймищі. Однак
охолоджувальні води можуть вносити у природні водойми багато речовин, бо до
системи охолодження входять також і маслоохолоджувачі, порушення роботи котрих
може призводити до проникнення нафтопродуктів (масел) до охолоджувальної води.
Найбільш надійним напрямком вирішення цієї задачі є відділення охолодження
таких апаратів, як маслоохолоджувачі та подібні до них, в особливу автономну
систему, відокремлену від системи охолодження “чистих” апаратів.
На ТЕС, які використовують тверде
паливо, видалення значної кількості золи та шлаку виконується звичайно
гідравлічним способом, що потребує багато води. Тому основним напрямком в цій
галузі є створення оборотної системи гідрозоловидалення.
Стоки після промивки або консервації
теплосилового обладнання різноманітні за своїм складом, крім мінеральних кислот
- соляної, сірчаної, плавикової, сульфамінової, застосовується багато кислот
(лимонна, ортофталева, адипінова, щавелева, мурашина, оцтова та ін.), також
використовують трилон та різні суміші кислот, які є відходами виробництв, а як
інгібітори корозії вводиться каптакс, поверхнево-активні речовини, сульфовані
нафтенові кислоти та ін.
Більшість органічних сполук, які
використовують у промивальних роботах, підлягає біологічній переробці і може
бути спрямована разом з господарчо-побутовими водами на відповідні прилади.
Перед цим необхідно виділити з відпрацьованих промивальних та консервуючих
розчинів токсичні речовини, які погано впливають на активну мікрофлору. До
таких речовин відносяться іони металів - міді, цинку, нікелю, заліза, а також
гідразин та каптакс. Трилон відноситься до біологічно “твердої” сполуки, до
того ж він знижує активність біологічних факторів, але у формі кальцієвих
комплексів припустимий у досить високих концентраціях у стоках, які спрямовують
на біологічну переробку. Всі ці умови визначають відповідну технологію переробки
стоків від хімічного очищення обладнання. Вони повинні бути зібрані у ємкість,
в котрій здійснюється нейтралізація кислотної суміші, причому відбувається
осадження гідратів окислів заліза, міді, цинку, нікелю тощо. Якщо для очищення
застосовували трилон, тоді при нейтралізації може бути осаджене тільки залізо,
бо комплекси міді, цинку, нікелю не руйнуються при високих значеннях РН. Тому
для руйнування цих стійких комплексів застосовують осадження металів у вигляді
сульфідів, вводячи у рідину сірчаний натрій. Осадження сульфідів або гідратів
окислів відбувається повільно, тому після додавання реагентів витримують рідину
протягом декількох діб. За цей час здійснюється повне окислення гідразину
киснем повітря. Далі прозору рідину, яка містить тільки органічні речовини та
надлишок реагентів-осаджувачів, поступово відкачують у магістраль
господарчо-побутових стоків.
На ТЕС, на яких є
гідрозоловидалення, стоки після хімічних очищень обладнання, часто без
осадження металів, можуть бути скинуті у пульпопровід.
5.2.1
Засоби очищення нафтовмісних стічних вод
Флотаційне очищення (ефективність
видалення нафтопродуктів - 30%); фільтрувальна установка (двокамерні фільтри,
завантажені дрібним антрацитом, ефект очищення 40-50%); фільтри з активованим
вугіллям (ефект очищення 50%) та багато інших систем. Кінцевий вміст
нафтопродуктів у стічній воді знаходиться у межах 0,5-2,0 мг/л.
5.2.2
Способи очищення стічних вод
Очищення складається з трьох етапів:
скиду всіх відпрацьованих розчинів та відмивних вод в усереджувач, виділення з
рідини токсичних речовин другої групи з наступним збезводнюванням осаду, який
утворюється, очищення від речовин третьої групи. Застосовують осадження
(враховується РН) з підлуженням або без нього. Біологічне очищення (в основі
лежать процеси що протікають у природі - самоочищення води); очищення аерацією;
грунтовий спосіб очищення (спроможність бактерій, які знаходяться у грунті,
переробляти різні домішки у нешкідливі речовини) та інші.
5.2.3
Заходи запобігання тепловому забрудненню
Розробка основ класифікації водних
організмів у відповідності до їх відносної ролі у підтримці рівноваги кожної
екологічної системи, обмеження температур змішаної води та води, яка скидається
(застосування водозбірних приладів ежекторного або струменевого - дифузорного -
типу для зменшення розмірів зони підвищенихтемператур, завдяки турбулентному
перемішуванню), градирні (для охолодження теплої води) таінші.
При комплексному плануванні та
фінансуванні всіх засобів запобігання забрудненню навколишнього середовища та розвитку
науки і техніки в цій галузі є реальні можливості забезпечити необхідні етапи
росту енергетичного виробництва, з дотриманням санітарних норм чистоти
атмосферного повітря та вод природних водойм.
ВИСНОВОК
У даній роботі розглянуті види
теплових електричних станцій. Відмічені особливості, принципи роботи ТЕС, а
також основні параметри які їх характеризують. Представлені їх принципові схеми
і малюнки.
Електроенергетика має ряд
особливостей, що обумовлюють необхідність збереження в найближчій перспективі
необхідність збереження переважно державного управління його функціонуванням і
розвитком. До них відносяться:
Особлива важливість для населення і
всієї економіки забезпечення надійного енергопостачання;
Висока капіталомісткість і сильна
інерційність розвитку електроенергетики;
Монопольне становище окремих
підприємств і систем за технологічними умовами, а також внаслідок що склалася в
нашій країні високої концентрації потужностей електроенергетики;
Відсутність потрібних для ринкової
економіки резервів у виробництві та транспорті енергоресурсів:
Високий рівень небезпеки об'єктів
електроенергетики для населення і природи.
Тільки врахувавши вищеперелічені
особливості електроенергетики можна підходити до вирішення політичних,
економічних і соціальних проблем і постановці цілей у майбутньому плануванні.
Використана література
1. Л.
П. Клименко. - Миколаїв: Вид-во МФ НаУКМА, 2000. - 59-80 с.
. Аметистов
Е.В. «Основы современной энергетики» 2004 г.
. Стерман
Л.С. Тепловые и атомные электрические станции: Учебник для вузов / Л.С.
Стерман, В.М. Лавыгин, С.Г. Тишин. - М.: Энергоатомиздат, 1995. - 416 с.
. Рыжкин
В.Я. Тепловые электрические станции: Учебник для вузов / Под ред. В.Я.
Гиршфельда. - М: Энергоатомиздат, 1987. - 328 с.
. Елизаров
Д.П. Теплоэнергетические установки электростанций: Учебник для вузов / Д.П.
Елизаров. - М.: Энергоиздат, 1982. - 264 с.
. Б.Н.
Неклепаев «Электрическая часть электростанций и подстанций» Москва 1982г.
7. <http://exkavator.ru>