Теплоэнергетика и окружающая среда

 

 и). Изменение ландшафта  при сооружении разнородных теплоэнергетических  объектов, потребление ресурсов  литосферы, в том числе: вырубка  лесов, изъятие из сельскохозяйственного  оборота пахотных земель, лугов,  взаимодействие берегов с водохранилищами. 

 

 к). Воздействие выбросов, выносов и изменение характера  взаимодействия водных бассейнов  с сушей на структуру и свойства  континентальных шлейфов. 

 

Примесные загрязнения могут суммарно воздействовать на естественный круговорот и материальные балансы тех или иных веществ между атмосферой, гидросферой и литосферой.

 

 Из анализа общих  схем взаимодействия теплоэнергетических  установок с окружающей средой, следует, что основным фактором  взаимодействия ТЭЦ и ТЭС с  водной средой является потребление  воды системами технического  водоснабжения, в том числе  безвозвратное потребление воды. Основная часть расхода воды  в этих системах на охлаждение  конденсаторов паровых турбин. Остальные  потребители технической воды (системы  золо- и шлакоудаления, химводоочистки, охлаждения и промывки оборудования) потребляют 7% общего расхода воды, являясь при этом , основным источником примесного загрязнения.

 

АЭС воздействуя на водный бассейн, в то же время влияют на некоторые растения и вещества (растворённые в воде и содержащиеся в данных отложениях), некоторые из них накапливают радиоактивные изотопы в концентрациях, на несколько порядков превышающих равновесные в окружающей воде. При существующих условиях воздействия ядерной теплоэнергетики на гидросферу (и методах контроля выбросов) освоенные типы ядерных теплоэнергетических установок не представляют собой угрозы нарушения локальных и глобальных равновесных процессов в гидросфере и её взаимодействие с другими оболочками Земли (за исключением аварийных ситуаций, вызывающих загрязнение окружающей среды радиоактивными веществами). Все другие виды воздействия АЭС на гидросферу и литосферу, не связанные с радиоактивностью (влияние систем водоснабжения, фильтров), качественно не отличаются от аналогичных воздействий ТЭС и ТЭЦ.

 

 Учёными доказано, что  основными видами примесных выбросов энергетических объектов, поступающими на поверхность гидросферы и литосферы , являются твёрдые частицы, выносимые в атмосферу дымовыми газами и оседающие на поверхность (пыль, зола, шлаки), а также горючие компоненты продуктов обогащения, переработки и транспортировки топлив. Весьма вредными загрязнениями поверхности гидросфер и литосфер является жидкое топливо, его компоненты и продукты его потребления и разложения.

 

 Выбросы теплоты являются  одним из основных факторов  взаимодействия теплоэнергетических  объектов с окружающей средой, в частности с атмосферой и  гидросферой. Выделение происходит  на всех стадиях преобразования  химической энергии органического  вещества или ядерного топлива  для выработки тепловой энергии.  Большая часть теплоты, получаемой охлаждающей водой в конденсаторах паровых турбин, передаётся в водоёмы, водотоки, а оттуда в атмосферу (t воды в месте сброса нагретой воды повышается, что ведёт к повышению средней.

 

Температуры поверхности  водоёма, атмосферный воздух над  теплоэнергетической установкой повышается, вследствие энергии, выделенной этой установкой в атмосферу).

 

 Современные представления  о допустимых условиях загрязнения  атмосферы, воды, земных ландшафтов  основаны на сведении о вредном  воздействии веществ на здоровье  людей, животных, на растительность, на материальные ценности. Всемирной  организацией по вопросам здравоохранения при ООН в 1963 году рекомендовано определение критерия чистоты воздуха (предельно допустимая концентрация вредных веществ ПДК) по четырём уровням:

 

 Уровень №1. -Невозможно  обнаружить прямое или косвенное  влияние на человека, животных  или растительность.

 

 Уровень №2. -Возможно  раздражение органов чувств, вредное  воздействие на растительность, уменьшение прозрачности воз  духа.

 

 Уровень №3. -Нарушение  жизненно важных функций и  возникновение хронических заболеваний  у человека и животных.

 

 Уровень №4. -Возникновение  острых заболеваний, ведущих к  гибели людей и животных.

 

Изменения в окружающей среде  под влиянием антропогенных воздействий.

 

 Естественное ограничение  процессов, определяющих механизмы  саморегулирования окружающей среды,  неизбежно ведёт к накоплению  результатов антропогенных воздействий.  В результате этого происходит  изменение тех или иных характеристик  окружающей среды. 

 

 Изменения в атмосфере:  рост содержания углекислого  газа (СО2) (пропорционален росту потребления органического топлива), концентрации водяного пара, уменьшения озонового слоя (вследствие воздействия фреонов), и как следствие всему этому - изменение состава атмосферы, сто отражается на её прозрачности, ведущее к изменению температуры по сравнению с естественным уровнем.

 

 Изменения в гидросфере и литосфере (так как они тесно взаимосвязаны, то изменения в них рассматриваются совместно), образование водохранилищ и новых русел сопровождается изъятием земель и ускоренной водной эрозией почв, смывом прилегающих слоёв, размыванием, что в свою очередь ведёт к загрязнению водоёмов водотоков, изменению теплового режима гидросферы, равновесного состава и других, уже рассматриваемых ранее, шероховатость поверхности литосферы, изменение её теплового режима и теплообмена поверхности (из-за осушения болот, расчистки лесов, разработки шахт, асфальтирования дорог), изменение состава атмосферного воздуха ведёт к изменения взаимодействия воздуха с растительным покровом литосферы и условий жизнедеятельности биосферы, одним из последних воздействий является изменение сейсмичности, а также радиационной обстановки биосферы, накопление в организме человека твёрдых частиц.

 

 В результате промышленной  деятельности человека в области  производства тепловой энергии  в окружающей среде наблюдается  целый ряд существенных изменений.  Вот лишь некоторые из них,  особо ощутимые:

 

1. Наличие частиц, являющихся  ядрами конденсации в 10 раз  больше.

 

2. Наличие в воздухе  газовых примесей увеличено 5-25 раз. 

 

3. Количество облаков  увеличивается на 5-10%.

 

4. Количество туманов  зимой на 100% больше, летом на 30%.

 

5. Число осадков в различные  периоды года на 5-10% больше.

 

6. Относительная влажность  уменьшена летом на 2%, зимой на 8%.

 

7. Солнечное излучение  уменьшено 3-20%.

 

8. Температура повышается  на 1-2 градуса Цельсия. 

 

9. Скорость ветра 5-30% больше.

 

Способы снижения загрязняющих выбросов.

 

 При сжигании выбросов  соединений серы, при сжигании  органического топлива, принципиально  существуют два подхода: сероочистка  дымовых газов и удаление серы  из топлива до его сжигания. Существуют следующие методы: известняковый,  известковый, двухцикличный щелочной, каталитического окисления, газификации топлив, пиролиз.

 

 Снижение выбросов  твёрдых частиц с продуктами  сгорания ведётся с помощью  следующих способов: использование  золоуловителей (инерционные или  мокрые), тканевых и электрофильтров. 

 

 Снижение загрязняющих  выбросов АЭС: создание специализированных  систем по обезвреживанию и  удалению радиоактивных отходов  (коагуляция, выпарка, сорбция на  ионообменных смолах).

 

 Одним из способов  снижения вредных воздействий  энергоустановки на окружающую  среду является совершенствование  её тепловых схем, развитие теплофикации (одновременная выработка тепла  и энергии), укрупнение установок  теплоэнергетики, использование  вторичных энергетических ресурсов, внедрение новых термодинамических  циклов, развитие систем аккумуляции  энергии, использование возобновляемых  источников энергии (солнечная,  электростанции, геотермальная энергия).

 

 

Влияние вредных выбросов ТЭС и ТЭЦ на атмосферу.

 

 Атмосферавоздушная среда. Является наиболее уязвимой составляющей окружающей среды. Без нее невозможна жизнедеятельность человека, существование и развитие животного и растительного мира, так как в ней содержится основная часть кислорода воздуха, имеющегося на планете. Атмосфере человеческой деятельностью причиняется огромный и невосполнимый ущерб. Вследствие тесной и неразрывной взаимосвязи всех природных составляющих окружающей среды, загрязнение атмосферы неизбежно отражается на других средах: гидросфере, литосфере, биосфере. Выбросы вредных веществ в атмосферу постоянно растут с ростом урбанизации, строительством новых заводов и фабрик.

 

 Наибольшее загрязнение  атмосферного воздуха происходит  вследствие выбросов в атмосферу  вредных веществ при работе энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, мазут, дизельное топливо, уголь).

 

 Одним из основных  и самых крупномасштабных источников  загрязнения атмосферы являются  ТЭС и ТЭЦ. Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при  сжигании различных видов топлива  нетоксичные углекислый газ (СО2) и водяной пар (Н2О). Кроме этого в воздушную среду выбрасываются такие вредные вещества, как оксиды серы, азота, углерода, в частности угарный газ (СО), соединения тяжёлых металлов, таких как свинец (Рв), сажа, углеводороды, несгоревшие частицы твёрдого топлива, канцерогенный бензопирен (С20Н12).

 

 При сжигании твёрдого  топлива в котлоагрегатах ТЭС и ТЭЦ образуется большое количество золы, диоксида серы (SO2), оксидов азота.

 

Перевод установок на жидкое топливо уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы SO2, так как в мазуте содержится менее 2% серы.

 

 Современные ТЭС и  ТЭЦ мощностью 2, 4 млн. кВт. расходуют до 20 тысяч тонн угля в сутки и выбрасывают в атмосферу: 680 тонн SO2 и SO3, 200 тонн оксидов азота, 120-240 тонн золы, пыли, сажи, (данные числовые значения приведены для процентного содержания серы в исходном топливе 1, 7% и при эффективности системы пылеулавливания 94-98 %.

 

 Исследования показали, что вблизи мощных станций  и централей, в атмосферу выбрасывается  280-360 тонн SO2 в сутки. Максимальная  концентрация диоксида серы с  подветренной стороны на расстояниях: 200-500, 500-1000, 1000-2000 метров соответственно  составляет: 0, 34, 9; 0, 7-5, 5; 0, 22-2, 8; мГ/м3. Из этого следует, что диоксид серы очень хорошо разносится на расстояние и естественно наблюдается пропорциональное уменьшение его концентрации при удалении от очага загрязнений.

 

 При сжигании каменного  угля остаётся очень большое  количество зольных отходов, которые  вывозятся за город на золоотвалы. Золоотвалы, w Roman">в большинстве своём, очень плохо оборудованы и зола разносится на значительные расстояния. Кроме того, что зола загрязняет атмосферу, оседая на землю она скапливается, покрывая поверхность почвы плотным слоем. Это способствует образованию техногенных пустынь.

 

 Учёными подсчитано, что  ТЭС и ТЭЦ выделяют 46% всего  сернистого ангидрида и 25% угольной  пыли выбрасываемой в атмосферу  промышленными предприятиями. Причиной  загрязнений такого масштаба  является развитие экологически  несостоятельных технологических  процессов, то есть таких, которые  создают удовлетворение потребностей  человека в тепловой и электрической  энергии, но одновременно с  этим и недопустимое загрязнение  окружающей среды. Эти процессы  развиваются без принятия эффективных  мер, предупреждающих загрязнение  атмосферы. 

 

Особенно опасны сернистый  ангидрид, диоксид серы и оксиды азота, выделяемые в атмосферу ТЭС  и ТЭЦ, поскольку они переносятся  на большие расстояния и осаждаются, в частности, с осадками на поверхность  земли, загрязняя гидросферу и литосферу. Одним из особенно ярких проявлений этой картины являются кислотные  дожди. Эти дожди образуются вследствие поступлений от сгорающего топлива  и уходящих в атмосферу на большую  высоту дымовых газами в, основном двуокиси серы и окислов азота. Получающиеся при этом в атмосфере слабые растворы серной и азотной кислоты могут выпадать в виде осадков иногда через несколько дней в сотнях километров от источника выделения.

 

 Кроме того, загрязнение  атмосферы ТЭС и ТЭЦ привело,  как полагают учёные, к новому  явлению поражению некоторых  видов мягких пород деревьев, а также к быстрому и одновременному  падению скорости роста по меньшей мере шести видов хвойных деревьев.

 

 ТЭС и ТЭЦ являются  причиной возникающего в крупных  промышленных городах смога: недопустимого  загрязнения обитаемой человеком  наружной воздушной среды, вследствие  выделения в неё указанными  источниками вредных веществ при неблагоприятных погодных условиях.

 

 

Влияние вредных выбросов AES УК ТЭЦ на атмосферу.

 

 Ежедневно AES УК ТЭЦ  производит выброс загрязняющих  веществ в атмосферу в результате  сжигания топлива и вспомогательных  производств. При сгорании топлива  образуются следующие загрязняющие  вещества: зола, сернистый ангидрид, диоксид азота, оксид углерода, пятиокись ванадия и выбросы от вспомогательных производств. Ущерб, наносимый выбросами вредных веществ в атмосферу от УК ТЭЦ, в настоящее время составляет 17164232 тенге. По действующему законодательству концентрация вредных веществ в воздухе и приземном слое не должна превышать ПДК, что обеспечивается строительством высоких труб. Однако по ГОСТ 17. 2. 3. 02. 78. использование таких труб рассматривается как крайняя мера. Рассеивание оксидов азота и серы с помощью выбросов приводит к дальнему переносу этих веществ и выпадению их в виде кислотных дождей, приносящих вред природе. Поэтому важнейшей задачей является ограничение выбросов.

 

 Парогенераторы ступени  №3, 4, Бабкок-вилькокс и №5, 6, 7, 8, 9, 10 ЦКТИ 75-39 Ф 1959 52-59 были оборудованы циклонами, имеющими среднюю степень улавливания золы 80%, в начале 60 года батареи были заменены на скруббера типа ЦСВТИ, что позволило поднять эффективность золоулавливания на ПГ ступени №5-10 до 93-94%. В период 66-70 года в работу 4-го парогенератора высокого давления К/А БКЗ 320-140 были включены мокропрудковые золоулавливающие установки, имеющие проектную степень улавливания 94%. В период 72-75 годов, в результате проведенной реконструкции, золоулавливающие установки МПВТИ были заменены на золоулавливающие установки с предвключёнными трубами типа МВУООРГРЭС–коагуляторами Вентури ТКВ, что повысило улавливание золы до 96-96, 5%. Установка ТКВ позволила также снизить расход сернистого ангидрида на 3-4% в зависимости от щёлочности орошаемой воды. В дальнейшем аналогичная реконструкция была проведена на парогенераторах среднего давления ступеней №5-10. Достоинства такого способа очистки его простота и эффективность. При этом способе очистки появляется возможность реализации совмещённой схемы очистки от золы и уменьшается количество серы. Известно, что в США около 2600 МВт энергетических мощностей оборудовано устройствами золо- и сероочистки с полным или частичным обеспечением потребности за счёт золы. Сероочистные установки рекомендуются при высокосерном топливе, содержание серы более 5%. При сжигании малосернистого топлива сероочистку проводить экономически нецелесообразно.