Використання природоохоронних технологій на теплоенергостанції

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

Вступ

1. Екологічна характеристика та вплив на довкілля тес

1.1 Технологічна схема теплової електростанції

1.2 Вплив ТЕС на навколишнє природне середовище

2. Природоохоронні технології на тес

2.1 Основні напрями підвищення енерго-екологічної ефективності об'єктів теплоенергетики

2.2 Вдосконалення методів очищення димових газів від оксидів сірки на ВАТ “Західенерго” Ладижинська ТЕС

Літертура

ВСТУП

електростанція очищення сірка екологічний

Сукупність установок, які перетворюють хімічну енергію органічного палива на теплову та електричну, мають назву теплова електрична станція. Основне призначення електричних станцій - забезпечення електричною енергією підприємств промислового і сільськогосподарського виробництва, комунального господарства і транспорту. Електростанції можуть також забезпечувати підприємства і житлові будинки водяною парою і гарячою водою. Електростанції, призначені тільки для виробництва електроенергії, називають конденсаційні. На них установлюють парові турбіни з глибоким вакуумом. Це пов'язано з тим, що чим нижчий тиск пари на виході з турбіни, тим більша частина теплової енергії робочого тіла (водяної пари) може перетворитися на електричну енергію. При цьому основний потік пари конденсується в конденсаторі. Електростанції, призначені для комбінованого виробництва електричної і теплової енергії, мають назву теплоелектроцентралі. На них установлюють парові турбіни з проміжними відборами пари або з протитиском. На таких установках теплоту відпрацьованої пари частково або навіть повністю використовують для теплопостачання, унаслідок чого втрати теплоти з охолоджувальною водою в конденсаторі скорочуються або їх взагалі немає.

Робота ТЕС негативно впливає на всі компоненти біосфери: атмосферу, гідросферу та літосферу. Негативний вплив ТЕС на навколишнє природне середовище складний і включає як забруднення атмосферного повітря газовими й аерозольними викидами так і викиди теплової енергії в навколишнє середовище, забруднення ґрунтових вод тощо.

Метою курсової роботи є аналіз використання природоохоронних технології на ТЕС та розробка пропозицій щодо поліпшення ситуації і зменшення викидів у навколишнє середовище.

1. ЕКОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТА ВПЛИВ НА ДОВКІЛЛЯ ТЕС

1.1 Технологічна схема теплової електростанції

Сучасна ТЕС - це складне підприємство, яке включає в себе велику кількість різного устаткування (теплосилового, електричного, електронного тощо) і будівельних конструкцій. Основним устаткуванням ТЕС є котельна і теплосилова установка. За типом теплосилової установки (теплового двигуна) теплові електричні станції бувають: паротурбінні (основний вид електростанцій), газотурбінні і парогазові ТЕС, а також електростанції з двигунами внутрішнього згорання (ДВЗ).

Найпоширеніші в енергетиці паротурбінні електростанції поділяють за рівнем теплової потужності агрегатів: малої потужності (з агрегатами до 25 МВт), середньої потужності (з агрегатами до 50...100 МВт), великої потужності (з агрегатами більше 100 МВт); а також за початковими параметрами водяної пари: низького (до 3 МПа), середнього (3...5 МПа), високого (9...17 МПа) і понадкритичного тиску (більше 24 МПа).

Послідовність одержання і використання водяної пари і перетворення одних видів енергії на інші можна простежити на прикладі технологічної схеми ТЕС, яка працює на твердому паливі (рис. 1.1).

Паливо (вугілля), яке надходить на ТЕС, вивантажують з вагонів 14 розвантажувальними пристроями 15 і подають крізь дробильне приміщення 12 конвеєрами 16 в бункер сирого палива або до складу 13 резервного палива. Вугілля розмелюють у млинах 22. Вугільний пил через сепаратор 7 і циклон 8 з пилових бункерів 6 разом з гарячим повітрям, що подають вентилятором 20, надходить у топку 21 котла 9. Високотемпературні продукти згорання, які утворюються в топці, рухаючись по газоходах, нагрівають воду в теплообмінниках 10 (поверхні нагріву) котла до стану перегрітої пари. Пара, розширяючись на ступенях турбіни 2, обертає ротор турбіни і з'єднаний з ним ротор електричного генератора 1, у якому збуджується електричний струм. Вироблена електроенергія за допомогою підвищувальних трансформаторів 30 перетворюється на струм високої напруги і передається споживачам. У турбіні пара розширюється і охолоджується. Після турбіни пар надходить до конденсатора 28, у якому підтримують вакуум. Воду в конденсатор подають з природного або штучного джерела 24 циркуляційними насосами 25, розміщеними в насосній станції 23. Отриманий конденсат насосами 32 перекачують через установку знесолювання і підігрівники низького тиску (ПНТ) 31 в деаератор 4. Тут при температурі, близькій до температури насичення, видаляються розчинені у воді гази, що спричинюють корозію обладнання, і вода підігрівається до температури насичення. Втрати конденсату (витікання через неякісні ущільнення в трубопроводах станції або в лініях споживачів) поновлюють за рахунок хімічно очищеної в спеціальних установках 29 води, що додають у деаератор.

Дегазовану і підігріту воду (живильну воду) подають живильними насосами 27 в регенеративні підігрівники високого тиску (ПВТ) 26, а потім у котел. Цикл перетворення робочого тіла повторюється. Під робочим тілом розуміють пару і воду, яку одержують спеціальною обробкою. Охолоджені в теплообмінниках 10 продукти згорання очищують від золи в золовловлювачах 19 і димососом 17 через димову трубу 11 викидають в атмосферу. Уловлену золу і шлак по каналах 18 гідрозоловиведення направляють на золовідвал. Роботу ТЕС контролюють з пульта керування 3. Підвищення потужності і параметрів (тиску, температури) робочого тіла можливе завдяки застосуванню проміжної перегрітої пари.

Рисунок 1.1 - Теплова електрична станція: 1 - електричний генератор; 2 - парова турбіна; 3 - пульт керування; 4 і 5 - деаератори; 6 - пиловий бункер; 7 - сепаратор; 8 - циклон; 9 - котел; 10 - поверхні нагрівання (теплообмінники); 11 - димова труба; 12 - дробильне приміщення; 13 - склад резервного палива; 14 - вагон; 15 - розвантажувальний пристрій; 16 - конвеєр; 17 - димосос; 18 - канал; 19 - золоуловлювач; 20 - вентилятор; 21 - топка; 22 - млин; 23 - насосна станція; 24 - джерело води; 25 - циркуляційний насос; 26 - регенеративний підігрівник високого тиску; 27 - живильний насос; 28 - конденсатор; 29 - установка хімічної очистки води; 30 - підвищувальний трансформатор; 31 регенеративний підігрівник низького тиску; 32 - конденсатний насос

1.2 Вплив ТЕС на навколишнє природне середовище

Через негативний вплив енерговиробництва, яке постійно зростає, у багатьох регіонах уже сьогодні створилася небезпечна екологічна обстановка, основними ознаками якої можна вважати таке:

1. Басейни рік, які протікають у густонаселених районах (наприклад, р. Дніпро), вийшли з природного стану і перетворилися в транспортні, енергетичні, меліоративні та каналізаційні системи.

2. Повітряний басейн забруднено газовими й аерозольними викидами (СО₂, поліциклічні ароматні вуглеводні, СО, NО_х, SО_х, зола, сажа та ін.). Усе це призводить до таких незворотних процесів, як руйнування озонового шару (існує на висоті 30 км і захищає поверхню Землі від згубного для життя космічного випромінювання); виникнення парникового ефекту (селективне поглинання триатомними газами інфрачервоного перевипромінювання від поверхні Землі в космічний простір); утворення «льодникового» ефекту (накопичення в стратосфері дрібних твердих частинок, які відбивають сонячне випромінювання і визначають «недогрів» земної кулі).

3. Викиди теплової енергії в навколишнє середовище, що є причиною теплового забруднення, призводять до зміни клімату в локальних енергонасичених районах і великих містах.

4. Забруднення ландшафту, знищення лісів, рослинності, диких тварин, плодоносного шару та ін., що впливає на безпеку життєдіяльності людей у таких місцевостях.

5. Оптичне забруднення атмосфери у великих містах у зв'язку зі складною системою поглинання, відбивання та розсіювання сонячних променів за наявності відповідних газових забруднень атмосфери.

6. Забруднення ґрунтових вод стоками ТЕС та інших промислових об'єктів.

7. Акустичне (шум), електромагнітне й електростатичне забруднення навколишнього середовища.

Схему взаємодії ТЕС (на базі конденсаційних паротурбінних установок) з навколишнім середовищем подано на рис. 1.2.

До забруднювальних газових і аерозольних викидів об'єктів енергетики належать викиди різного характеру, які порушують рівновагу природного середовища в локальних (місцевих), регіональних і глобальних масштабах, а також умови проживання живих організмів. Найбільш імовірні газові та аерозольні забруднювальні викиди енергетичного об'єкта наведено в табл. 1.1.

Таблиця 1.1 - Основні види газових і аерозольних забруднювальних викидів енергетичних об'єктів

Паливо	Аерозолі			Гази
	Зола	Сажа	CO2	H2 O	NO2	SO2	NO	CO
Природний газ	-	-	+	+	+	-	+	+
Мазут	+	+	+	+	+	+	+	+
Вугілля	++	+	+	+	+	+	+	+

Рисунок 1.2 - Схема взаємодії ТЕС з навколишнім середовищем:

ПГ - парогенератор; Т - турбіна; К - конденсатор; ЖН, КН, ЦН - відповідно живильні, конденсатні і циркуляційні насоси; РПЖВ - регенеративний підігрів живильної води; Г - генератор електричного струму; МО - масоохолоджувач; ТП - трансформаторна підстанція; ЛЕП - лінії електропередач

У табл. 1.1 використано умовні позначення, які характеризують імовірність появи тих або тих викидів під час спалювання різних видів палива: «++» - дуже висока; «+» - висока; «-» - низька або немає.

Під час спалювання рідкого і твердого палива відбуваються викиди у вигляді твердих частинок, які, потрапляючи в атмосферу, утворюють так звані аерозолі. Аерозолі можуть бути нетоксичними (зола) і токсичними, наприклад частинки вуглецю, на поверхні яких може адсорбуватися бенз(а)пірен (С₂₀Н₁₂) - сильнодіюча канцерогенна сполука.

Газові викиди також можуть бути токсичними (NO₂, SO₂, NO, CO та ін.) і нетоксичними (СO₂ і Н₂O). Усі триатомні гази (Н₂O, NO₂, SO₂ і особливо СO₂) належать до «парникових газів», тому що вони характеризуються селективною поглинальною спроможністю в інфрачервоній області теплового випромінювання і сприяють утворенню парникового ефекту.

Як ми вже завважили, у продуктах згорання органічного палива передусім, у димових газах ТЕС, опалювально-виробничих котелень та інших промислових і транспортних об'єктів міститься велика кількість шкідливих для довкілля токсичних речовин. Під час роботи теплоенергетичних установок питомі (табл.1.2) і валові (табл.1.3) об'єми цих викидів залежать від типу палива і потужності об'єкта (останнє стосується тільки валових викидів).

Таблиця 1.2 - Питомі показники забруднення атмосфери (г/кВт·г) від згорання органічного палива за даними Міжнародного інституту прикладного системного аналізу (м. Відень)

Викиди	Вид палива
	кам'яне вугілля	буре вугілля	мазут	Природний газ
SO2	6,0	7,7	7,4	0,002
Оксиди азоту	21,0	3,4	2,4	1,9
Тверді частинки	1,4	2,7	0,7	-
Фтористі сполуки	0,05	1,11	0,004	-

Таблиця 1.3 - Валові викиди (млн кг/рік) і витрата палива ТЕС потужністю 1 000 МВт

Викиди	Вид та річна витрата палива
	природний газ (1,9*109м3)	Мазут (1,57?106 т)	Вугілля (2,3?106 т)
SO	0,012	52,7	139,0
NO	12,0	22,0	21,0
СО	Незначне	0,08	0,1
Тверді частинки	0,46	0,73	4,49
Гідрокарбонати	Незначне	0,67	0,52

Сукупний вплив газових і аерозольних викидів енергетичних об'єктів може призвести до появи різних шкідливих екологічних ефектів, зокрема кризових ситуацій у біосфері. До останніх належать: погіршення прозо-рості атмосфери (локальний і регіональний характер), утворення опадів і кислотних дощів (локальний і регіональний характер), парниковий ефект (регіональний і глобальний характер).

Погіршення прозорості атмосфери і фотохімічний смог. Прозорість атмосфери, установлену візуальними спостереженнями, у метеорології визначають параметром, що називають «дальність бачення». Дальність бачення являє собою максимальну відстань у заданому напрямку, на якому неозброєним оком у денний час ще можна побачити і розрізнити рельєфний темний предмет, який знаходиться над лінією обрію.

Наявність в атмосфері звичайних для промислових міст аерозолей, діоксидів вуглецю, сірки і азоту в сполученні з підвищеною вологістю зменшує дальність бачення, що знижує на 20-50 % кількість сонячних днів (порівняно із сільськогосподарськими районами), зменшує інтенсивність ультрафіолетового випромінювання (наприклад, у Парижі на 25- 30 %, Берліні на 17-23 % порівняно з прилеглими сільськогосподарськими районами). Усе це порушує рух і спричиняє аварії автомобільного, морського і повітряного транспорту, знижує врожайність сільськогосподарських культур і змінює мікроклімат.

Основні забруднювачі, які впливають на прозорість атмосфери: - викиди, що містять пил, дим, сажу та інші тверді частинки, які позначаються як загальна кількість аерозолю (ЗКА); - SO₂ та інші газоподібні сполуки сірки, які з високою швидкістю реагують в атмосфері, створюючи сполуки сульфату і сірчаної кислоти, що знаходяться у вигляді аерозолю; - NO і NO₂, які реагують, утворюючи нітрат і НNO₃ у вигляді частинок, які входять до складу аерозолю (за певних умов червоно-бурий колір NO₂ може стати причиною зміни кольору димових викидів і появи бурої димки в міських районах); - фотохімічне забруднення повітря, пов'язане з утворенням у результаті фотохімічних реакцій шкідливих аерозолей з частинками субмікрометрових розмірів.

Є й інші забруднення, які впливають на прозорість атмосфери.

Висота шару перемішування викидів з атмосферним повітрям, тобто відстань, протягом якої відіграють активну роль природні, що виникають біля поверхні землі, або примусові турбулентні течії, також впливає на концентрацію забруднювальних речовин, які генеруються на поверхні. Чим інтенсивніше перемішування і чим на більшій висоті, за інших рівних умов, воно відбувається, тим менша концентрація твердих частинок і вища прозорість атмосфери.

Природа впливу відносної вологості складніша, оскільки вона пов'язана з хімічним впливом на матеріал частинок, наявних в атмосфері. Багато забруднювальних матеріалів, а також частинок природних аерозолів гігроскопічні: вони поглинають воду, збільшуючись у розмірах, починаючи виявляти гігроскопічні властивості і розм'якшуватися при відносній вологості 70-80 %. У результаті з частинок може виникнути щільна димка ще до того, як відбудеться повне насичення з утворенням справжнього туману або водяних крапель.

Діоксид азоту NO₂ за наявності в атмосфері вуглеводів С_хН_у у визначених погодних умовах може стати джерелом ще однієї кризової екологічної ситуації, яку називають «смогом», що вперше був зафіксований у вигляді лос-анджелеських туманів у 1948-1959 рр.

Природа цього явища полягає в тому , що від ультрафіолетового опромінення діоксиду азоту в атмосфері перебігають хімічні реакції з утворенням оксиду азоту NO і озону O_3. Надлишковий уміст у повітрі оксиду азоту може ініціювати процес розкладання озону.

За наявності в атмосфері вуглеводнів С_хН_у відбувається їх окиснення з утворенням альдегідів , нітратів тощо. Окис азоту перетворюється на двоокис, з'являється озон, а також пероксіацетилнітрат (PAN). З'єднуючись, О₃, NO₂ і PAN утворять фотохімічні оксиданти, які є однією з причин фотохімічного смогу.

Сполуки, які утворюються при цьому , токсично діють на людину , призводячи до порушення серцево-судинної діяльності, отруєння дихальних шляхів та інших захворювань організму.

Утворення опадів і кислотних дощів. Ці процеси також пов'язані з наявністю в атмосфері аерозолів і оксидів SО₂ та NO_2. Кліматичний цикл випадання опадів має життєво важливе значення для всього людства. Великомасштабні впливи на процеси утворення опадів можуть зумовити дуже серйозні наслідки. Виявом таких впливів є кислотні дощі, які мають низькі значення рН^*. Зміна значення рН опадів може викликати багато проблем, пов'язаних з біосферою; аналізу цих проблем на кількісному рівні приділяють велику увагу й інтенсивні дослідження.

У нижніх шарах атмосфери постійно наявні водяні пари і гігроскопічні солі (наприклад, морська сіль). Частинки гігроскопічних солей виконують роль ядер конденсації (ЯК). У процесі насичення вологою ЯК набухають і змінюють свої розміри від декількох мікрометрів до декількох міліметрів.

У теплих хмарах є тільки ЯК, їх концентрація може досягати від 1 до 100 ЯК/см³.

У холодних хмарах крім ЯК можуть бути і ядра замерзання (ЯЗ), концентрація яких досить мала - до 10-³ ЯЗ/см³.

Тому механізм утворення опадів у теплих і холодних хмарах різний. У теплих хмарах визначальним є процес осідання великих ЯК і їх зіткнення з дрібними ЯК (коагуляція). При цьому зменшується концентрація ЯК і збільшується їх діаметр , а також можливий поділ великих ЯК на дрібні під аеродинамічним впливом (наприклад, за рахунок турбулентності) і повернення системи в початковий стан або випадання ЯК з хмари у вигляді дощових крапель.

Механізм утворення опадів у холодній хмарі пояснюється дією ефекту переохолодження ЯК (температура переохолодження може досягати мінус 40°С) і наявності градієнта тиску пари води поблизу поверхні час-тинок ЯК і ЯЗ. У зв'язку з вищим парціальним тиском пари води у повер-хні ЯК відбувається дифузійне перенесення вологи до поверхні ЯЗ. При цьому зростає розмір ЯЗ і можливе їх перетворення на снігові пластівці, які, випадаючи, можуть утворювати дощ (проходячи через теплі шари атмосфери), град чи снігопад.

Викиди енергетичних об'єктів у вигляді SO₂ або NO₂ не змінюють природний механізм утворення опадів, але змінюють умови утворення ЯК і ЯЗ. Це пов'язано з тим, що, потрапляючи в атмосферу, оксиди сірки й азоту утворять відповідні кислоти і солі.

Солі сірчистої (сульфіди) й азотної ( нітрати) кислот, які характеризуються високою гігроскопічністю, є додатковим джерелом генерування ЯК і ядер вимивання, що може бути причиною порушення природного циклу утворення опадів.

Атмосферні забруднення впливають на процеси, які відбуваються в теплій хмарі, таким чином. По-перше, додаткове введення дрібних гігроскопічних частинок у хмару може збільшити концентрацію ЯК, інтенсифікуючи утворення крапель у хмарі й водночас зменшуючи їх розмір. Збільшення кількості маленьких крапель переважно знижує ефективність процесу утворення опадів. По-друге, атмосферні забруднення можуть збільшити кількість великих ЯК. Завдяки цьому відбувається більш ефективний механізм утворення опадів за рахунок зіткнення. Отже, атмосферні забруднення можуть як прискорювати, так і уповільнювати утворення опадів.

Атмосферні забруднення можуть впливати на процес утворення опадів у холодних хмарах так само, як і в теплих хмарах, тобто підвищувати концентрацію ЯЗ. Незначне збільшення кількості ЯЗ, наприклад під час розсіювання хмар, інтенсифікує процес утворення опадів унаслідок зростання швидкості нагромадження частинок розміром, потрібним для випадання. Однак значне збільшення кількості ЯЗ може спричинити «переза-сів», коли утвориться надлишок частинок льоду і ймовірність утворення частинок потрібного розміру зменшується.

Важливішим є вплив атмосферних забруднень на хімічні процеси, які відбуваються під час утворення опадів. Це пов'язано із захопленням забруднювачів краплями і частинками опадів. Основний ефект полягає в зниженні рівня рН опадів унаслідок нагромадження кислих сполук.

Залучення забруднювальних речовин у процес утворення опадів у хмарі може відбуватися за рахунок дифузії забруднень до крапель. Цей процес, що називають внутрішньохмарним вимиванням, унаслідок значної тривалості контакту є найважливішим для захоплення забруднень, особливо, якщо вони рівномірно розподілені в атмосфері. Якщо опади проходять через забруднений шар атмосфери, нагромадження кислотних забруднень називають процесом підхмарного вимивання. Він може відігравати істотну роль за наявності сильно забруднених шарів поблизу поверхні Землі.

Газові викиди, які містять сірку, можуть призвести до нагромадження в опадах як газоподібного SO₂, так і сульфатів або сірчаної кислоти у ви-гляді аерозолю. У результаті кислотність опадів значно зростає.

Оксиди азоту, зокрема NO і NO₂, в атмосфері окислюються в нітрати і НNO₃, у результаті нагромадження яких в осадах також зменшується рН.

Уперше з проблемою випадання опадів з низьким рН зіткнулися в Скандинавії наприкінці 60-х років ХХ ст. Спричинило це явище, яке назвали «кислотний дощ», значне збільшення викидів забруднень, що містять сірку, в інших частинах Європи, хоча певну роль відіграли і місцеві викиди. У багатьох районах підвищена кислотність опадів значно не впливає на властивості ґрунтів і води, тому що значна буферна спроможність ґрунту дозволяє компенсувати зміни рН опадів. Однак малопотужні льодовикові ґрунти, характерні, наприклад, для Нової Англії і Скандинавії, не мають достатню буферну спроможність. Тоді опади з низьким значенням рН можуть змінити ґрунт, що , у свою чергу , може змінити рН і хімічний склад води у водоймах. Хімічні зміни в ґрунті й у воді - потенційні джерела можливих змін у біосфері.

Руйнування озонового шару. Озон О₃, який міститься в атмосфері, крім токсичного впливу (у підвищених його концентрація х) на живі організми, зокрема й на людину, виконує і помітну захисну функцію. Нагромаджуючись у верхніх шарах атмосфери, він утворює озоновий шар, який захищає поверхню Землі від космічного випромінювання.

Зменшення товщини озонового шару і подальше його зникнення призводить до утворення так званих «озонових дір» в атмосфері, у результаті чого різко збільшується інтенсивність космічного випромінювання, що потрапляє до поверхні Землі. Природу появи і зникнення озонових дір в атмосфері ще недостатньо вивчено. Один з можливих механізмів руйнації озонового шару може визначатися його високою хімічною активністю і насамперед можливістю хімічної реакції озону О₃ з монооксидом азоту NO з утворенням діоксиду азоту NO₂ і кисню O₂.

Зменшення озонового шару та збільшення космічного випромінювання може спричинити незворотні негативні наслідки у вигляді мутації і переродження живих організмів : канцерогенні захворювання людей від підвищеної дози космічного опромінення, зниження народжуваності населення і погіршення врожайності сільськогосподарських культур .

Тепловий вплив об'єктів енергетики, який виявляється в порушенні теплової рівноваги навколишнього середовища, може бути прямим і непрямим.

Прямий тепловий вплив визначається тепловими викидами в біосферу, його рівень залежить від об'ємів спалених паливно-енергетичних ресурсів.

Практично вся хімічна енергія спалюваного органічного палива перетворюється на теплову, причому частина цієї енергії викидається в концентрованому вигляді в навколишнє середовище на самому енергетичному об'єкті: з димовими газами, охолоджувальною водою, частково із золою та шлаком. Решта розсіюється на різних стадіях виробництва, передачі та споживання електричної або теплової енергії, які вироблює енергооб'єкт.

Якщо виходити з рівня споживання ПЕР 2000 р. в усьому світі в кількості 30 млрд т умовного палива на рік і вважати, що вся енергія розсіюється в тому або тому вигляді в навколишньому середовищі, то при теплоті згорання умовного палива 29 300 кДж/кг можна оцінити валовий викид теплової енергії в кількості 900 ексаджоулів на рік (префікс «екса» означає 10¹⁸). Водночас основне природне джерело теплової енергії - сонячна енергія - становить 2,4Ч10⁶ ЕДж/рік. Отже, розмір антропогенного теплового забруднення не перевищує 0,04 % від кількості сонячної енергії, що надходить до поверхні Землі.

Це означає, що прямі теплові викиди енергетичних об'єктів не можуть вплинути на тепловий баланс у глобальних масштабах. Однак вони можуть змінити локальний тепловий баланс в атмосфері і гідросфері, що є причиною зміни мікроклімату в місцях високої концентрації енерговиробництва та енергоспоживання. Відомий феномен перевищення температури повітря у великих містах порівняно із сільською місцевістю на 2...3 °С. Він пов'язаний з утворенням областей з підвищеним локальним викидом теплової енергії в атмосферу - так званих «островів теплоти». Такі «острови теплоти» нестійкі в часі через вплив вітру та інших атмосферних факторів.

Рисунок 1.3 - Утворення циркуляції атмосферного повітря в районі «острова теплоти»

Наприкінці ХХ ст. на Землі сформувалася велика кількість регіонів із питомим тепловиділенням в діапазоні 10-100 Вт/м² площею 10⁴-10⁵ км², а також окремі регіони з питомим тепловиділенням до 200 Вт/м² площею близько 100 км². Основний результат теплового впливу в цих регіонах полягає в утворенні стійкого (майже стаціонарного) просторового «купола» повітря з вищою температурою - на 1...4 °С вище рівноважної природної температури.

Будь-яке місцеве джерело теплоти достатньої інтенсивності сприяє утворенню термічної циркуляції, яка чітко виявляється, якщо немає вітру. Цей ефект спостерігають на висотах до декількох сотень метрів. У круглого «острова теплоти» діаметром 10 км при швидкості вітру близько 1 м/с вертикальна швидкість течій, що виникають у шарі завтовшки до 500 м, досягає 10 м/с.

2. ПРИРОДООХОРОННІ ТЕХНОЛОГІЇ НА ТЕС

2.1 Основні напрями підвищення енерго-екологічної ефективності об'єктів теплоенергетики

Підвищити енерго-екологічну ефективність теплоенергетичних об'єктів можна за рахунок:

- використання природоохоронних заходів та застосування заходів

щодо енергозбереження; - застосування екологічного моніторингу; - стимулювання розвитку наукових досліджень і практичного використання новітніх наукових досягнень і науково-технічних розробок. Найбільше капіталоємними є природоохоронні заходи. Капіталовкладення в ці заходи становлять 2 % від внутрішнього продукту в США і Японії, 1,2-1,8 % - у країнах Західної Європи. Ці кошти використовують на спорудження й експлуатацію очисних споруд. Обсяг капіталовкладень у них може становити більше 30 % від вартості основних промислово-виробничих фондів. При цьому природоохоронні заходи не дають 100 % ефекту очищення шкідливих викидів. Уловлювання викидів не вирішує проблему відходів і лише переводить їх у безпечнішу для навколишнього середовища форму. Тому останнім часом в усьому світі переважає стратегія використання відходів виробництва, ресурсо- й енергозбереження. Відповідно до цієї стратегії створюють умови комплексного використання сировини (паливно-енергетичних ресурсів) і енергії в циклі сировинні ресурси - виробництво - використання - вторинні ресурси таким способом, щоб виключити вплив, що порушує рівноважний стан функціонування навколишнього середовища.

Запровадження безвідходних технологій передбачає:

1) комплексне використання сировини;

2) створення замкнених газо- і водооборотних систем;

3) розробку принципово нових і вдосконалення діючих процесів виробництва;

4) переробку і використання енергетичних відходів (теплоти, золи, шлаків, продуктів очистки димових газів тощо).

Сьогодні в багатьох країнах відходи ТЕС слугують сировиною для виготовлення будівельних матеріалів, бетонних блоків, панелей, дорожнього покриття, силікатної цегли. У США з цією метою їх використовують на 20%, у Великобританії - на 60 %, у Франції - на 72 % і у Фінляндії - на 84%.

Одним із напрямів підвищення екологічної ефективності енергетики є енергозбереження. Цей напрям дозволяє зменшити енергоємність одиниці продукції за рахунок модернізації та вдосконалення виробничих процесів.

У багатьох країнах використовують різні стимули та способи для економії енергії на виробництві і в побуті, зокрема: упровадження норм і обмежень споживання енергії та палива з відповідними системами штрафів за перевитрату, уведення літнього часу, поліпшення теплоізоляції житлових будинків і виробничих приміщень тощо.

У деяких штатах США діє система пільгових кредитів для енергогенерувальних компаній, які реалізують заходи щодо зниження токсичності димових газів енергоустановок.

Важливим напрямом підвищення екологічної безпеки енергетичних об'єктів є впровадження екологічного моніторингу і розвиток систем екологічної інформації. Екологічний моніторинг проводять на чотирьох рівнях:

- локальному - на території окремих об'єктів, міст, на ділянках ландшафтів, промислових об'єктів і прилеглих до них територій;

- регіональному - у межах адміністративно-територіальних одиниць,

території екологічних і природних регіонів;

- національному - на території країни, зокрема з використанням космічних засобів спостереження;

- глобальному - спеціалізовані організації на підставі міжнародних угод.

Значним напрямом підвищення енергетичної ефективності і екологічної безпеки об'єктів теплоенергетики є стимулювання розвитку і практичного використання новітніх наукових досягнень і науково-технічних розробок у галузі технології переробки і спалювання палива, удосконалювання та розробка нових технологій перетворення хімічної енергії палива на інші види енергії, удосконалювання робочого процесу з метою зниження рівня незворотних втрат в окремих елементах і фрагментах енергетичних установок, зниження втрат теплової та електричної енергії під час передачі її споживачеві, поліпшення умов експлуатації та підвищення надійності роботи енергетичних установок . Особливу увагу в цьому напрямі приділяють професійній підготовці обслуговуючого персоналу і вдосконалюванню систем автоматизації і керування енергоустановок .

2.2 Вдосконалення методів очищення димових газів від оксидів сірки на ВАТ “Західенерго” Ладижинська ТЕС

Ладижинська ТЕС розташована на двох промислових майданчиках і налічує загалом 76 джерел викидів забруднюючих речовин в атмосферне повітря.

Валовий викид забруднюючих речовин становить 123004,5 т / рік.

Валовий викид парникових газів становить:

- вуглецю діоксид (CO₂) - 3881947,75 т / рік;

- діазоту оксид (N₂O) - 58,815 т / рік.

Максимальний вклад підприємства в рівень забруднення атмосфери при найбільш несприятливих метеорологічних умовах, при яких концентрація шкідливих речовин в атмосферному повітрі максимальна із врахуванням фонових концентрації не перевищує 0,99 граничнодопустимої концентрації групи сумації 31 (азоту діоксид + ангідрид сірчистий) для населених місць [1,2,3].

В зв'язку з тим, що в Україні відсутній досвід з впровадження найкращих доступних технологій (сіркоочисна установка, триступеневе спалювання із використанням вугілля), а на Ладижинській ТЕС ці заходи знаходять на стадії технічного завдання (вишукувань) та експериментального впровадження інформації щодо витрат, пов'язаних із реалізацією запланованих заходів щодо запобігання забрудненню атмосферного повітря на даний момент не існує [4].

З точки зору найменших витрат на сіркоочищення, можна визначити в якості сорбенту гашене вапно (використовуються відходи металургійного виробництва або виробництва будматеріалів) [5].

За способом введення сорбенту можна розглянути три варіанти:

? варіант І введення сорбенту в котел;

? варіант ІІ введення сорбенту в електрофільтри;

? варіант ІІІ введення сорбенту в скрубери.

Варіант І

Для використання вапняку в якості сорбенту його необхідно розмолоти з метою збільшення поверхні реагування через те, що SO₂ зв'язується не карбонатом кальцію, а оксидом СаО або гідрооксидом кальцію Са(ОН)₂, частинки вапняку при попаданні в котел піддаються термічному розкладу (кальцинації) з утворенням частинок негашеного вапна СаО. Час кальцинації становить близька 0,5 с. Надалі протікає процес хімічного зв'язування молекул SO₂ на поверхні частинок вапна.

При введенні в котел гідратного гашеного вапна на першій стадії проходить процес дегідратації, час якого становить біля 0,1 с. Тільки при введенні частинок негашеного вапна процес сухого сіркоочищення починається зразу ж після нагріву частинок сорбенту.

Ефективність уловлювання SO₂ при використанні введення сорбенту в котел складає 40ч60 %, в залежності від співвідношення Са/S, точок введення сорбенту, навантаження котла.

Цей метод відрізняється великою надійністю і малим енергоспоживанням (0,01ч0,5 % електричної потужності), на виході отримуються тільки сухі субпродукти (сульфати і сульфіти кальцію, а також невикористане вапно), які мають вловлюватися системами золовловлювання.

Недоліком цього варіанту є те, що сорбент уводиться в котел і тим самим збільшується кількість твердих нейтральних частинок у димових газах, знижується коефіцієнт корисної дії.

Також недоліком цього способу сіркоочищення є проблеми із забрудненням і шлакуванням поверхонь обміну, і тому введення сорбенту в зону 980ч1230 С (перед поворотом у конвективну шахту) не бажаний. Більш придатним, з точки зору експлуатації, буде введення сорбенту в зону температур 600 С, хоча такий вибір зменшує ефективність сухого зв'язування сірчистого ангідриду, тим більше при використанні вапняку. У разі виникнення "свища" тверді продукти відкладаються на поверхнях теплообміну і знижують ефективність теплообміну.

Ефективність використання сорбенту з підвищенням ступеня сіркоочищення може бути збільшена на 15ч20 % при розпилюванні крапель вологи перед електрофільтрами. Процес у цьому разі протікає наступним чином: частинки вапна попадають на краплі води, негашене вапно переходить в гашене, яке частково розчиняється на краплях вологи і реагує з молекулами оксиду сірки. Процес протікає доти, поки вапно розчиняється у воді. Цей процес подібний відомому процесу LIFAC (введення вапняку в топку й активація оксиду кальцію) [6].

Варіант ІІ

Використання цього варіанту передбачає встановлення "мокрого" ступеня електрофільтрів - отримання вапняного "молока" із подальшим введенням його через напірний бак і спеціальні форсунки в камеру електрофільтрів - скрубер (реакція проходить в об'ємі газового потоку) з подальшим уловленням продуктів реакції в "мокрому" полі електрофільтрів (реакція проходить в об'ємі газового потоку і на осаджувальних електродах). Ефективність даного методу залежить від часу реагування SO₂ та сорбенту, кількості сорбенту і може досягати рівня 60ч70 %. Реакція починається зразу після введення сорбенту в камеру електрофільтрів. На відміну від варіанту І, у цьому разі ми не забруднюємо поверхні нагріву котла, можемо регулювати процес очищення подачею сорбенту в камеру золоочисної установки і маємо можливість розділити процеси на окремі стадії, не пов'язані між собою:

- роботу котлоагрегату та сухих електрофільтрів без введення сторонніх компонентів;

- забезпечення сіркоочищення безпосередньо в скруберах та мокрих електрофільтрах;

- виключення попадання вологи в сухі електрофільтри;

- підвищений ступінь очищення двоступеневою установкою при вловлюванні твердих частинок;

- при встановленні концентратора вловлений в установці продукт можливо реалізувати підприємствам будіндустрії, а частину води повернути в процес без відправлення на золовідвал;

- ліквідація пиління золовідвалу.

Недоліком цього способу сіркоочищення є складність рівномірного розподілу вологи і сорбенту по великому перерізу електрофільтрів, необхідність перекачування додаткової оборотної води та встановлення додаткового концентратора для вилучення вловленого продукту з рідкої фази та його реалізації [6].

Варіант ІІІ

Використання цього варіанту передбачає встановлення після електрофільтрів мокрих скруберів із коагуляторами (трубами) Вентурі. Процес здійснюється шляхом отримання на спеціальній мішалці вапняного "молока" із подальшим введенням його через напірний бак у краплевловлювачі (реакція проходить на стінках скруберів) та в сопла труб Вентурі (реакція проходить в об'ємі газового потоку). Ефективність даного методу можна оцінити як 60ч70 %. Реакція починається зразу після введення сорбенту в елементи скруберу. На відміну від варіанту І, у цьому разі ми не забруднюємо поверхні нагріву котла і виконуємо регулювання очищення подачею сорбенту в різні зони золоочисної установки і маємо можливість розділити процеси на окремі стадії, не пов'язані між собою:

- роботу котлоагрегату та електрофільтрів без введення сторонніх компонентів;

- забезпечення сіркоочищення тільки безпосередньо в скруберах;

- виключення попадання вологи в електрофільтри;

- підвищений ступінь очищення двоступеневою установкою при вловлюванні твердих частинок;

- при встановленні концентратора вловлений в скруберах продукт можливо реалізувати підприємствам будіндустрії, а частину води повернути в процес без відправлення на золовідвал;

- ліквідація пиління золовідвалу.

Недоліками методу є підвищення гідравлічного опору установки приблизно на 120_160 мм вод. ст., необхідність встановлення більш потужних димососів, перекачування додаткової оборотної води. Уловлений продукт отримується в рідкій фазі, і для його реалізації потрібен додатковий концентратор.

Оцінюючи ці варіанти, слід відзначити, що при однаковій ефективності сіркоочищення, з точки зору експлуатаційних витрат, перевагу слід віддати варіанту ІІ [6].

Слід зауважити, що при використанні цих методів сіркоочищення витрата сорбенту становить близько 10 т/год, і тим самим збільшуються викиди твердих частинок в атмосферу. Враховуючи це, необхідно підвищити ефективність роботи електрофільтрів до 99,7 %. В існуючому варіанті блока 300 МВт це можливо виконати тільки при комплексній реконструкції газоочисного обладнання [5].

Контроль викидів золи, оксидів сірки та азоту у відхідних димових газах. Для дотримання вимог законодавства України щодо охорони навколишнього середовища та атмосферного повітря, забезпечення плати за реальні викиди, після установки (після димососів) встановлюються спеціальні прилади, які контролюють викиди золи, оксидів сірки, азоту та вуглецю з видачею даних на персональному комп'ютері.

Слід відзначити, що ці дані необхідні не тільки для здійснення сплати за викиди, але й для забезпечення режиму роботи котла з мінімальними викидами оксидів азоту та вуглецю. Саме тому інформація про вміст цих газів виводиться через персональний комп'ютер на табло газозолоочищення БЩУ (блочний щит управління).

2.3 Електрофільтри для очищення газів від завислих частинок пилу і туману

Електричне очищення - один з найдосконаліших видів очищення газів від завислих частинок пилу і туману. Апарати для очищення газів під дією електричних сил називаються електричними фільтрами.

Широке використання електрофільтрів в різних галузях промисловості привело до створення різних типів і конструкцій апаратів.

За розміщенням зон зарядки і осаджування електрофільтри поді-ляються на однозонні та двозонні. В однозонних (рис. 2.1) зони зарядки і осадження суміщені, а в двозонних (рис. 2.2) зарядка проходить в іонізаторі, а осаджування - в осаджувачі.

Двозонні апарати отримали деяке розповсюдження для очищення повітря, яке поступає в лабораторії і цехи, вміст пилу в яких суворо регламентується.

Залежно від направлення газів в активній зоні фільтри поділяються на вертикальні та горизонтальні.

За способом видалення осаджених на електродах частинок розрізнюють сухі та мокрі електрофільтри. В сухих електрофільтрах частинки, які осіли на електродах, видаляються за допомогою струшування, а в мокрих - змиваються водою.

Рисунок 2.1 - Конструктивна схема однозонного двопільного електрофільтра: 1 - корпус; 2 - газорозподільна решітка; 3 - система коронувальних електродів; 4 - осаджувальні електроди

Залежно від числа послідовно розташованих систем електродів бувають одно-, дво-, три- і чотирипільні електрофільтри, а залежно від числа паралельно розташованих систем - одно-, дво- і трисекційні. Секції можуть бути розділені глухою перегородкою або тільки на електронних полях. На рис. 2.2 зображений двопільний односекційний електрофільтр.

Найрозповсюдженим типом сухих електрофільтрів є багатопільний горизонтальний електрофільтр. Наявність декількох послідовних полів поліпшує умови вловлювання частинок через можливість диференціації електричного режиму і режиму струшування електродів на полях.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2.2 - Конструктивна схема двозонного електрофільтра: 1- корпус; 2 - іонізатор; 3 - електроди іонізатора; 4 - осаджувач; 5 - осаджувальні електроди; 6 - коронувальні електроди

Вертикальні електрофільтри в більшості є однопільними, що значно обмежує їх застосування для сухого пиловловлювання через низьку ефективність.

Мокрі електрофільтри виконують вертикальними однопільними або горизонтальними багатопільними.

Електрофільтраційна установка (рис. 2.3) складається з власне елек-трофільтра 7, агрегатів живлення (1, 2 і 3) і систем видалення пилу чи шлаку.

До агрегатів живлення відносяться регулятор напруги, підви-щувальний трансформатор і високовольтний випрямляч. Так як ефективність електрофільтра тим вища, чим ближча робоча напруга до пробивної, для забезпечення оптимального режиму апарата необхідно регулювати напругу на електродах, підтримуючи її на максимально високому рівні. Пробивна напруга в електрофільтрі залежить від багатьох факторів (кількості очищуваних газів, їх температури, густини і вологості, концентрації частинок в газах, наявності шару пилу на електродах тощо), тому коливається в значних межах, особливо в сухих електрофільтрах. В зв'язку з цим швидкість і спосіб регулювання напруги чи струму та ступінь автоматизації цього процесу мають першорядне значення.

Ступінь очищення в електрофільтрі значно залежить від способу і режиму регенерації електродів. В сухих електрофільтрах для видалення пилу з осаджувальних і коронувальних електродів застосовується ударно-молоткова, пружинно-кулачкова, магнітно-імпульсна і вібраційна системи струшування. Для видалення осаджених твердих частинок в мокрих електрофільтрах застосовується періодичне або безперервне промивання електродів подачею на електроди необхідної кількості промивної рідини, яка змиває осаджений пил.

Рисунок 2.3 - Схема електрофільтраційної установки: 1 - регулятор напруги; 2 - підвищувальний трансформатор; 3 - високовольтний випрямляч; 4 - високовольтний, кабель; 5 - заземлення; 6 - ізолятор; 7 - електрофільтр; 8 - осаджувальний електрод; 9 - коронувальний електрод

ЛІТЕРАТУРА

1. Державні санітарні правила охорони атмосферного повітря населених місць (від забруднення хімічними і біологічними речовинами). ДСП-201-97, МОЗ, Київ, 1997.

2. Збірник "Гранично допустимі концентрації /ГДК/ та орієнтовні безпечні рівні діяння /ОБРД/ забруднюючих речовин в атмосферному повітрі населених місць", Донецьк, 2006.

3. Закон України „Про охорону атмосферного повітря” від 16.10.1992 №2707-XII.

4. Установки спалювання на теплових електростанціях та в котельнях. Організація контролю за викидами в атмосферу. СОУ-Н МПЕ 40.1.02.307: 2005. НД Київ, 2005

5. Технічне завдання на реконструкцію електрофільтрів блока 300 МВт Ладижинської ТЕС із метою створення комбінованої установки для очищення димових газів від леткої золи та діоксиду сірки. Львів, 2007.

6. Маляренко В.А., Товажнянський Н.Л., Анипко О.Б. Основы энерготехнологии промышленности: Учебник. - Харьков: НТУ «ХПИ»,2002.-436 с.

7. Маляренко В.А, Варламов Г.Б., Любчик Г.Н., Стольберг Ф.В., Широков С.В., Шутенко Л.Н. Энергетические установки и окружающая среда: / Под ред. проф. Маляренко В.А. - Харьков: ХГАГХ, 2002. - 398 с.

8. Варламов Г.Б., Любчик Г.М., Маляренко В.А. Теплоенергетичні установки та екологічні аспекти виробництва енергії. Підручник. - К.: «Політехніка», 2003. - 232 с.

9. Маляренко В.А., Лисак Л.В. Енергетика, довкілля, енергозбереження: Монографія / Під ред. проф. В.А. Маляренка. - Харків: «Рубікон», 2004. - 368 с.

Размещено на Allbest.ru

...