Для согласования проектной документации на УОСЗ, технических условий на поставку золошлаков и получения лицензий на их отгрузку следует получить заключение специализированных организаций Госкомсанэпиднадзора или Министерства здравоохранения России о наличии или отсутствии ограничений по токсичности и радиоактивности на использование золошлаков для производства товарной продукции и отгрузки ЗШМ в качестве товарной продукции. При этом следует учитывать, что исследования радиационных свойств золошлаков экибастузского, кузнецкого, назаровского, ирша-бородинского и Березовского углей,проведенными Ленинградским НИИ радиационной гигиены, Казгидрометом, Свердловской ОблСЭС, показали, что содержание радионуклидов в них и их удельная активность находятся на уровне естественного фона.

В результате вышеуказанных исследований установлено:

- золошлаки не представляют опасности для окружающей среды;

-относятся к первому классу строительных материалов, не имеющих ограничений по применению;

- золы канско-ачинских углей не имеют ограничений для использования в сельском хозяйстве в целях известкования кислых почв.

Для вновь проектируемых ТЭС можно использовать данные по характеристикам и свойствам золы и шлака, образующихся при сжигании углей тех же месторождений в аналогичных котлах при условии идентичности оборудования топливоприготовления и золоулавливания. При отсутствии данных в полном объеме необходимо провести комплексные исследования свойств золы и шлака на аналогичных ТЭС. Для случаев проектирования ТЭС с отличными от применяемых процессов сжигания и оборудования топливоприготовления и золоулавливания необходимо получение экспериментальных данных на опытно-промышленных установках.

До отбора проб золы и шлака должны быть определены и согласованы с организациями, производящими анализы, их минимально необходимые количества и методики отбора проб для проведения комплексных исследований их свойств. Массы и количество одновременно отобранных проб золы и шлака должны быть достаточными для проведения комплексных исследований их свойств. Пробы золы и шлака отбираются только в сухом виде из золоспускных труб или в других доступных местах и должны быть представительными. Отбор проб из систем гидрозолоудаления недопустим.

Исследование фракционного состава и плотности золы и шлака с крупностью более 50 мкм выполняется рассеиванием проб на ситах. Максимальный размер ячейки сита выбирается из условия, что через сито с ячейкой на один размер больше проходит 100% анализируемой пробы. Минимальный размер ячейки сита составляет 50 мкм.

Для исследования фракционного состава материалов с крупностью менее 50 мкм наиболее широко применимы методы пневмоклассификации и осаждения в жидкости. Для получения наиболее достоверных результатов по фракционному составу золы или шлака с крупностью менее 50 мкм рекомендуется применять аппаратуру, в которой происходит разделение фракции по методу пневмоклассификации и анализируемые материалы не изменяют своих свойств.средневзвешенная крупности частиц (по массе) транспортируемого материала определяется по формуле:

(118)

где di - среднеарифметическая крупность i-той фракции,

cmi - процентное содержание по массе i-той фракции в пробе золы (шлака).

Температура золы и шлака на входе в системы ПЗУ для действующих ТЭС принимаются по фактическим данным, для вновь проектируемых - по проектным данным соответствующего оборудования, а на входе в промбункера и склад сухой золы - определяется расчетом. Для предварительного выбора оборудования при дальности пневмотранспортирования более 200 м диапазон изменения температуры подаваемой на склад золы можно принять:

для летнего периода - 40-65о С;

для зимнего периода - 25-50о С.

При этом температура золы в бункерах золоуловителей - 120-170о С.

3.5 Компоновка главного корпуса

Компоновка представлена на листе 3 графической части. Главный корпус ГРЭС состоит из котельного и турбинного отделений, разделенных бункерно-деаэраторной «этажеркой».

В котельном отделении котлоагрегат расположен фронтом в сторону турбинного цеха. Такой вариант расположения уменьшает протяженность котельного цеха.

Пролет котельного отделения - 42 м, деаэраторной «этажерки» - 12 м, продольный шаг основных колонн главного корпуса - 12 м, деаэраторной «этажерки» - 5 м.

В котельном отделении, исходя из условий крупноблочного монтажа, предусмотрено два мостовых крана грузоподъемностью 50/10 т каждый. Монтаж хвостовых поверхностей ведется одним мостовым краном грузоподъемностью 50/10 т.

Машинный зал разделяется по высоте на два помещения: в верхнем устанавливают турбоагрегат, в нижнем - конденсационном - размещают фундамент турбоагрегата, конденсаторы и вспомогательное оборудование, регенеративные и сетевые подогреватели, питательные, дренажные и циркулирующие насосы.

Под полом конденсационного помещения предусмотрено устройство подвала глубиной 3 м, до низа фундаментов под турбоагрегаты и колонны помещения, в котором размещены конденсатные насосы, прокладывают электрокабели и другие линии электрокоммуникаций.

Между верхним и конденсационным помещениями сплошного перекрытия нет, это позволяет обслуживать мостовыми кранами не только турбоагрегат, но и вспомогательное оборудование. Вокруг турбоагрегата устраивают площадки обслуживания, соединенные переходами. Турбины располагаются поперек здания, преимуществом поперечной компоновки является простой подвод пара к турбинам и уменьшение протяженности турбинного цеха.

3.6 Разработка генерального плана

Генеральный план представлен на листе 2 графической части. Здания и сооружения на генеральном плане размещаются в соответствии с их технической и технологической взаимоувязкой, соблюдением санитарных норм и пожарных норм.

Для возможности введения в эксплуатацию одновременно трех блоков предусматривается один главный корпус, объединяющий в себе три блока. Имеются автомобильные и железные дороги. Основными производственными и вспомогательными сооружениями ГРЭС, использующими твердое топливо, включенными в генплан, являются:

- главный корпус, внутри которого располагаются котельное и турбинное отделения, помещения для деаэраторов, щиты управления, оборудование пылеприготовления, бункеры угля и пыли;

- топливоподача, состоящая из разгрузочного устройства, дробильного помещения, эстакад для транспортеров;

- склад топлива;

- распределительное устройство генераторного напряжения, повышающие трансформаторы и распределительное устройство, обычно открытого типа (ОРУ);

- дымовые трубы;

- химводоочистка;

- система технического водоснабжения;

- система золоулавливания и шлакоудаления с золоотвалами;

- мазутное хозяйство;

- здания и сооружения подсобного назначения (мастерские, гаражи, склады, пожарные охраны, железнодорожные пути, автомобильные дороги, устройства водоснабжения, канализации, брызгальный бассейн, распределительные устройства и ряд других сооружений.

На генплане ГРЭС рядом с основной территорией предусматривается место для строительно-монтажных работ, на котором выполняют сборку железобетонных конструкций зданий. По отношению к ближайшему жилому району ГРЭС располагается с подветренной стороны для господствующих ветров и отдаляется от границ жилых домов защитной зоной.

В случае увеличения сверхпроектной мощности ГРЭС ввиду постоянного роста электрической и тепловой нагрузок района электростанции, главное здание размещается так, чтобы оно могло свободно расширятся в сторону одного из торцов.

Между зданиями, сооружениями и установками на генплане предусматриваются необходимые резервы и проезды.

К помещениям котельного цеха и машинного отделения, к сливному устройству мазутного хозяйства, складам топлива обеспечивается подвод железнодорожных и автомобильных дорог.

Основной въезд и вход на территорию электростанции организуется со стороны постоянного торца главного здания.

Все электрическое хозяйство располагается со стороны машинного зала на максимально возможном от него расстояния с целью сохранения соединений между ними.

Топливное хозяйство ГРЭС располагается со стороны помещения котельного отделения, склады топлива выносятся за пределы ограды. Территория ГРЭС связывается сетью автомобильных дорог и должна иметь два выезда - основной и запасный, внутри территории автомобильные дороги подводятся ко всем зданиям и сооружениям.

4. Охрана окружающей среды

4.1 Выбор золоулавливающих устройств

Улавливание твердых частиц потока дымовых газов осуществляется золоуловителями. По физическому принципу действия золоуловители подразделяют на итерационные ( сухие и мокрые ) и электростатические.

К первым относятся батарейные циклоны, центробежные скрубберы ЦС ВТИ, мокропрутковые скрубберы МП ВТИ.

К электростатическим относятся электрофильтры с горизонтальным и вертикальным ходом газов. Очистка газов в электрофильтрах основана на том, что вследствие коронного разряда, происходящего между двумя электродами, к которым подведен пульсирующий электрический ток высокого напряжения до 60 кВ отрицательного знака, проходящий через электрофильтр поток газов заполняется отрицательными ионами, которые под действием сил электрического поля движутся от коронирующего к осадительному электроду. При этом находящиеся в газе частицы адсорбируются и увлекаются к осадительным электродам.

Накапливающийся на осадительных электродах унос периодически стряхивается специальными устройствами в бункеры, из которых затем удаляется. Коронирующие электроды выполняются в виде металлических стержней, ленточно-игольчатыми или в виде стержней штыкового сечения. Осадительные электроды делаются из труб или пластин.

Применяются электрофильтры с горизонтальным и вертикальным потоком газов. Для парогенераторных установок преимущественно применяются горизонтальные электрофильтры с пластинчатыми электродами. В зависимости от числа последовательно расположенных электродов различают одно-, двух-, трех- и четырехпольные электрофильтры.

Схема конструкции горизонтального двухпольного электрофильтра показана на рисунке 1.7. Оптимальная скорость газов в электрофильтре
1,5-1,7 м/с. При этом аэродинамическое сопротивление электрофильтра составляет 200-300 Па. Расход электроэнергии на очистку газов составляет
0,1-0,15 кВтч на 100 м3 газа. Температура газов перед электрофильтром должна быть не более 200 °С. Степень очистки газов в электрофильтре зависит от скорости газов, длины электродов и расстояния между ними, а также характеристик пыли. В применяемых конструкциях электрофильтров улавливается большая часть пыли с размерами частиц более 10 мкм.

Наибольшее распространение на электростанциях получило улавливание летучей золы с помощью трех - и четырех - польных горизонтальных электрофильтров, степень очистки газов в которых может достигать 96-98 %.

Рисунок 7 Горизонтальный пластинчатый двухпольный электрофильтр:

1 газораспределительная решетка

2 коронирующие электроды

3 осадительные электроды

4 механизм встряхивания коронирующих электродов

5 механизм встряхивания осадительных электродов

Расход летучей золы, поступающей в золоуловитель одного котла:

(105)

где: В = 68,16 кг/с ? 3600 = 245,376 т/ч - часовой расход топлива;

бун = 0,95 - доля золы, уносимая газами, (1, таблица 8.3);

Ар = 38,1 % - зольность топлива, (8, таблица 1);

q4 = 1 % - потеря тепла с механическим недожогом;

Qрн= 4000 ? 4,1868 = 16747,2 кДж/кг - низшая теплота сгорания топлива, (8, таблица 1)

Количество золы, выбрасываемой в дымовую трубу:

(106)

где: ззу = 98 % - полный КПД золоулавливающего аппарата

Количество золы, удаляемой ГЗУ с одного котла:

МГЗУзол = Мвхзол - Мвыхз (107)

МГЗУзол = 90,1 - 1,802 = 88,298 т/ч

Выбираем электрофильтр тип ЭГА 2-48-12-6-3 горизонтальный, модификации А, двухсекционный, (9, таблица 2):

Таблица 22 Техническая характеристика электрофильтров ЭГА 2-48-12-6-3

Наименование \ типоразмер	ЭГА 2-48-12-6-3
Количество секций в ярусе, шт	2
количество газовых проходов между электродами, шт	48
активная высота электродов, м	12
количество элементов в осадительном электроде, шт	6
активная длина поля, м	3,84
активная ширина поля, м	3
площадь активного сечения, м2	155,8
общая площадь охлаждения, м2	13500
габаритные размеры: длина, м ширина, м высота, м	17,28 15,2 19,9

4.2 Шлакозолоудаление

На проектируемой станции принимаем систему гидравлического шлакозолоудаления. Удаление шлака из-под топок современных парогенераторов осуществляется непрерывно с помощью скребкового (шнекового) транспортера, передвигающегося в заполненной водой ванне. С транспортера шлак сбрасывается в шлакодробилку, где дробится на куски не более 50 мм, затем поступает в самотечный канал ГЗУ. Дробилки устанавливаются валковые с электро- или гидроприводом. Удаление золы из золоуловителя осуществляется золосмывными аппаратами с открытым переливом.

Для транспортирования золы и шлака за пределы станции применим багерные насосы. Транспортирование золы и шлака на золоотвал можно осуществлять общим или раздельными трубопроводами.

Применим на проектируемой ГРЭС схему совместного гидро - золошлакоудаления на отвал с помощью багерных насосов. Для каждой багерной насосной принимается один резервный шлакозолопровод (пульпопровод).

Суммарное количество шлака и золы с одного котла:

(108)

Количество шлака с одного котла:

Мшл = Мшз - Мзол (109)

Мшл = 105,14 - 99,872 = 5,27 т/ч

Диаметр шлакозолопровода:

(110)

где Q - расчетный расход пульпы;

=1,7-1,8 м/с - расчетная скорость потока пульпы при транспортировке багерными насосами

Расчетный расход пульпы:

(111)

где Мв, Мш, Мз - расход воды, шлака, золы;

гш , гз , гв - удельный вес шлака, золы и воды;

гш = 0,5 т/м3

Расчетный расход пульпы с трёх котлов:

QУ = Q ? n (112)

QУ = 1598,27 ? 3 = 4794,8 м3/ч.

По таблице 9.1 /1, стр. 80/ выбираем четыре багерных насоса типа

20Гр - 8Г (два рабочих, один резервный, один в ремонте).

Таблица 23 Техническая характеристика багерного насоса тип 20Гр - 8Г

Наименование \ типоразмер	20Гр-8Г
Производительность, м3/ч	3000 - 5500
давление на выходе из насоса, МПа	0,7 - 0,52
диаметр рабочего колеса, мм	1390
мощность на валу насоса, кВт	928 - 1190
мощность электродвигателя, кВт	1600
частота вращения ротора, об/мин	485

4.3 Охрана почв и растительности

В почвенный покров попадают шлак, зола, промышленные отходы, кислоты. Соединения тяжелых металлов. Что дополнительно делает земли безжизненными и неплодородными.

Современная хозяйственная деятельность в Казахстане сопровождается высоким уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, поверхностных вод в окрестностях городов.

Современный высокий уровень загрязнения атмосферы в городах показывает необходимость дополнительных воздухоохранительных мер. Применительно воздействующим источникам выбросов вредных веществ.

Уровень и характер загрязнения почв определяется в значительной мере интенсивностью поступления загрязняющих веществ из атмосферы на их поверхность.

4.4 Рекультивация земель

Составной частью охраны окружающей среды является охрана земельных ресурсов. Земли, подлежащие отводу под строительство ГРЭС, представлены пашней, лесами, лугами, прочими угодьями. Плодородный почвенный слой является ценным, медленно возобновляющимся природным ресурсом. Поэтому при ведении строительных работ, он подлежит снятию, перемещению в резерв и последующему использованию в народном хозяйстве.

Приоритетным направлением использования природного слоя почвы, снятого с участков строительства, является применение его для улучшения малопродуктивных земель методом землеваления.

Рекультивация производится в два этапа: технический и биологический. Технический этап рекультивации заключается в нанесении плодородного слоя на малопродуктивные земли. Биологический этап предусматривается проводить в течение трех лет. В этот период на рекультивируемых участках выращивают растения, не требовательные к почвенным условиям, образующие большую вегетативную подземную массу, улучшающие структуру, обогащающие почву органическими веществами. Вносят повышенные дозы минеральных удобрений.

4.5 Водопотребление

Схема технического водоснабжения принята оборотная с водохранилищем-охладителем, являющаяся более предпочтительной по условиям охраны окружающей среды по сравнению с системой охлаждения искусственными охладителями. Источником хозпитьевого водоснабжения являются подземные воды. Забор грунтовых вод из подземных источников не оказывает отрицательного влияния на окружающую среду.

Обоснование принятого размера санитарно-защитной зоны: в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов» размер санитарно-защитной зоны определяется классом опасности предприятия.

Проектируемая ГРЭС относится ко второму классу. В соответствии с санитарно-защитной классификацией для второго класса опасности санитарно-защитная зона - 500 м.

4.6 Защита водоемов от загрязнения сточными водами

На ТЭС существуют различные источники образования сточных вод:

1) После охлаждения конденсаторов турбин, масловоздухоохладителей, движущихся механизмов:

- воды после конденсаторов и охладителей создают тепловое загрязнение. Необходимость разработки оборотных систем гидрозолоудаления обусловлена содержанием в осветленной воде фторидов, мышьяка, ванадия, ртути, германия.

2) Сбросы из систем гидрозолоудаления:

- воды гидрозолоудаления часто содержат канцерогенные органические соединения, фенолы и т. п.

3) После химических очисток или консервации:

- стоки после химической промывки или консервации оборудования весьма разнообразны по составу. Для приготовления промывочных растворов, кроме минеральных кислот (соляной, серной, плавиковой, сульфаминовой), применяется много органических (лимонная, ортофталевая, щавелевая, муравьиная, уксусная). Наряду с ними используются трилон и различные смеси кислот, являющиеся отходами производства, а в качестве ингибиторов коррозии вводятся каптакс, поверхностно-активные вещества, сульфированные, нафтеновые кислоты. Для связывания в комплекс меди в промывочные смеси вводится тиомочевина. Консервационные растворы содержат гидразин, нитрит, аммиак. Органические соединения промывочных растворов поддаются биологической переработки с хозяйственно-бытовыми стоками. Перед этим необходимо удалить ионы металлов - меди, цинка, никеля, железа, а также гидразин и каптакс.

4) Регенерационные шламовые воды от водоочистительных установок:

- промывочные воды механических фильтров, шламовые воды, а также воды после регенерации катионных и анионитных материалов не содержат вредных примесей, поэтому могут быть сброшены после отделения шлама в водоемы. Однако сброс большого количества солей в водоемы запрещен. С целью уменьшения солевых сбросов от химводоочистки можно предложить предварительную обработку воды, замену химического обессоливания испарителями или применение их для выпаривания солевых стоков. Наиболее перспективной представляется после смешения кислых и щелочных стоков обработка их известью и содой для осаждения ионов кальция и магния. Раствор после отделения образовавшегося осадка содержит только соли натрия, хлориды, сульфаты. Подвергая электролизу раствор, получают кислые и щелочные растворы, которые могут быть использованы для регенерации соответствующих фильтров.

Вещества по своему влиянию на санитарный режим водоемов могут быть разделены на три группы:

а) к первой относятся неорганические вещества (сульфаты и хлориды кальция, натрия и магния), сброс в водоем будет несколько повышать солесодержание воды;

б) ко второй группе относятся металлы, содержащие металлы железа, меди, цинка, фторосодержащие соединения гидразин, мышьяк значительно превышает ПДК;

в) третья группа объединяет органические вещества и аммонийные соли, нитриты, сульфиты, которые могут быть окислены до безвредных продуктов);

5) Нефтезагрязняющие стоки:

- загрязнение сточных вод нефтепродуктами происходит при эксплуатации и ремонте мазутного хозяйства за счет:

а) утечек трансформаторного и турбинного масел из маслосистем турбины и генераторов;

б) потерь масла при ремонте оборудования;

в) аварийного пуска и розлива масла и мазута;

г) утечек из систем охлаждения подшипников различных вращающихся механизмов.

Загрязненные стоки собираются в приемный резервуар-усреднитель, рассчитанный на трехчасовое пребывание в них стоков для отстоя и усреднения качества и расхода (рисунок 8).

Из приемных резервуаров сточные воды направляются через распределительную камеру в двухсекционную нефтеловушку, представляющую собой проточный горизонтальный отстойник, оборудованный скребковым транспортером. После двухчасового отстоя происходит разделение загрязнений. Легкие частицы всплывают на поверхность, а тяжелые осаждаются на дно. Всплывшие загязнения удаляются при помощи скребков через поворотные щелевые трубы. Этими же скребками осадок сгребается в приямок и удаляется через донные клапаны в сбросной канал осадка. Сточные воды из нефтеловушки поступают в сбросной резервуар флотационной установки, а оттуда насосом через контактный бак во флотатор. Флотационная очистка сточных вод от эмульгированных нефтепродуктов основана на принципе искусственного насыщения воды воздухом, который поступает во всасывающий трубопровод насоса через эжектор, включенный параллельно насосу.

Рисунок 8 Принципиальная схема очистки сточных вод:

1 поступление сточных вод; 8 подача коагулянта;

2 приемный резервуар; 9 флотатор;

3 двухсекционная нефтеловушка; 10 фильтровальная установка;

4 сборный резервуар флотационной установки; 11 насос;

5 насос; 12 антрацитовые фильтры;

6 эжектор; 13 фильтры активированного угля;

7 контактный бак; 14 выпуск очищенных стоков

Насыщение воды воздухом происходит в контактном баке под давлением 0,35-0,4 МПа в течение трех минут. Воздушная смесь распространяется по всему сечению флотатора через вращающуюся распределительную систему, расположенную в нижней части. Во флотационной камере при понижении давления до атмосферного с насыщенных воздухом стоков выделяются мелкие пузырьки газа. Проходя через толщу воды, они выносят прилипшие к ним частицы нефтепродуктов и образуют на поверхности воды пену, которая вращающимся механическим скребковым устройством удаляется в диаметрально противоположно расположенный пеносбросной лоток. Необходимо отметить, что флотационная очистка должна производится при предварительной коагуляции стоков. Однако из-за дефицитности реагента сернокислого алюминия коагуляция стоков при эксплуатации промышленных очистных сооружений применяется далеко не всегда. После флотатора вода поступает в двухступенчатую фильтровальную установку. Первой ступенью являются двухкамерные фильтры, загруженные дробленым антрацитом (скорость фильтрации 911 м/ч). Второй ступенью служат фильтры с активированным углем (скорость фильтрации 5,5-6,5 м/ч). Остаточное содержание нефтепродуктов в сточной воде обычно находится в пределах 0,52,0 мг/л. Типовые сооружения, несмотря на сложность обработки и высокую их стоимость, не дают необходимой степени очистки воды для сброса ее в водоем. Создание оборотных циклов значительно упрощает схему очистки. ПДК нефтепродуктов для рыбохозяйственных водоемов составляет 0,05 мг/л, для водоемов санитарно-бытового назначения 0,3 мг/л. Экономичная работа может быть обеспечена при концентрации масла до 30 мг/л. Однако следует иметь в виду, что охлаждение в градирнях оборотной воды происходит во время выброса в атмосферу гидроаэрозоля. Это может оказывать токсичное действие на персонал и окружающее население.

В последнее время для расслоения эмульсий и сгущения суспензий стали применять многоярусные аппараты малоглубинного отстаивания (МАМО).

4.7 Мероприятия по очистке дымовых газов

Основными мероприятиями для снижения выбросов окислов азота в атмосферу являются непосредственное воздействие на процесс их образования в топочных камерах парогенераторов. Образование окислов азота в процессе сгорания топлива уменьшается при снижении: температуры горения, концентрации кислорода, длительности пребывания продуктов сгорания в зоне высоких температур. В настоящее время для уменьшения образования окислов азота в дымовых газах возможно применение следующих конструктивных и режимно-технологических мероприятий:

- рециркуляцией дымовых газов в зону высоких температур;

- организацией двухступенчатого сжигания;

- рациональным выбором типа, производительности и размещения горелочных устройств;

- работа с малыми избытками воздуха и др.

Одним из режимных мероприятий для уменьшения выброса вредных окислов может явиться частичный (10-30%) переход при неблагоприятных метеорологических условиях (инверсия) в периоды пиковых концентраций SO2 в атмосфере городов на сжигание топлива с пониженным содержанием серы.

4.8 Расчет высоты дымовой трубы. Расчет рассеивания вредных выбросов ГРЭС

конденсационный станция топливо давление

Весьма ответственным устройством в системе охраны биосферы от вредных выбросов ТЭС являются газоотводящие устройства - дымовые трубы. Для того чтобы не были превышены концентрации вредностей на уровне дыхания, требуется уменьшение концентраций вредностей в дымовых газах на четыре порядка (примерно в 10 тыс. раз). Такую степень очистки дымовых газов, в частности от оксидов серы, нельзя обеспечить ни одним известным способом: лучшие сероулавливающие установки могут обеспечить снижение концентрации лишь в 10-20 раз. Природоохранные мероприятия в отношении уменьшения концентраций токсичных веществ включают две обязательные стадии - очистка в возможных пределах дымовых газов в газоочистных устройствах ТЭС и последующее рассеивание остаточных вредностей за счет турбулентной диффузии в больших объемах атмосферного воздуха.

Минимально допустимая высота трубы должна обеспечивать необходимое рассеивание вредных веществ для получения регламентированных ПДК.

Скорость в устье дымовой трубы w0 выбирается на основании технико-экономических расчетов и обычно зависит от высоты трубы в следующих пределах:

высота трубы, м: 120 150 180 240 330;

скорость газов на выходе, м/с: 15-25 20-30 25-35 30-40 35-45.

В России дымовые трубы стандартизованы. Высота дымовых труб h выбирается с шагом 30 м из ряда: 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330, 360, 390, 420, 450 м. Внутренние диаметры устья дымовых труб имеют следующие значения: 6,0; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12,0; 13,8.

Дымовые трубы работают в тяжелых условиях. Как высотные сооружения они подвержены мощному воздействию ветровой нагрузки и собственного веса. Кроме того, они являются замыкающим элементом газовоздушного технологического тракта ТЭС и подвергаются воздействию агрессивных нагретых дымовых газов, содержащих влагу, остаточную золу и для большинства топлив - оксиды серы, из которых наиболее опасен SО3.

Для надежной длительной работы современные конструкции дымовых труб проектируют из оболочки, воспринимающей ветровые и весовые нагрузки и передающей их на фундамент, и газоотводящего ствола, воспринимающего воздействия агрессивной среды дымовых газов. Оболочка всех крупных отечественных дымовых труб выполняется однотипно (рис. 4.33): она представляет собой монолитный железобетонный кольцевой ствол конической формы с уменьшающейся снизу вверх толщиной стенки, опирающийся на фундамент из того же материала.

Газоотводящий ствол может выполняться по-разному. В большинстве случаев он непосредственно примыкает к внутренней поверхности оболочки и имеет также коническую форму (рис. 33, а). Для неагрессивных газов его проектируют из обычного красного кирпича, для агрессивных (на сернистых топливах) - из кислотоупорного кирпича. Футеровку выполняют участками высотой 10 м, она опирается на кольцевые выступы оболочки (консоли). Для повышения надежности трубы на агрессивных газах можно делать вентилируемый зазор толщиной 200-400 мм между оболочкой и футеровкой. В него с помощью вентилятора подается воздух, нагретый в паровых калориферах до 60-80 °С.

Трубы на ТЭС могут выполняться и с одним отдельно стоящим обслуживаемым газоотводящим стволом цилиндрической формы, подвешиваемым к железобетонной оболочке как из металлических, так и коррозионно-стойких неметаллических материалов.

Число труб на ТЭС должно быть минимальным, но по условиям надежности работы - не менее двух. Исключение составляют многоствольные трубы, которые могут устанавливаться по одной на ТЭС.

Выбор высоты и количества устанавливаемых на электростанции труб производится таким образом, чтобы загрязнение приземного слоя воздуха выбросами из дымовых труб не превышало предельно допустимую концентрацию (ПДК) вредных примесей. По величине ПДК вредных примесей Спд (1, таблица 10) может быть найдена минимально допустимая высота дымовых труб:

(113)

где А = 200 - коэффициент, учитывающий условия вертикального и горизонтального рассеяния примеси в воздухе / 1, стр. 62 /;

УМ - суммарный выброс золы ( Мзол ) и сернистого газа ( МSO2 ) из труб:

(114)



(115)

УМ = (568,08 + 1234,8) ? 3котла = 5408,64 г/с;

F=2 - безразмерный коэффициент, учитывающий характер выбрасываемых загрязнений;

m = 0,8 - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние скоростей выхода газов из устья трубы, (W = 30 - 35 м/с);

n = 1 - число труб одинаковой высоты;

V = 883 м3/с - суммарный объем дымовых газов, выбрасываемых из труб;

Т = 120 оС - разность температур выходящих из трубы газов и окружающего воздуха (в летний период)

При сооружении электростанции в районе, где атмосферный воздух загрязнен вредными примесями предприятий, то при определении высоты труб следует учитывать начальную ( фоновую ) концентрацию Сф:

(116)

Эффективная высота выброса дымовых газов:

(117)

где

где d0 = 9,6 м - диаметр устья дымовой трубы;

= 45 м/с - скорость газов в устье трубы, (1, стр. 86)

= 5 м/с - скорость ветра на высоте Н = 10 м, (1, стр. 86)

= 1,7 - для трубы высотой Н = 250 м

По расчету, данным таблицы 10.2 (1) и рекомендации (1, стр. 86) устанавливаем одну трубу высотой - 250 м, диаметр устья - 9,6 м.

Нэф = 134,78 + 96,5 = 231,28 м

4.10 Меры по ограничению эмиссии серы в атмосферу и снижение оксида серы в дымовых газах

Следует отметить, что в литературе практически отсутствует данные по выбросам оксидов серы в развивающихся странах Азии, Латинской Америки, Африки. В целом, экологическая политика в этих регионах находится на низком уровне: в большинстве этих стран до настоящего времени нет систем контроля вредных выбросов. Поэтому в ближайшем будущем здесь вряд ли можно ожидать заметных достижений по снижению эмиссии SO2.

В то же время все европейские страны и высокоразвитые государства (США, Канада, Япония) объединены в различные организационные структуры (например, OECD организация экономического сотрудничества и развития), в которых они успешно решают технические и организационные проблемы, касающиеся технологии очистки дымовых газов, нормирования выбросов, контроля трансграничных переносов и др. Эти страны, координируя свою деятельность, участвуют в разработке программ, таких как Программа ООН по развитию окружающей среды (UNEP), Всемирная программа мониторинга окружающей среды (GEMS), Программа Всемирной Организации Здравоохранения (WHO) и т. д. В связи с этим в промышленно развитых странах контроль за загрязнением воздуха оксидами серы начал осуществляться еще в 60-х годах XX столетия. Первые принятые законы о чистом воздухе установили предельно допустимые концентрации (ПДК) оксидов серы в атмосферы и обязали электрокомпании контролировать содержание серы в топливе и оснащать ТЭС высокими трубами для рассеивания дымовых газов в верхних слоях атмосферы.

Позже возник интерес к проблеме выбросов SO2, переносимых в атмосфере на большие расстояния от источников загрязнения. Предметом особых забот стали «кислотные дожди», и внимание специалистов и общественности переключилось с проблемы воздействия местных выбросов на проблему трансграничного переноса SО2 и воздействия на экосистемы. Первым международным соглашением по сокращению выбросов диоксида серы была Конвекция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния, подписанная в 1979 г. и вступившая в силу в 1983 г. Вслед за этим исполнительный орган Конвекции приступил к разработке программы сокращений к 1993 г. национальных выбросов оксидов серы или их трансграничных потоков, по крайней мере, на 30 % от уровня 1980 г. В 1985 г. 21 страна-участница конвекции подписала протокол об ограничении выбросов серы или их трансграничных потоков, образовав так называемый «30 %-ный клуб». Протокол вступил в силу в 1987 г.

Осуществление подобных международных соглашений потребовало введения соответствующих положений в национальное законодательство. К настоящему времени многие государства ввели законодательное регулирование выбросов оксидов серы, разработав нормативы на степень улавливания SО2 из дымовых газов и нормы предельно допустимых выбросов оксидов серы на единицу объема уходящих газов, единицу установленной мощности или выработанной энергии. В некоторых случаях подобные меры контроля дополняются нормативами на использование топлива и на качество последнего. Так, для сжигания угля в паровых котлах любой мощности в Дании введен норматив на содержание серы в топливе 1,2 %, а в Германии и Италии даже 1 %. Иногда механизмы контроля выбросов включают требования по применению технологических методов сокращения эмиссии SО2. В США, например, это требование, сформулировано как обязательное использование наилучшей из доступных и экономически приемлемой технологии для минимизации выбросов оксидов серы.

Наиболее острой проблемой защиты воздушного бассейна является снижение выброса диоксида серы, ежегодное поступление которой в атмосферу при сжигании органических топлив исчисляется миллионами тонн. Для анализа влияния вида топлива на выброс оксид серы и других вредных примесей очень важно знать удельное количество этих выбросов на 1 кВт/ч отпущенной электроэнергии. Основной и непрерывно возрастающий выброс диоксида серы дают электростанции, работающие на твердом топливе.

Электростанции, расположенные в крупных городах и сжигающие сернистый мазут или содержащие серу угли, целесообразно переводить на сжигание природного газа. Но этот путь ограничен наличием необходимого количества газа. Если же переход ТЭС на сжигание газа или малосернистого твердого топлива невозможен, то необходимо рассмотреть очистку дымовых газов или связывание серы в процессе сжигания, а также предварительное извлечение серы из топлива.

В таблице 24 представлены удельные выбросы в г/кВт при избытке воздуха в уходящих газах .

Таблица 24 Удельные выбросы вредных веществ на ТЭС при сжигании наиболее распространенных видов топлива, г/кВт*ч

Топливо	Выход газов при нормальных условиях, м3/кВт*ч	Летучая зола	Оксиды серы	Оксиды азота
Березовский уголь	4,35	29	2,1	1,8
Кузнецкий уголь	4,1	82	3,5	5,0
Донецкий тощий уголь	4,0	97	21,6	2,8
Экибастузский уголь	4,05	253	9,1	3,2
Эстонские сланцы	5,2	320	18,5	3,4
Подмосковный бурый уголь	4,8	242	53,5	2,8
Мазут (Sр =3 %)	4,0	0,4	15,9	3,2

4.11 Методы очистки дымовых газов

Методы очистки дымовых газов могут быть подразделены на:

- циклические (замкнутые), в которых адсорбент (поглощающее твердое или жидкое вещество) регенерируется и возвращается в цикл, улавливаемый диоксид серы используется;

- нециклические (разомкнутые), где регенерация адсорбента и других веществ не производится.

Кроме того, методы сероочистки подразделяются на сухие и мокрые. Технико-экономические расчеты показывают, что с увеличением содержания серы в топливе и соответственно концентрации диоксида серы в дымовых газах увеличивается целесообразность применения способов очистки с использованием уловленного диоксида серы.

Учитывая производство серы и серной кислоты и их стоимость, можно сделать вывод, что применение циклических методов сероочистки дымовых газов ТЭС в обозримый период экономически не оправдано (если не учитывать экологический эффект сероочистки).

Для основной части углей: кузнецких, экибастузских, канско-ачинских, нерюнгринских, кучекинских - характерно содержание диоксида серы в дымовых газах 0,03 - 0,06 % объемных, то есть почти на порядок меньше, чем при сжигании подмосковного угля. Для сравнения можно отметить, что в цветной металлургии отходящие газы, содержащие 1 - 3 % диоксида серы, считаются бедными.

Следует учитывать также, что циклические способы очистки представляют собой сложное химическое производство и значительно дороже по капиталовложениям и эксплуатационным расходам нециклических вариантов.

4.11.1 Очистка дымовых газов от оксидов серы и азота с использованием ускорителей электронов

В последние годы интенсивно разрабатываются новые методы очистки дымовых газов от оксидов серы и азота с использованием ускорителей электронов с целью инициирования реакций окисления NOx и SO2.

При облучении дымовых газов пучком электронов энергией до 1,5 МэВ между входящими в состав дымовых газов компонентами, протекают ионно-молекулярные и радикальные химические реакции с участием продуктов радиолиза паров воды, диоксида углерода, азота и кислорода.

При подаче в зону реакций аммиака образуются в числе других соединений сульфат и нитрат аммония, которые улавливаются в сухом виде в электрофильтрах и используются в качестве азотных удобрений.

Дымовые газы, выходящие из электронно- лучевого реактора, не обладают достаточной активностью, так как энергия пучка электронов в реакторе меньше энергии фотоядерных реакций. Биологическая защита необходима лишь для реактора и излучателей. Опытно-промышленные установки электронно-лучевой очистки газов от NOx и SO2 испытываются в США, Японии, Германии. Например, установка на электростанции «Индианаполис» (США) с расходом газов 24 тыс. м3/ч, содержащих 0,25 % SO2 и 0,03 % NOx, оборудована двумя ускорителями мощностью 80 кВт каждый с ускоряющим напряжением 700 - 800 кВ.

Доза излучения варьируется от 7,5 до 20 кГр, степень очистки от обоих компонентов достигает 90 % при температуре газов 90 оС. Следует отметить, что в США к 1995 г. Были оборудованы системами сероулавливания электростанции суммарной мощностью свыше 90 тыс. МВт. Стоимость ТЭС на угле с сероочисткой превышает 2000 долл/кВт, из этой суммы около 25 % приходится на системы очистки дымовых газов от оксидов серы и азота.

Возможности и планы российской энергетики более скромные: в течение ближайших 5 - 7 лет предполагается сооружение сероулавливающих установок пока на десяти крупных угольных ТЭС.

На Дорогобужской ТЭЦ ОАО «Смоленскэнерго» организован демонстрационно-испытательный центр (ДИЦ) по отработке различных природоохранных технологий (см. «Энерго-пресс» № 21/88), ДИЦ распологает опытно-промышленной сероулавливающей установкой, на которой было запланировано в период до 2001 г. провести испытания ряда методов очистки дымовых газов, в том числе: аммиачно-циклического, упрощенной мокро-сухой сероочистки с использованием для ее осуществления корпусов электрофильтров, сухой сероочистки, аммиачно-сульфатной мокрой сероочистки, сульфатно-магниевой мокрой сероочистки, селективного некаталитического восстановления оксидов азота, двухзонной электрогазоочистки, комбинированного электрогазофильтрационного золоулавливания.

4.11.2 Мокрый известняковый (известковый) способ

Этот нециклический процесс наиболее разработан и является самым распространенным на электростанциях США, Японии, Германии и др. он обеспечивает очистку газов от SO2 на 90%. В нашей стране известняковый способ реализован на агломерационной фабрике Магнитогорского металлургического комбината, опытно-промышленных установках Северо-Донецкой и Губкинской ТЭЦ.

Метод основан на нейтрализации сернистой кислоты, получающейся в результате растворения диоксида серы, наиболее дешевыми щелочными реагентами - гидратом оксида кальция (известью) или карбонатом кальция (известняком). В результате этих реакций получается сульфит кальция, частично окисляющийся в сульфат CaSO4. В большинстве установок, построенных в 60-е и 70-е годы, продукты нейтрализации не использовались и направлялись в отвал. В последние годы этот способ усовершенствовали: сульфит доокисляется до сульфата кальция и используется после соответствующей термической обработки в качестве строительного материала (гипса).

При всех мокрых способах очистки дымовых газов от оксидов серы температура уходящих газов понижается от 130 до 50 оС. Подогрев обычно осуществляется газообразным топливом или теплотой неочищенных газов. Количество затрачиваемого топлива составляет около 3% топлива, расходуемого на котел. Подогрев газов осуществляется для обеспечения рассеивания после выхода их из дымовой трубы.

Одним из сложных процессов при очистке дымовых газов мокрыми методами является эффективное улавливание брызг орошающего раствора из газов, выбрасываемых в атмосферу. Капли суспензии, орошающей скруббер и содержащей много взвешенных частиц, осаждаясь на поверхности элементов брызгоуловителей, образуют с течением времени отложения, увеличивающие гидравлическое сопротивление аппаратов и требующие периодической очистки.

В последние годы в Германии, Японии и других странах для борьбы с отложениями к реагентам, особенно на базе извести, применяют добавки, например небольшое количество карбоновой кислоты. Эти добавки позволяют получать не суспензию, а прозрачный раствор извести, в результате удается избежать основной трудности при эксплуатации известковых установок, заключающейся в значительных твердых отложениях на стенках скруббера.

4.11.3 Мокросухой способ

Этот нециклический способ нашел широкое распространение в странах Западной Европы и США главным образом при сжигании углей с содержанием серы от 0,5 до 1,5 %. В основе метода поглощение диоксида серы дымовых газов испаряющимися каплями известкового раствора. Эффективность сероулавливания более 90 %.

Преимуществами мокросухого способа очистки дымовых газов от SO2 являются:

- получение продукта в сухом виде;

- отсутствие сточных вод;

- высокая степень использования реагента;

- умеренное аэродинамическое сопротивление системы.

Недостаток этого способа заключается в отказе от использования дешевого известняка и применение высококачественной извести.

4.11.4 Магнезитовый циклический способ

Магнезитовый циклический способ наиболее подробно изучен. Способ испытан на опытно-промышленной установке Северо-Донецкой ТЭЦ. Любой циклический способ несоизмерим по громоздкости с нециклическими вариантами. Сущность этого способа заключается в связывании диоксида серы суспензией оксида магния по реакции:

MgO + SO2=MgSO3

Cульфит магния взаимодействует с диоксидом серы, образуя бисульфит магния:

MgSO3 + SO2 + НО2 = Mg(НSO3)2

Бисульфит магния нейтрализуется добавлением магнезита:

Mg(НSO3)2 + MgО = 2Mg SO3 + НО2

Образовавшийся сульфит магния в процессе обжига при температуре 800 - 900 оС подвергается термическому разложению с образованием исходных продуктов по реакции:

MgSO3 = MgO + SO2

Оксид магния возвращается в процесс, а концентрированный диоксид серы может быть переработан в серную кислоту или элементарную серу.

Дымовые газы очищаются от оксидов серы до концентрации 0,03 % в скруббере, а образовавшийся раствор бисульфита магния с концентрацией 50 - 70 г/л поступает в циркуляционный сборник, откуда часть раствора подается в напорный бак и возвращается на орошение скруббера, а другая часть - в нейтрализатор для выделения сульфита магния.

Основным недостатком магнезитового циклического способа являются наличие сернокислотного производства и многочисленных операций с твердыми веществами (кристаллами сульфита, золы, оксида магния), что связано с износом оборудования и запылением.

4.11.5 Аммиачно-циклический способ

Аммиачно-циклический способ основан на обратимой реакции, протекающей между растворенным сульфитом и бисульфитом аммония и диоксидом серы, поглощенной из дымовых газов:

(NH4)2SO3 + SO2 = 2NH4HSO3

При температуре 30 - 35 оС эта реакция протекает слева направо, а при кипячении раствора - в обратном направлении.

Аммиачно-циклический способ позволяет получить сжиженный 100 % - ный сернистый ангидрид и сульфат аммония - химические продукты, необходимые народному хозяйству. По этому способу построена опытно-промышленная установка на Дорогобужской ГРЭС.

4.11.6 Озонный способ

Озонный способ одновременной очистки дымовых газов от оксидов серы и азота. Все рассмотренные выше способы позволяют очищать дымовые газы ТЭС только от диоксида серы, а также от хлористых и фтористых соединений. Что же касается оксидов азота, присутствующих в дымовых газах на 90 - 95 % в виде монооксида, то они улавливаются в незначительном количестве. Это объясняется тем, что реакционная способность оксида азота на три порядка меньше по сравнению с реакционной способностью диоксида серы. Озонный способ позволяет производить окисление озоном низших оксидов азота и отчасти серы с последующим связыванием аммиаком.

Этот метод был разработан в СССР и испытан на Молдавской ГРЭС. За рубежом используется в Германии и Японии.

Основные недостатки озонного метода: высокая энергоемкость производства озона, достигающая 6 - 10 % мощности энергоблока и коррозионная агрессивность смеси серной и азотной кислот.

4.11.7 Сухой известняковый (аддитивный) способ

Сухой известняковый (аддитивный) способ является наиболее простым и требует наименьших капиталовложений. Сущность способа заключается в добавлении к сжигаемому топливу известняка или доломита в количестве, примерно в 2 раза превышающем стехиометрическое содержание серы в исходном топливе.

В большинстве случаев в горелки подавалась смесь угольной пыли с молотым известняком. В топке при горении угольной пыли известняк (углекислый кальций) диссоциирует на углекислоту и оксид кальция, а последний, двигаясь совместно с продуктами сгорания по газоходам котла, взаимодействует с серным и сернистым ангидридом, образуя сульфид и сульфат кальция. Сульфид и сульфат кальция вместе с золой улавливаются в золоуловителях. Свободный оксид кальция, содержащийся в золе топлива, также связывает оксиды серы. Основным недостатком этого способа очистки газов является образование прочных сульфатносвязанных отложений золы на поверхностях нагрева в области температур 7001000 С.

4.12 Технологические способы подавления оксидов серы

Удаление серного колчедана. В твердом топливе сера содержится в следующих формах: колчедан FeS2, органическая и сульфатная сера. Органическая сера равномерно распределена в массе угля и не может быть удалена путем сухого или мокрого обогащения. Сульфатная сера составляет весьма незначительную часть общей серы. Содержание колчеданной серы для некоторых разновидностей угля очень велико. Например, донецкий уголь содержит 5574 % колчеданной серы от общего его содержания. Поэтому особый интерес приобретает возможность сокращения выброса диоксида серы на ТЭС путем удаления из топлива колчеданной серы, что значительно проще, чем очистка дымовых газов от SO2. Дополнительным преимуществом предварительной очистки топлива от серы является повышение эффективности и надежности котельных установок, снижение коррозии низкотемпературных поверхностей нагрева.

Колчедан (пирит) представляет собой минерал кристаллического строения золотисто-желтого цвета, вкрапленный в уголь. Плотность колчедана составляет 4,855,1 г/см3, т. е. в 2,5 раза больше плотности угля. Колчедан является сырьем для сернокислотных заводов.

Имеется несколько способов извлечения колчеданной серы: с помощью гравитационных, воздушных сепараторов. Такая установка испытана на Каширской ГРЭС. Из подмосковного угля удалось извлечь до 75 % колчедана химическим методом, состоящим из четырех этапов: извлечение, нагревание, химическая обработка пентакарбонилом железа и обогащение (т. е. извлечение колчедана) магнитным способом. Этот метод позволяет удалить 85 % колчеданной серы.

4.13 Разработка и анализ мероприятий по совершенствованию сжигания топлива с целью снижения выбросов

Состояние окружающей среды во всем мире сейчас, как никогда ранее, требует совершенствования не только технологических, но и экологических характеристик ТЭС.

Энергетика нуждается в коренной технологической модернизации в части решения научных и практических задач по снижению негативного влияния ТЭС на окружающую среду.

Известно, что основой нашей энергетики являются ТЭС. В подавляющем большинстве случаев котлоагрегаты станции работают на серосодержащем топливе. При его сжигании входящая в состав топлива сера вступает в реакцию с кислородом и образует диоксид SO2 и триоксид SO3 серы, которые при отсутствии очистки выбрасываются с дымовыми газами в атмосферу. Негативное влияние серосодержащих и других вредных компонентов дымовых газов ТЭС на здоровье населения, флору и фауну, строительные объекты и народнохозяйственные сооружения не ограничивается близлежащей к ТЭС территорией, а распространяется на сотни и тысячи километров.

Ужесточение экологических норм предъявляет жесткие требования к устанавливаемому энергетическому оборудованию, в связи с этим инвестирование на техническое перевооружение действующих ТЭС возможно только с установкой экологически чистого оборудования или же размещения на промплощадках установок по пылеподавлению, сероочистки и подавлению окислов азота. Поскольку стоимость газоочистного оборудования составляет до 40 % от стоимости основного оборудования ТЭС, а также из-за отсутствия свободных площадей на существующей площадке электростанции оснащения котельных установок серо- и азотоочистками не представляется возможным. Решение этой проблемы - в освоении новых технологий сжигания твердого низкосортного топлива в котлоагрегатах, использовании новых типов горелок, газотурбинных надстроек, а также других технологий и средств.

5. Безопасность проектируемого объекта

Введение

Повышенное внимание к проблеме безопасности объясняется целым рядом факторов. Одним из основных направлений обеспечения безопасности человека, помимо экологических аспектов и резкого роста вероятности несчастных случаев в быту, остается профилактика производственного травматизма. С применением новых технологий, увеличением мощности производственных объектов, усложнением технических комплексов и систем проблема безопасности человека становится актуальной.

Эффективность труда, прежде всего, определяется точностью восприятия информации, скоростью ее переработки, правильностью принимаемых решений и физическими возможностями работника. Продолжительный физический труд, высокая ответственность за принимаемые решения, особенно в условиях дефицита времени или недостатка информации является причиной профессионального стресса, при котором нарушается адекватность реакции человека, ухудшается качество его деятельности, снижается уровень здоровья и растет производственный травматизм.

Основными нормативными документами являются:

· Конституция РФ: статья 7 "В РФ охраняется труд и здоровье людей", статья 37 "Труд свободен. Каждый имеет право распоряжаться своими способностями".

· № 197-ФЗ Трудовой кодекс РФ от 30.12.2001.2

· № 116-ФЗ от 20.06.1997 "О промышленной безопасности в РФ".

...