Выбор оборудования и расчет тепловой схемы промышленной ТЭЦ

Значительные  площади земель вблизи водохранилищ испытывают подтопление в результате повышения уровня грунтовых вод. Эти земли, переходят в категорию заболоченных. В равнинных условиях подтопленные земли могут составлять 10% и более от затопленных. Уничтожение земель и свойственных им экосистем происходит также в результате их разрушения водой (абразии) при формировании береговой линии. Абразионные циклы обычно продолжаются десятилетиями, имеют следствием переработку больших масс почвогрунтов, загрязнение вод, заиление водохранилищ.

 

 

Основными факторами  воздействия ТЭС на гидросферу являются выбросы теплоты, следствием которых могут быть: постоянное локальное повышение температуры в водоеме; временное повышение температуры; изменение условий ледостава, зимнего гидрологического режима; изменение условий паводков; изменение распределения осадков, испарений, туманов.

На ТЭС  с охлаждающей водой сбрасывается от 4 до 7 кДж теплоты на каждый 1 кВт·ч  выработанной электроэнергии. По санитарным нормам тепловые сбросы не должны повышать собственную температуру водоема более чем на 5° в зимнее время и 3° в летнее.

Источниками загрязнения атмосферы являются производственные стоки и выбросы продуктов сгорания.

К сточным  водам ТЭС относятся следующие  воды: содержащие нефтепродукты, после обмывки поверхностей нагрева паровых котлов, сбросные после установок химической очистки, консервации и промывок оборудования, а также систем гидрозолоудаления.

Количество  сточных вод, содержащих нефтепродукты, не зависит от мощности станции и  типа оборудования, хотя при использовании  жидкого топлива оно несколько выше, чем для ТЭС на твердом топливе. В то же время в основном количество их зависит от качества монтажа и эксплуатации оборудования электростанции.

Совершенствование конструкции оборудования, тщательное соблюдение правил его эксплуатации позволяют снизить до минимальных значений количество поступающих в сточные воды нефтепродуктов, а применение различного типа ловушек и отстойников позволяет исключить их попадание в окружающую среду.

Загрязняющие  примеси выбросов электростанций воздействуют на биосферу района расположения предприятия, подвергаются различным превращениям и взаимодействиям, а также осаждаются, вымываются атмосферными осадками, поступают в почву и водоемы. Кроме основных компонентов, образующихся в результате сжигания органического топлива (углекислого газа и воды), выбросы ТЭС содержат пылевые частицы различного состава, оксиды серы, оксиды азота, фтористые соединения, оксиды металлов, газообразные продукты неполного сгорания топлива. Их поступление в воздушную среду наносит большой ущерб, как всем основным компонентам биосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, транспорту и населению городов. Наличие пылевых частиц, оксидов серы обусловлено содержанием в топливе минеральных примесей, а наличие оксидов азота – частичным окислением азота воздуха в высокотемпературном пламени.

Наиболее  высокой биологической активностью  обладает диоксид азота ( ), который оказывает раздражающее действие на дыхательные пути и слизистую оболочку глаза. Также большую экологическую опасность для человека представляют тяжелые металлы. Попадая в организм в больших количествах, в течение короткого времени они могут вызвать острое отравление, а при хроническом воздействии малых доз в течение продолжительного времени может проявиться канцерогенное действие мышьяка, хрома, никеля и т.д. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материа

 

лы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи угольных ТЭС.

Наряду с  увеличением углекислого газа, происходит уменьшение доли кислорода в атмосфере, который расходуется на сжигание топлива на тепловых станциях.

Воздействие на животный и растительный мир оказывает  загрязнение атмосферы окисью серы ( ), которая разрушает хлорофилл растений, может привести к повреждениям листьев и хвои. Воздействие окиси углерода ( ) на человека и животных состоит в том, что она, соединяясь с гемоглобином крови, очень быстро лишает организм кислорода и приводит к нарушению нервной системы. Оксиды азота снижают прозрачность атмосферы и способствуют образованию смога. Токсичностью отличается пентаксид ванадия ( ), входящий в состав золы мазута. Это вещество вызывает раздражение дыхательных путей у человека и животных, расстройство кровообращения и нервной системы, а также нарушение обмена веществ.

Бенз(а)пирен - своеобразный канцероген, который  способен вызывать онкологические заболевания. Поэтому проектирование и сооружение электростанций ведутся с соблюдением требований по предельно допустимым концентрациям основных выбросов, загрязняющих атмосферу отходящими газами предприятий в атмосферном воздухе на уровне дыхания человека (таблица 1).

Предельно допустимой признана такая концентрация, которая  не оказывает на человека прямого  или косвенного вредного и неприятного  действия, не снижает работоспособности, не влияет на его самочувствие или настроение. При косвенном действии учитывалось влияние загрязняющих веществ на микроклимат и зеленые насаждения.

Распространение перечисленных выбросов в атмосферу  зависит от рельефа местности, скорости ветра, перегрева их по отношению к температуре окружающей среды, высоты облачности, фазового состояния осадков и их интенсивности. Взаимодействие выбросов с туманом приводит к образованию устойчивого сильно загрязненного мелкодисперсного облака - смога, наиболее плотного у поверхности земли. Одним из видов воздействия ТЭС на атмосферу является все возрастающее потребление воздуха, необходимого для сжигания топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1. Предельно  допустимая концентрация основных выбросов, загрязняющих атмосферу отходящими газами ТЭС в атмосферном воздухе на уровне дыхания человека.

Наименование вещества	Предельно допустимые концентрации,
	Максимальные разовые	среднесуточные
Зола и пыль Сажа Окись углерода ( ) Двуокись азота ( ) Двуокись серы ( ) Пятиокись ванадия ( )	0,5 0,15 3,0 0,085 0,5	0,15 0,05 1,0 0,085 0,05 0,002

Некоторые пути решения проблем современной  энергетики.

Нужно сказать, что воздействия ТЭС на окружающую среду значительно отличаются по видам топлива (таблица 2). Наиболее «чистое» топливо для тепловых электростанций – газ, как природный, так и получаемый при переработке нефти или в процессе метанового брожения органических веществ. Наиболее «грязное» топливо – горючие сланцы, торф, бурый уголь. При их сжигании образуется больше всего пылевых частиц и оксидов серы. Хотя в настоящее время значительная доля энергии производится за счет относительно чистых видов топлива (газ, нефть), но закономерной является тенденция уменьшения их доли. По имеющимся прогнозам, эти энергоносители потеряют свое ведущее значение уже в первой четверти XXI столетия. Здесь уместно вспомнить высказывание Д. И. Менделеева о недопустимости использования нефти как топлива: «Нефть не топливо - топить можно и ассигнациями». Не исключена вероятность существенного увеличения в мировом энергобалансе использования угля. По имеющимся расчетам, запасы углей таковы, что они могут обеспечивать мировые потребности в энергии в течение 200-300 лет Возможная добыча углей, с учетом разведанных и прогнозных запасов, оценивается более чем в 7 триллионов тонн. При этом более 1/3 мировых запасов углей находится на территории России. Поэтому закономерно ожидать увеличения доли углей или продуктов их переработки (например, газа) в получении энергии, а, следовательно, и в загрязнении среды. Угли содержат от 0,2 до десятков процентов серы в основном в виде пирита, сульфата закисного железа и гипса. Для соединений серы существуют два подхода к решению проблемы минимизации выбросов в атмосферу при сжигании органических топлив:

1) очистка  от соединений серы продуктов  сгорания топлива (сероочистка  дымовых газов);

2) удаление  серы из топлива до его сжигания.

К настоящему времени по обоим направлениям достигнуты определённые результаты. В числе достоинств первого подхода следует назвать его безусловную эффективность – удаляется до 90-95% серы – возможность применения практически вне зависимости от вида топлива. К недостаткам следует отнести большие капита

 

ловложения. Энергетические потери для  ТЭС, связанные с сероочисткой, ориентировочно составляют 3-7%. Основным преимуществом второго пути является то, что очистка осуществляется независимо от режимов работы ТЭС, в то время как установки по сероочистке дымовых газов резко ухудшают экономические показатели электростанций за счёт того, что большую часть времени вынуждены работать в нерасчётном режиме. Установки же по сероочистке топлив можно всегда использовать в номинальном режиме, складируя очищенное топливо.

Проблема  снижения выбросов окислов азота  ТЭС серьезно рассматривается с  конца 60-х годов. В настоящее время по этому вопросу уже накоплен определённый опыт. Можно назвать следующие методы:

1) уменьшение  коэффициента избытка воздуха  (так можно добиться снижения  содержания окислов азота на 25-30%, уменьшив коэффициент избытка  воздуха

с 1,15 - 1,20 до 1,03);

2) разрушение  окислов до нетоксичных составляющих.

Таблица 2. Степень  содержания загрязняющих выбросов для  различных видов топлив.

Топливо	Относительные величины слагаемых общей  вредности дымовых газов энергетических топлив				Суммарная вредность
	Зола
Природный газ	-	-	4,07	-	4,07
Кузнецкий уголь	0,26	1,82	6,66	-	8,74
Мазут,	-	0,76	6,41	1,91	9,08
Донецкий АШ	0,46	3,71	6,90	-	11,07
Назаровский уголь	0,33	3,87	7,56	-	11,76
Мазут,	-	1,53	6,41	3,82	11,76
Донецкий Т	0,38	5,48	6,86	-	12,72
Сланец эстонский	2,59	8,57	8,16	-	19,32
Мазут	-	3,82	6,41	9,54	19.77
Подмосковный уголь	1,12	14,58	7,26	-	22,96
Мазут	-	5,34	6,41	13,36	25,11

Для уменьшения концентрации загрязняющих соединений в приземном слое воздуха котельные  ТЭС оборудуют высокими, до 100-200 и  более метров, дымовыми трубами. Но это приводит также к увеличению площади их рассеивания. В результате крупными промышленными центрами образуются загрязнённые области протяженностью в десятки, а при устойчивом ветре – в сотни километров.

                                                                           Э-470.2011.03.00 ПЗ