Влияние ТЭС на состояние атмосферного воздуха

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Химия окружающей среды»

на тему:

«Влияние ТЭС на состояние атмосферного воздуха»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение                                                                                                             3

1. Тепловые электростанции                                                                            4

2.1. Влияние вида топлива                                                                                5

2.2. Влияние режима горения                                                                           7

3. Охрана атмосферного воздуха                                                                   10

3.1. Уменьшение количества и улучшение качества сжигаемого топлива                                                                                                            10

3.2. Методы подавления и улавливания вредных компонентов дымовых газов на электростанциях                                                              12

3.3. Рассеивание вредных веществ в атмосфере                                          20

Заключение                                                                                                      22

Список использованной литературы                                                             23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Основу жизни человека составляет окружающая природная среда, а основу современной цивилизации - ископаемые природные ресурсы и вырабатываемая из них энергия. Очевидно, что без энергетики у человечества нет будущего. Но с другой стороны, энергетика оказывает мощное отрицательное воздействие на окружающую среду, ухудшая условия жизни людей. Основу энергетики составляют различные типы электростанций. Почти 70 лет назад при развитии отечественной индустрии ставку сделали на крупные ТЭС. Однако в то время мало кто задумывался о последствиях влияния ТЭС на природу, т.к. первостепенной задачей было получение электрической энергии и тепла. Технология производства электроэнергии на ТЭС с использованием органических топлив связана с превращением практически всех затраченных материальных ресурсов и большей части энергии топлива в отходы, выбрасываемые в окружающую среду. На современном этапе проблема взаимодействия энергетики и окружающей среды приобрела новые черты, распространяя влияние на огромные территории, большинство рек и озёр, громадные объёмы атмосферы и гидросферы Земли. Ещё более значительные масштабы энергопотребления в обозримом будущем предопределяют дальнейшее интенсивное увеличение разнообразных воздействий на все компоненты окружающей среды в глобальных масштабах. Ранее при выборе способов получения электрической и тепловой энергии, путей комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства, транспорта, назначении основных параметров объектов (тип и мощность станции, объем водохранилища и др.) руководствовались в первую очередь минимизацией экономических затрат. В настоящее же время на первый план все более выдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатации объектов энергетики.

1. Тепловые электростанции

 

При сжигании топлива химическая энергия превращается в тепловую энергию пара, которая затем в паровой турбине переходит в механическую энергию, а турбогенератор делает ее уже электрической.

Тепловой КПД обычной ТЭС весьма низкий и составляет 37-39 %. Почти 2/3 тепловой энергии остатков бывшего топлива в буквальном смысле вылетают в трубу, нанося вред окружающей среде.

Предприятия, вырабатывающие как электрическую, так и тепловую энергию, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Электрическая энергия ТЭЦ подается в электросеть, а тепловая– в теплопроводы. На производство электроэнергии тепловыми электростанциями расходуется менее четверти всех добываемых горючих ископаемых, остальная часть расходуется в основном на получение промышленной и бытовой тепловой энергии.

При сжигании органического топлива в топках промышленных и коммунальных котлоагрегатах и теплогенераторах производится тепловая энергия: водяной пар или горячая вода на отопление или горячее водоснабжение.

Тепловые   электростанции   и  теплоэлектроцентрали, вырабатывающие электрическую и тепловую энергию на базе сжигания органических  видов топлива, оказывают значительное отрицательное воздействие  на   окружающую среду. С  дымовыми газами электростанций в воздушный бассейн выбрасывается большое число твердых  и газообразных  загрязняющих веществ, среди которых такие вредные вещества как зола, оксиды углерода, серы и  азота. Помимо этого  в воздушный бассейн попадает огромное количество диоксид а углерода и водяных паров . При  сжигании  твердого,  жидкого и газообразного топлива вся его  масса превращается в отходы, причем количество  продуктов сгорания в несколько раз превышает массу использованного топлива за  счет  включения азота и  кислорода (количество отходов в 5 раз больше массы исходного топлива при сжигании газа, в 4 раза больше при сжигании угля).

Существенное влияние на состав образующихся вредных веществ при сжигании топлива оказывают его вид и режим горения.

 

 

 

2.1. Влияние вида топлива

 

На тепловых электростанциях используется твердое, жидкое и

газообразное топливо. В качестве твердого топлива в теплоэнергетике используют угли (бурые, каменные, антрацитовый штыб), горючие сланцы и торф.

Горючая часть топлива включает органическую, состоящую из углерода, водорода, кислорода, органической серы, и неорганическую части (в состав горючей части топлива ряда месторождений входит пиритная сера FeS2).

Негорючая (минеральная) часть топлива состоит из влаги и золы. Основная часть  минеральной составляющей топлива переходит в про цессе сжигания в летучую золу, уносимую дымовыми газами.

Другая часть в зависимости от конструкции топки и физических особенностей минеральной составляющей топлива может превращаться в шлак.

Зольность отечественных углей колеблется в широких  пределах (10-55 %). Соответственно изменяется и запыленность дымо вых газо в, достигая для высокозо льных углей 60-70 г/м3.

Химический состав зо лы твердого топлива достаточно разнообразен. Обычно зола состоит из оксидов кремния, алюминия, титана, калия, натрия, железа, кальция, магния. Кальций в золе может присутствовать в виде свободного оксида, а также в составе силикатов, сул ьфатов и других соединений. Более детальные  анализы минеральной части твердых топлив показывают, ч то в золе в небольших количествах могут быть и другие элементы, например, германий, бор, мышьяк, ванадий , марганец, цинк, уран, серебро, ртуть, фтор, хлор. Микропримеси перечисленных элементов распределяются в различных (по р азмерам частиц) фракциях летучей золы неравномерно, и обычно их содержание увеличивается с уменьшением размеро в этих частиц. В составе золы твердых видов топлива могут присутствовать радиоактивные изотопы калия, урана и бария.  

Эти выбросы практически не влияют на радиационную обстановку  в районе ТЭС, хотя их общее количество может превышать выбросы радио активных аэрозолей на АЭС той же мощности.

Твердое топливо  может содержать серу  в составе молекул органической части топлива, в виде пиритной серы и в виде сульфатов в минеральной  части. Соединения серы  в результате  горения превращаются в оксиды серы, причем около 99 % составляет сернистый ангидрид SO2. Сернистость углей в зависимости от месторождения составляет 0,3-6,0 %.  Наибольшую  сернистость  имеют  топлива европейской части, сибир ские угли имеют небольшое содержание серы.

Сернистость горючих сланцев достигает 1,4-1,7 %, торфа – 0,1 %.

В качестве жидкого топлива в тепло энергетике применяются мазут,

сланцевое масло, дизельное топливо.

В состав золы мазута входят пентаоксид ванадия (V2О5), а также Ni2O3, А12О3, Fe2O3, SiO2, МgО и другие оксиды. Зольность мазута не превышает 0,3 %. При полном его сгорании содержание твердых частиц в дымовых газах составляет около 0,1 г/м3, однако это значение резко возрастает в период очистки поверхностей нагрева котлов от наружных отложений.

В жидком топливе отсутствует пиритная сера (FeS2). Сера в мазуте находится преимущественно в виде  органических соединений, элементарной серы и сероводорода. Ее содержание  зависит от сернистости нефти, из которой он получен. В мазуте, сжигаемом в

котельных  и на ТЭЦ, содержится много  сернистых  соединений. При переработке высо косернистой нефти только 5-15 % серы переходит в дистилляционные продукты, остальная часть серы остается в мазуте, сжигание которого  в больших количествах на установках нефтеперерабатывающих заводов и крупных ТЭЦ,  расположенных вблизи них, связано  с большой концентрацией оксидов серы в отходящих дымовых газах.

 Газообразное т опливо представляет собой наиболее «чистое» органическое топливо, так как при его полном сгорании из токсичных веществ образуются только  оксиды азота. При неполном сгорании в выбросах присутствует и оксид углерода (СО).

ТЭС на природном газе экологически чище угольных, мазутных и сланцевых, но нельзя забывать о вреде, который наносит природе добыча газа и прокладка тысячекилометровых трубопроводов, особенно в северных районах страны, где сосредоточены месторождения газа (ущерб тайге, тундре, оленеводству).

 

 

 

2.2. Влияние режима горения

 

При сжигании ор ганического топлива различают 4 режима горения:

· нейтральное (стехиометрическое или полное сгорание топлива при коэффициенте избытка воздуха a=1),

· окислительное (полное сгорание при небольшом избытке воздуха a>1),

· восстановительное (непо лное сгорание при недостатке воздуха

a<1),

· смешанное (окислительно-восстановительное, характерное для горения твердого топлива при неравномерном взаимодействии поверхностей его частиц с воздухом, когда a>1).

Перечисленные факторы влияют на выброс всех вредных веществ, содержащихся в дымовых газах – золы, о ксидов азо та, углерода, сер ы, оксидов ванадия.

Диоксид углерода и пары воды – основные по массе отходы про изводства –  поступают  в атмосферу, включ аются в природные циклы и поглощаются растительностью в процессе синтеза органических соединений и регенерации кислорода. В это м качестве эти отходы нельзя признать вредными. Однако  масштабы испо льзования органического топлива и соответственно выброса диоксида углер ода по неко торым  оценкам превышают регенерационные возможности растительного мира. В результате наблюдается возрастание в атмосфере

удельного  веса диоксида углерода, влияние которого  выражается не только в токсическом действии на живые организмы, но и в способности поглощать инфракрасные лучи.

Зола, оксиды серы, азота и многие другие компоненты дымовых газо в являются  вредными веществами, превышение концентрации которых над санитарными нормами   в воздушном бассейне недопустимо.

Количество твердых веществ, выбрасываемых в атмо сферу, опр еделяется зольностью топлива, полнотой сгорания горючей массы, глубиной золоочистки.

При горении сера, присутствующая в органическом топливе, превращается в диоксид  серы, количество  которого определяется сернистостью используемо го топлива.

Оксиды азота  образуются при горении за счет окисления азота воздуха только  при высоких температурах  и за счет азота сложных органических соединений, находящихся в топливе. В оксид азота (II) NO переходит 10-30 % топливного азота. На выходе из дымовой трубы диоксид азота (NO2) составляет 10-15 %, остальные 85-90 % составляет в основном NO. Далее при движении дымового  факела в атмосфере количество  диоксида азота увеличивается до  60-70 %. Диоксид азота токсичнее, чем оксид.

В результате сложных реакций в диапазоне температур 700-800 оС при недостаточном количестве кислорода, подаваемого в зону горения, в дымовых газах образуется полициклический углево дород бенз(а)пирен С20Н16, обладающий канцерогенными свойствами. Агрегатное состояние бенз(а)пирена в дымовых газах – аэрозо льное.

При неполном    сгорании жидкого топлива в дымовых газах образуются крупнодиспер сные липучие  частицы саж и, состоящие преимущественно из углерода. Сажа  способна  адсорбировать бенз(а)пирен, в результате чего ее частицы приобретают канцерогенные

свойства.

К вредным воздействиям  ТЭС  следует  отнести и выбросы теплоты, приводящие к тепловому  загрязнению окружающей среды. Энергетический баланс угольной ТЭС складывается таким образом, что потребителю отдается только 30 -35 %  энергии, получ енной при сжигании топлива. Пр имерно 10 % тепло ты уходит в атмосферу с дымовыми газами, а более 50 % отводится в процессе охлаждения конденсаторов турбин либо  водой, забираемой из рек или водоемо в, либо в  градирнях . Пр оисходящее при этом теплово е загрязнение

водоемов при недостаточности защитных мер способно нарушить условия обитания водной флоры и фауны, привести к развитию в водоемах нежелательных биологических процессов (р азрастанию сине- зеленых водорослей и т. п.). Тепловые выбросы ТЭС воздействуют на окружающую среду, меняя микроклимат в районе ее размещения, а при большой мощности ТЭС могут привести также к изменению циркуляции воздушных масс, их температуры и влажности.

Таким образом, участие энергетических предприятий, сжигающих органическое топливо, в загрязнении окружающей среды продуктами сгорания, твердыми отходами и низкопо тенциальным теплом весьма значительно.