Идентификация опасностей при загрязнении атмосферы объектами теплоэнергетики

Опасность – потенциальная возможность  возникновения процессов или  явлений, способных вызвать поражение  людей, наносить материальный ущерб  и разрушительно воздействовать на окружающую атмосферу.

Опасность различается по следующим видам:

1. естественного происхождения;
2. технологического происхождения;
3. антропогенного происхождения.

Опасность естественного происхождения  возникают при изменении погодных условий, естественного освещения в биосфере, а также от стихийных явлений, происходящих в биосфере (землетрясения, наводнения и др.).

Большую опасность представляет собой высокую  активность солнца. Одним из природных видов опасности является грозовые разряды.

Грозовой  разряд – электрический разряд в  атмосфере между разноименно  заряженными частицами облака, соседними  облаками и между облаком и  землей. Грозовые разряды, молнии, могут  поражать здания или сооружения прямым ударом. Поражение прямым ударом молнии зданий и сооружений, не имеющий  эклектрического соединения с землей или выполненных из токопроводящих материалов, сопровождаются полным или  частичным разрушением их конструктивных элементов.

Под вторичным воздействием молнии подразумевается: появление разности потенциалов  на конструкциях, трубопроводах, электрокабелях и электропроводах внутри помещений, не подвергших прямому удару.

Большую опасность представляет собой высокую  активность солнца. Одним из природных  видов опасности является грозовые разряды.

Грозовой  разряд – электрический разряд в  атмосфере между разноименно  заряженными частицами облака, соседними  облаками и между облаком и  землей. Грозовые разряды, молнии, могут  поражать здания или сооружения прямым ударом. Поражение прямым ударом молнии зданий и сооружений, не имеющий  эклектрического соединения с землей или выполненных из токопроводящих материалов, сопровождаются полным или  частичным разрушением их конструктивных элементов.

Под вторичным воздействием молнии подразумевается: появление разности потенциалов  на конструкциях, трубопроводах, электрокабелях и электропроводах внутри помещений, не подвергших прямому удару.

Технологическая опасность создается в техногенных сферах. К ней относятся: загазованность и запыленность воздуха, шум, вибрация, электрические поля, атмосферное давление, температура, влажность, движение воздуха, недостаточная или пониженная освещенность, монотонность деятельности, тяжелый физический труд.

К травмирующим факторам относятся: электрический  ток, подающие предметы с высоты, части  разрушавшихся зданий и конструкций.

Антропогенные опасности связанны с деятельностью человека. Ошибки по вине человека могут происходить на отдыхе, в быту, в сфере производственной деятельности, в чрезвычайных ситуациях, при общении людей друг с другом, при управлении экономики и в результате осуществления государственной деятельности.

Причины ошибок зависят от психологической  структуры деятельности операторов (ошибки восприятия – не узнал, не обнаружил; ошибки памяти  забыл, не запомнил, не сумел восстановить; ошибки мышления – не понял, не предусмотрел, не обобщил; ошибки принятия решений – ответные реакции) и виды этих деятельностей, от недостатка навыка и структуры  внимания.

Для идентификации (определения) опасности  предложена качественная классификации  по двухуровневой схеме.

В первой группе (I уровень) опасности классифицируются по происхождению, по параметрам и зонам воздействия, а именно:

• вид потока, образующего опасность;

•  интенсивность (уровень) воздействия  опасности;

• длительность воздействия опасности  на объект защиты;

•  вид зоны воздействия опасностей;

• размеры зон воздействия опасности;

• степень завершенности процесса воздействия опасности на объект защиты.

Во  вторую группу (II уровень) классификации опасностей целесообразно свести признаки, связанные со свойствами объекта защиты, а именно:

• способность объекта защиты различать  опасности;

•  вид влияния негативного воздействия  опасности на объект защиты;

• численность лиц, подверженных воздействию  опасности.

1.1 Характеристика объектов теплоэнергетики

Тепловой электрической станцией называется комплекс оборудования и устройств, преобразующих энергию топлива в электрическую и (в общем случае) тепловую энергию.

Тепловые электростанции характеризуются  большим разнообразием и их можно  классифицировать по различным признакам.

1.  По назначению и виду отпускаемой энергии электростанции разделяются на районные и промышленные.

Районные электростанции — это самостоятельные электростанции общего пользования, которые обслуживают все виды потребителей района (промышленные предприятия, транспорт, население и т.д.). Районные конденсационные электростанции, вырабатывающие в основном электроэнергию, часто сохраняют за собой историческое название — ГРЭС (государственные районные электростанции). Районные электростанции, вырабатывающие электрическую и тепловую энергию (в виде пара или горячей воды), называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Как правило, ГРЭС и районные ТЭЦ имеют мощность более 1 млн кВт.

Промышленные электростанции — это электростанции, обслуживающие тепловой и электрической энергией конкретные производственные предприятия или их комплекс, например завод по производству химической продукции. Промышленные электростанции входят в состав тех промышленных предприятий, которые они обслуживают. Их мощность определяется потребностями промышленных предприятий в тепловой и электрической энергии и, как правило, она существенно меньше, чем районных ТЭС. Часто промышленные электростанции работают на общую электрическую сеть, но не подчиняются диспетчеру энергосистемы. Ниже рассматриваются только районные электростанции.

2.  По виду используемого топлива тепловые электростанции разделяются на электростанции, работающие на органическом топливе и ядерном горючем.

За конденсационными электростанциями, работающими на органическом топливе, во времена, когда еще не было атомных электростанций (АЭС), исторически сложилось название тепловых (ТЭС — тепловая электрическая станция). Именно в таком смысле ниже будет употребляться этот термин, хотя и ТЭЦ, и АЭС, и газотурбинные электростанции (ГТЭС), и парогазовые электростанции (ПГЭС) также являются тепловыми электростанциями, работающими на принципе преобразования тепловой энергии в электрическую.

В качестве органического топлива  для ТЭС используют газообразное, жидкое и твердое топливо. Большинство  ТЭС России, особенно в европейской  части, в качестве основного топлива  потребляют природный газ, а в  качестве резервного топлива — мазут, используя последний ввиду его  дороговизны только в крайних  случаях; такие ТЭС называют газомазутными. Во многих регионах, в основном в азиатской части России, основным топливом является энергетический уголь — низкокалорийный уголь или отходы высококалорийного каменного угля (антрацитовый штыб — АШ). Поскольку перед сжиганием такие угли размалываются в специальных мельницах до пылевидного состояния, то такие ТЭС называют пылеугольными.

3.  По типу теплосиловых установок, используемых на ТЭС для преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращения роторов турбоагрегатов, различают паротурбинные, газотурбинные и парогазовые электростанции.

Основой паротурбинных электростанций являются паротурбинные установки (ПТУ), которые для преобразования тепловой энергии в механическую используют самую сложную, самую мощную и чрезвычайно совершенную энергетическую машину — паровую турбину. ПТУ — основной элемент ТЭС, ТЭЦ и АЭС.

Газотурбинные тепловые электростанции (ГТЭС) оснащаются газотурбинными установками(ГТУ), работающими на газообразном или, в крайнем случае, жидком (дизельном) топливе. Поскольку температура газов за ГТУ достаточно высока, то их можно использовать для отпуска тепловой энергии внешнему потребителю. Такие электростанции называют ГТУ-ТЭЦ. В настоящее время в России функционирует одна ГТЭС (ГРЭС-3 им. Классона, г. Электрогорск Московской обл.) мощностью 600 МВт и одна ГТУ-ТЭЦ (в г. Электросталь Московской обл.).

Парогазовые тепловые электростанции комплектуются парогазовыми установками (ПГУ), представляющими комбинацию ГТУ и ПТУ, что позволяет обеспечить высокую экономичность. ПГУ-ТЭС могут выполняться конденсационными (ПГУ-КЭС) и с отпуском тепловой энергии (ПГУ-ТЭЦ). В России имеется только одна работающая ПГУ-ТЭЦ (ПГУ-450Т) мощностью 450 МВт. На Невинномысской ГРЭС работает энергоблок (см. лекцию 7) ПГУ-170 мощностью 170 МВт, а на Южной ТЭЦ Санкт-Петербурга — энергоблок ПГУ- 300 мощностью 300 МВт.

4.  По технологической схеме паропроводов ТЭС делятся на блочные ТЭС и на ТЭС с поперечными связями.

Блочные ТЭС состоят из отдельных, как правило, однотипных энергетических установок — энергоблоков. В энергоблоке каждый котел подает пар только для своей турбины, из которой он возвращается после конденсации только в свой котел. По блочной схеме строят все мощные ГРЭС и ТЭЦ, которые имеют так называемый промежуточный перегрев пара. Работа котлов и турбин на ТЭС с поперечными связями обеспечивается по-другому: все котлы ТЭС подают пар в один общий паропровод (коллектор) и от него питаются все паровые турбины ТЭС. По такой схеме строятся КЭС без промежуточного перегрева и почти все ТЭЦ на докритические начальные параметры пара.

5.  По уровню начального давления различают ТЭС докритического давления исверхкритического давления (СКД).

Критическое давление — это 22,1 МПа (225,6 ат). В российской теплоэнергетике начальные параметры стандартизованы: ТЭС и ТЭЦ строятся на докритическое давление 8,8 и 12,8 МПа (90 и 130 ат), и на СКД — 23,5 МПа (240 ат). ТЭС на сверхкритические параметры по техническим причинам выполняются с промежуточным перегревом и по блочной схеме. Часто ТЭС или ТЭЦ строят в несколько этапов — очередями, параметры которых улучшаются с вводом каждой новой очереди. 

Глава 2

1. Общая характеристика теплоэнергетики с позиции возникновения опасностей

 

К опасным факторам следует  отнести, например:

• загрязнение окружающей среды;
• электромагнитное излучение;
• воздействие шума, инфра- и ультразвука, вибрации;
• производственное освещение;
• аэрозольное загрязнение;

1.  3агрязнение окружающей среды

 Воздействие тепловых электростанций на окружающую среду во многом зависит от вида сжигаемого топлива (твердое и жидкое).

При сжигании твердого топлива в атмосферу поступают летучая зола с частицами недогоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Летучая зола в некоторых случаях содержит помимо нетоксичных составляющих и более вредные примеси. Так, в золе донецких антрацитов в незначительных количествах содержится мышьяк, а в золе Экибастузского и некоторых других месторождений – свободный диоксид кремния, в золе сланцев и углей Канско-Ачинского бассейна – свободный оксид кальция.

Уголь – самое распространенное ископаемое топливо на нашей планете. Специалисты считают, что его запасов хватит на 500 лет. Кроме того, уголь распространен по всему миру более равномерно и он более экономичен, чем нефть. Из угля можно получить синтетическое жидкое топливо. Метод получения горючего путем переработки угля известен давно. Однако слишком высокой была себестоимость такой продукции. Процесс происходит при высоком давлении. У этого топлива есть одно неоспоримое преимущество – у него выше октановое число. Это означает, что экологически оно будет более чистым.

Торф. При энергетическом использовании торфа имеет место ряд отрицательных последствий для окружающей среды, возникающих в результате добычи торфа в широких масштабах. К ним, в частности, относятся нарушение режима водных систем, изменение ландшафта и почвенного покрова в местах торфодобычи, ухудшение качества местных источников пресной воды и загрязнение воздушного бассейна, резкое ухудшение условий существования животных. Значительные экологические трудности возникают и в связи с необходимостью перевозки и хранения торфа.

При сжигании жидкого топлива (мазутов) с дымовыми газами в атмосферный воздух поступают: сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, соединения ванадия, солей натрия, а также вещества, удаляемые с поверхности котлов при чистке. С экологических позиций жидкое топливо более «гигиеничное». При этом полностью отпадает проблема золоотвалов, которые занимают значительные территории, исключают их полезное использование и являются источником постоянных загрязнений атмосферы в районе станции из-за уноса части золы с ветрами. В продуктах сгорания жидких видов топлива отсутствует летучая зола.

Природный газ. При сжигании природного газа существенным загрязнителем атмосферы являются оксиды азота. Однако выброс оксидов азота при сжигании на ТЭС природного газа в среднем на 20% ниже, чем при сжигании угля. Это объясняется не свойствами самого топлива, а особенностями процессов сжигания. Коэффициент избытка воздуха при сжигании угля ниже, чем при сжигании природного газа. Таким образом, природный газ является наиболее экологически чистым видом энергетического топлива и по выделению оксидов азота в процессе горения.

Таким образом, в качестве топлива на тепловых электростанциях  используют уголь, нефть и нефтепродукты, природный газ и, реже, древесину  и торф. Основными компонентами горючих  материалов являются углерод, водород  и кислород, в меньших количествах  содержится сера и азот, присутствуют также следы металлов и их соединений (чаще всего оксиды и сульфиды).

В теплоэнергетике  источником массированных атмосферных  выбросов и крупнотоннажных твердых  отходов являются теплоэлектростанции, предприятия и установки паросилового хозяйства, т. е. любые предприятия, работа которых связана со сжиганием  топлива.