Отраслевые особенности промышленной экологии. Теплоэнергетика

Топливо (уголь) подается к электростанции в железнодорожных вагонах. Оно поступает в разгрузочное устройство, откуда с помощью ленточных транспортеров направляется на склад, где установлен кран-перегружатель. Ленточными транспортерами топливо со склада или от разгрузочного устройства подается к дробилкам 1, где измельчается до кусков размером не более 15 мм. Измельченное топливо поступает в бункеры сырого угля, откуда с помощью питателей сырого угля оно подается в углеразмольные мельницы 2, где происходит его размол. Размолотый продукт воздухом транспортируется в сепаратор пыли 3, где осуществляется отделение тонких фракции от крупных. Крупные фракции поступают вновь в мельницу, а тонкие — в циклон 4а. Из циклона пыль по пылевым шнекам направляется в бункер пыли 4б, а воздух по трубопроводу — на всас мельничного вентилятора. Из бункера пыли смесь пыли и воздуха пылепитателями подается в горелки котла. Паровой котел включает в себя топочную камеру 5, пароперегреватель 6, водяной экономайзер 7 и воздухоподогреватель 8. Воздух в котел подается дутьевым вентилятором. Дымовые газы от котла отводятся в золоуловитель 9 и дымососом сбрасываются в дымовую трубу 10. Зола и шлак от котла по шлако- и золосмывным каналам отводятся на золоотвал 11, расположенный за территорией станции.

Пар от котла по паропроводам направляется к паровой турбине 12, вал шторой соединен с электрическим генератором 13. Пар промежуточного перегрева подводится и отводится по трубопроводам. Под турбиной расположен конденсатор 15, где происходит конденсация отработавшего в турбине пара. Конденсат из конденсатора откачивается конденсатными насосами, прокачивается через регенеративные подогреватели низкого давления 16а и подается в деаэратор 17. В деаэраторе происходит удаление из воды агрессивных газов. Вода из деаэратора поступает в бак-аккумулятор, а из него — к питательным насосам. Под давлением, создаваемым питательными насосами, питательная вода прокачивается через регенеративные подогреватели высокого давления 16б, где подогревается паром, отбираемым из турбины, и по трубопроводам поступает в водяной экономайзер котла.

Для подачи воды на охлаждение пара в конденсаторах и другие нужды на берегу водоисточника устанавливается  насосная станция 19. оснащенная очистными устройствами 20 и насосами. Подвод и отвод охлаждающей воды осуществляется по трубопроводам. Охлаждающая вода часто сбрасывается в водоисточник из которого она забиралась. На очистных сооружениях также очищается вода, загрязненная нефтепродуктами, которая образуется на ТЭС при мытье и ремонте оборудования. Для очистки добавочной воды цикла электростанции предусмотрены фильтры химического обессоливания 21. Отпуск теплоты потребителям с горячей водой производится от сетевых подогревателей 18.

Технологическая схема  производства включает в себя также  электрическое распределительное устройство собственных нужд, электрические мостовые краны для обслуживания оборудования и повышающие электрические трансформаторы 14 для отвода электроэнергии.[7]

На современных ТЭС  используется перегретый пар с температурой 540—560 °С и давлением до 23,5 МПа. Поэтому предъявляются высокие требования к применяемым для изготовления оборудования, трубопроводов и арматуры материалам, а также к управлению режимами работы оборудования, которое осуществляется на современных ТЭС управляющими вычислительными машинами.

Глава 3. Воздействие  отрасли на окружающую среду.

Развитие теплоэнергетики  оказывает воздействие на различные  компоненты природной среды: на атмосферу (потребление кислорода воздуха, выбросы газов, паров, твёрдых частиц), на гидросферу (потребление воды, переброска стоков, создание новых водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов), на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение водного баланса, изменение ландшафта, выбросы на поверхности и в недра твёрдых, жидких и газообразных токсичных веществ).

Взаимодействие теплоэнергетики  и окружающей среды происходит во всех стадиях иерархии топливно-энергетического  комплекса: добыче, переработке, транспортировке, преобразование и использование  тепловой энергии.

Это взаимодействие обусловлено как способами добычи, переработки и транспортировки ресурсов, связанных с воздействием на структуру и ландшафты литосферы, потребление и загрязнение вод морей, озёр, рек, изменением баланса грунтовых вод, выделением теплоты, так и использованием тепловой энергии от источников.

Наибольшее загрязнение  атмосферного воздуха происходит вследствие выбросов в атмосферу вредных  веществ при работе энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, мазут, дизельное топливо, уголь). Одним из основных и самых крупномасштабных источников загрязнения атмосферы являются ТЭЦ: на их долю приходится около 14 процентов общего загрязнения атмосферы техническими средствами.

Различные компоненты продуктов  сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу, гидросферу, литосферу и во время пребывания ведущие себя по-разному (изменяется t, свойства) называются примесными выбросами.

При выходе в атмосферу, эти выбросы содержат продукты реакций  в твёрдой, жидкой и газообразной фазах. После их выпадения могут проявляться в виде: осаждения тяжёлых фракций, распада на компоненты по массе и размерам, химических реакций с компонентами воздуха, взаимодействием с воздушными течениями, с облаками, с атмосферными осадками, фотохимические реакции. В результате, состав выбросов может существенно измениться, могут появиться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от данных.

Отрицательное влияние ТЭЦ на окружающую среду в значительной степени связано с расходованием больших количеств кислорода на горение топлива и выбросом в атмосферу углекислого газа: при современном топливном балансе потребление кислорода на сжигание топлива примерно в 5 раз превосходит его потребление всем населением Земли; а также с повышением температуры окружающего воздуха - тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Кроме того, ТЭЦ, использующие органическое топливо, загрязняют окружающую среду окислами азота, серы, углерода, а также углеводородами. Особенно опасны окислы азота, обладающие свойством канцерогенности, сернистый ангидрид, поскольку они переносятся на большие расстояния и осаждаются, в частности, с осадками на поверхность земли, загрязняя гидросферу и литосферу. Одним из особенно ярких проявлений этой картины являются кислотные дожди. Эти дожди образуются вследствие поступлений от сгорающего топлива и уходящих в атмосферу на большую высоту дымовых газами в, основном двуокиси серы и окислов азота. Получающиеся при этом в атмосфере слабые растворы серной и азотной кислоты могут выпадать в виде осадков иногда через несколько дней в сотнях километров от источника выделения.

В выбросах ТЭЦ содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭЦ мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем.

В атмосферу поступает  вся теплота, внесенная топливом либо на самой ТЭС, либо у потребителей энергии. Главная часть (около 50%) теплоты топлива удаляется через охлаждающие устройства циркуляционной воды. В случае прямоточного водоснабжения теплота с циркуляционной водой сбрасывается в гидросферу (реки, озера); 5—7% теплоты удаляется с дымовыми газами из дымовой трубы. Остальное количество теплоты выделяется у потребителей электроэнергии и теплоты.

В районе расположения крупной  ТЭС в воздушный бассейн попадают шумы в основном от источников, расположенных на открытом воздухе. Сюда относятся периодические сбросы пара через предохранительные клапаны, постоянный шум от повышающих трансформаторов. Особенно вреден шум от осевых дымососов, который может распространяться на большой район из устья дымовой трубы .

На окружающую среду  могут оказывать некоторое влияние  электромагнитные поля высоковольтных линий электропередачи между  ТЭС и потребителями электроэнергии.

В выбросах ТЭЦ присутствуют также радиоактивные элементы. Имеются  данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности. Это обусловлено выбросами естественных радиоактивных веществ, содержащихся в каменном угле. Выбросы при сжигании угля представляют собой долгоживущие радиоактивные вещества, излучающие альфа-частицы, и поэтому их биологическая опасность выше, чем от выбросов АЭС. Кроме того, угольная зола содержит в себе большое количество токсичных металлов, таких как марганец, ртуть, никель, ванадий. Токсичные металлы приводят к возникновению проблемы долговременного заражения местности. В целом индивидуальные дозы облучения для всего населения и от ТЭЦ и АЭС приблизительно одинаковы.

Показатели загрязнений  окружающей среды зависят от вида применяемого на ТЭЦ топлива. Очевидно, что для оценки экологичности теплоэнергетики важное значение имеет структура топливного баланса тепловых электростанций. В топливном балансе ТЭЦ во всем мире в целом доминирующее положение занимает уголь. Так, уголь составляет свыше 70% топлива, потребляемого в электроэнергетике в странах-членах организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР). Хотя в России угля сжигается меньше, чем природного газа, именно уголь, при существующих способах его сжигания, определяет в основном негативные экологические эффекты. Кроме того, сжигаемый на тепловых электростанциях России энергетический уголь как правило имеет низкое качество: высокая зольность и влажность угля при практическом отсутствии обогащения вызывают значительные технические и экологические трудности при его сжигания в котлах.

Серьезные проблемы связаны  с твердыми отходами ТЭЦ - золой и  шлаками. Хотя зола в основной массе  улавливается различными фильтрами, все  же в атмосферу в виде выбросов ТЭЦ ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков, а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

Кроме того, тепловые электростанции, работающие на каменном угле, создают  значительные золоотвалы. Так, например, золоотвалы ТЭЦ мощностью в 1 ГВт  ежегодно занимают площадь 0,5 км2 при  высоте в 2 м, которые долгое время  не используются и являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности. Золоотвалы, в большинстве своём, очень плохо оборудованы и зола разносится на значительные расстояния. Кроме того, что зола загрязняет атмосферу, оседая на землю она скапливается, покрывая поверхность почвы плотным слоем, что способствует образованию техногенных пустынь.

Перевод установок на жидкое топливо уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы SO2, так как в мазуте содержится около 2% серы.

В таблице 3.1. приведены  данные по выбросам в атмосферу загрязняющих веществ в теплоэнергетике.[8]

   Таблица 3.1. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу (тысяч тонн).

ТЭЦ - существенный источник подогретых вод, которые используются здесь как охлаждающий агент. Эти воды нередко попадают в реки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязнение и сопутствующие ему цепные природные реакции (размножение водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превращение типично водных экосистем в болотные и т. п.).

ТЭЦ является причиной возникающего в крупных промышленных городах  смога: недопустимого загрязнения  обитаемой человеком наружной воздушной  среды, вследствие выделения в неё  указанными источниками вредных веществ при неблагоприятных погодных условиях.

Характерные виды и источники  воздействия, номенклатура загрязняющих веществ приведена в таблице 3.2.

Таблица3.2 Источники, виды и номенклатура загрязняющих веществ  ТЭС