Отраслевые особенности промышленной экологии. Теплоэнергетика

Таблица 5.1.  Способы снижения выбросов NO_x для действующих котлов с длительным сроком их последующей эксплуатации

• Для высокоэкономичных  блоков 300-800 МВт на канско-ачинских углях для снижения образования оксидов азота целесообразно использовать оправдавший себя на многих действующих котлах (П-67, БКЗ-500-140) принцип низкотемпературного сжигания.

• При использовании  на блоках 300-500 МВт каменных углей  Кузнецкого бассейна для уменьшения образования NOx, необходимо применять малотоксичные горелки и ступенчатое сжигание топлива. Сочетание этих мероприятий способно обеспечить концентрацию NOx менее 350 мг/м3 и удовлетворить нормы на вновь вводимое оборудование ТЭС.

• При сжигании малореакционных  топлив (АШ и кузнецкий тощий) в  котлах с жидким шлакоудалением, при  наличии на электростанциях природного газа целесообразно организовывать трехступенчатое сжигание с восстановлением NOx в верхней части топки (ребенинг-процесс).

Там, где не удается  с помощью технологических методов  снизить концентрацию NO_x до требуемого уровня, должны применяться системы азотоочистки. Перспективу промышленного применения имеют две азотоочистные технологии: селективного некаталитического восстановления и селективного каталитического восстановления оксидов азота. 
           Для снижения образования оксидов серы следует использовать мокрые известковые и аммиачно-сульфатные или упрощенные мокро-сухие технологии. Первые две целесообразны при приведенной сернистости топлива около 0,15 % кг/МДж, когда необходимо связывание более 90—95 % SO₂, а упрощенная мокросухая технология (уменьшение выбросов SO₂ на 50—70 %) — при сжигании мало- и среднесернистых топлив. 
 Обеспечить требуемую эффективность золоулавливания (концентрация твердых частиц (золы) в дымовых газах после очистки — 50 мг/м³) и отпуск золы потребителю на действующих ТЭС можно с помощью многопольных горизонтальных электрофильтров. 
Электрофильтры со стандартным (непрерывным) режимом электропитания целесообразно применять для улавливания золы канско-ачинских и донецких углей, а с прерывистым и импульсным питанием — для улавливания золы экибастузских и кузнецких углей. Электрофильтры реконструируются так, чтобы их можно было разместить на имеющихся фундаментах. Применение микросекундного питания при улавливании золы кузнецких углей позволяет разместить аппараты в один ярус. 
               В результате планомерного внедрения природоохранных мероприятий на действующих котлах, которые еще останутся в эксплуатации до 2015 г., должны быть достигнуты концентрации вредных веществ, приведенные в табл. 5.2.  
Таблица5.2.Прогнозируемые достижимые максимальные концентрации вредных выбросов для действующего оборудования к 2015 г.

Решение экологических  проблем ТЭС для действующего парка электростанций существенно  отличается от мер, применяемых для  вновь сооружаемых электростанций.  
          В табл. 5.3. содержатся прогнозируемые экологические показатели для вновь сооружаемых угольных блоков ТЭС России до 2030 г. Для их достижения необходимо совершенствовать известные в настоящее время газоочистные технологии и создавать новые, более эффективные. 
          Вновь строящиеся угольные энергоблоки необходимо оснащать полным набором природоохранного оборудования, включая установки для очистки дымовых газов от твердых частиц, оксидов серы (SO₂) и оксидов азота (NO_x). В качестве золоуловителей на новых котлах должны использоваться многопольные электрофильтры, которые способны обеспечить сегодняшние нормы по допустимым выбросам в атмосферу (массовые концентрации золы в дымовых газах после очистки 30— 50 мг/м³). 
Таблица 5.3. Достижимые экологические показатели для вновь сооружаемых угольных блоков ТЭС России

 Дополнительный эффект при сжигании кузнецких и экибастузских углей может быть получен при снижении температуры и кондиционировании дымовых газов. 
           Для использования сложного оборудования в стесненных условиях может применяться двухзонный электрофильтр. Перспективными для использования в энергетике являются комбинированные золоулавливающие аппараты (электрофильтр плюс рукавный фильтр, электрофильтр плюс водяной аппарат для улавливания в том числе и мелких частиц). 
           Для успешного решения проблемы утилизации золошлаковых материалов и нанесения минимального экологического ущерба окружающей среде при разработке систем золошлакоудаления для новых угольных ТЭС должны быть заложены конструктивные решения, направленные на раздельное удаление золы и шлака. Необходимо предусмотреть возможность 100%-го сбора и отгрузки сухой золы (в том числе — по группам фракций), а также максимальную механизацию и автоматизацию всех технологических процессов. 
              Обязательным элементом новых угольных энергоблоков, как уже отмечалось ранее, должны стать установки сероочистки дымовых газов. В настоящее время на зарубежных ТЭС наиболее распространены мокрые известняковые сероочистки, снижающие выбросы SO₂ в среднем на 95 %. На новых российских энергоблоках при сжигании высокосернистых углей для обеспечения принятых и перспективных норм по допустимым выбросам SO₂ необходимо будет использовать такие же схемы или уже внедренную на Дорогобужской ТЭЦ аммиачно-сульфатную технологию сероочистки. 
            При сжигании средне- и малосернистых топлив (к которым относится большинство угольных месторождений в России, включая угли Кузнецкого и Канско-Ачинского бассейнов) достаточно эффективной является менее капиталоемкая упрощенная мокросухая технология сероочистки. В настоящее время исследуются новые технологии сероочисток с более эффективными сорбентами, позволяющими решать проблемы удаления вредных веществ комплексно (в том числе — и тяжелых металлов). 
              Снижение выбросов оксидов азота при сооружении ПГУ, так и при установке мощных пылеугольных котлов осуществляется за счет следующих технологических решений. Нормативные выбросы NO_x при сжигании природного газа в ГТУ могут быть обеспечены путем использования «сухих» камер сгорания последнего поколения. Вероятно, для энергоблоков с ПГУ не потребуется установка азотоочистки выбрасываемых в атмосферу дымовых газов. Сложнее обстоит дело с пылеугольными котлами мощных энергоблоков. Разработанные и проверенные в промышленности технологические методы позволяют в настоящее время уложиться в отечественные нормы по допустимым выбросам NO_x только при сжигании бурых углей, а также каменных углей марок Д и Г. Для других каменных углей, и особенно для антрацитов, задача может быть решена только в результате установки за котлом каталитического реактора и восстановления образовавшихся оксидов азота путем подачи в газовый тракт аминосодержащих реагентов (аммиачной воды или мочевины). 
          В перспективе, учитывая необходимость приближения отечественных норм к европейским (где концентрация NO_x в дымовых газах за угольным котлом не должна превышать 200 мг/м³ при 6 % O₂), придется, очевидно, применить на новых пылеугольных котлах не только комплекс технологических методов (малотоксичные горелки, различные варианты двух- и трехступенчатого сжигания), но и системы азотоочистки дымовых газов от NO_x. Не исключено, что в ближайшие годы появятся новые технологии очистки дымовых газов от NO_x. Например, при установке на новом блоке мокроизвестняковой системы сероочистки, значительное (до 90 %) снижение выбросов NO_x можно будет обеспечить путем вдувания элементарного фосфора P₄ в газоход перед скруббером при температуре 121—280 °С. 
           В области технологий улавливания субмикронных твердых частиц введение вышеназванных требований означает необходимость добавления к сухим электрофильтрам новых аппаратов, позволяющих более эффективно (при приемлемых затратах) улавливать субмикронные частицы: рукавных фильтров, гибридных аппаратов, состоящих из ступени электроочистки и ступени фильтрации, и даже мокрых электрофильтров. Применение перечисленных новых технологий помимо субмикронных твердых частиц позволяет улавливать еще и ртуть, а также ее соединения. Все это необходимо будет учитывать при выборе газоочистного оборудования, поскольку в промышленно развитых странах уже в настоящее время уделяется большое внимание уменьшению выбросов ртути с дымовыми газами ТЭС.[12] 
 На ТЭС должны также предусматриваться технологические решения, обеспечивающие достижение ПДК основных загрязнителей и снижение количества загрязненных стоков в водные бассейны, в частности, от химических промывок оборудования, нефтесодержащих вод, сточных вод систем гидрозоло- и шлакоудаления и водоподготовительных установок. По водоподготовке прогресс достигается переходом на экологически совершенные мембранные технологии и термообессоливающие в условиях вакуума, применение которых позволяет безреагентно на 95% решить проблему солевых стоков ТЭС и в значительной мере упростить проблему сточных вод ТЭС в целом. [13]

Весьма острая экологическая  проблема для энергетиков, связанная с использованием органического топлива, — выбросы в атмосферу основного парникового газа — CO₂. В ЕС уже сейчас введены платежи за повышенные выбросы СО₂ на тепловых электростанциях. 
           Эффективным, в т.ч. и с точки зрения уменьшения выбросов CO₂, является совершенствование процессов производства энергии на ТЭС на основе:

• внедрения угольных энергоблоков на сверхкритические (к.п.д.=41 %) и суперкритические (к.п.д.=46 %) параметры пара;
• внедрения парогазовых установок (к.п.д.=55-60 %);
• применения котлов с циркулирующим кипящим слоем при сжигании низкосортных топлив;
• применения топлив с повышенной теплотворностью и природного газа;
• использования технологий сжигания топлива, использующих кислород.

  Процесс секвестрации углекислоты, образующейся при сжигании органического топлива, состоит из трех основных звеньев: улавливания, транспортировки и захоронения. 
          Процесс улавливания углекислоты может быть организован либо после сжигания топлива (улавливание из дымовых газов), либо до его сжигания (удаление СО₂ в процессе газификации топлива). 
           При улавливании углекислоты могут применяться различные физические или химические методы: криогенное отделение, мембранная сепарация, физическая адсорбция или химическая абсорбция. В перспективе возможно промышленное применение нетрадиционных методы снижения эмиссии СО₂: сжигание топлива в химическом цикле, сухая регенеративная адсорбция и др. 
            Важным перспективным направлением снижения эмиссии CO₂ является его захоронение в земных полостях методами: 
использования пористых структур; использования резервуаров в солях; закачки в действующие нефтяные пласты.

Наилучших результатов  при новом строительстве можно  ожидать от энергоблоков ПГУ с  газификацией угля. Технологически такие установки допускают получение избыточного водорода для использования его в технологических процессах или в качестве топлива для топливных элементов (аналогичные ПГУ мощностью до 500 МВт (но без сепарации и вывода CO₂) уже эксплуатируются на электростанциях, обслуживающих нефтеперерабатывающие заводы. Сырьем для них служат тяжелые нефтяные остатки, а их продукция — электрическая энергия, тепло в виде пара и водород, который используется в процессах нефтепереработки).

Выводы

• Теплоэнергетика – основная отрасль энергетики. В России работает в настоящее время около 600 теплоэлектростанции. На ТЭС вырабатывается около 69% всей электроэнергии и 40% всего тепла.
• В Пермском крае действуют 10 ТЭЦ и 2 ГРЭС.
• Доля отрасли в загрязнении окружающей среды от всей промышленности России и автотранспорта составляет 16%.
• Основные загрязняющие вещества – оксиды серы, азота, углерода, зола, нефтепродуктзагрязненные стоки, радиоактивные изотопы. Основные факторы, влияющие на окружающую среду – тепло, шум.
• Загрязняющие вещества и факторы образуются в ходе таких технологических процессов как сжигание топлива, работа котла и оборудования, охлаждение конденсатора, промывка и ремонт оборудования.
• В настоящее время газовые выбросы не проходят достаточную очистку от оксидов серы и азота, т.к. в России плохо освоены технологии очистки и требуются большие капитальные затраты на установку необходимого оборудования.
• Для выполнения экологического законодательства и программы сдерживания техногенного влияния ТЭС на окружающую среду при увеличении выработки энергии в ближайшее время должны быть внедрены высокотехнологические установки, освоена промышленная эксплуатация новых природоохранных технологий, внедрены мероприятия по снижению вредных выбросов на действующих ТЭС.

Список литературы

1. http://so-ups.ru/index.php?id=ees 20.10.12
2. http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/gres.html 20.10.12
3. Экономическая география России: учебник для студентов вузов/ под ред. Т.Г. Морозовой.-3-е изд. перераб. и доп.-М.: ЮНИТИ-ДАНА,          2007.-479 с.
4. Долгосрочная целевая программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности Пермского края на 2010-2015 годы»
5. http://miningwiki.ru/wiki/%D0%A3%D0%B3%D0%BE%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%BC%D1%8B%D1%88%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C_%D0%A0%D0%BE%D1%81%D1%81%D0%B8%D0%B8 20.10.12
6. http://www.oilcapital.ru/upstream/179277.html 20.10.12
7. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции: учебник для вузов/ Под ред. В.Я.Гиршфельда.-3-еизд.,перераб. и доп.-М.:Энергоатомиздат,          1987.-328 с.
8. http://www.gks.ru/free_doc/new_site/oxrana/tabl/oxr_vibr3.htm  02.11.12
9. Буров В.Д., Дорохов Е.В., Елизаров Д.П. Тепловые электрические станции: учебник для вузов/под ред. В.М. Лавыгина, А.С. Седлова, С.В. Цанева.- 2-е изд. перераб. и доп.-М.: Изд-во МЭИ, 2007.-466 с.
10. Л. А. Рихтер, Д. П. Елизаров, В. М. Лавыгин. Вспомогательное оборудование тепловых электростанций: Учебное пособие для вузов /— М.: Энерго- атомиздат, 1987. — 216 с.
11. http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=3283 16.11.12
12. http://rudocs.exdat.com/docs/index-441260.html?page=6 16.11.2012
13. «Анализ природоохранной деятельности и основные напрвления сокращения негативного воздействия ТЭС на окружающую природную среду». Энергетик, 2006.-№12