Вплив теплових електростанції на навколишнє середовище. Шляхи зниження негативного впливу на навколишнє середовище

У котлі вода нагрівається до температури насичення, випаровується, а утворена з киплячої  (котлової) води насичена пара перегрівається, і з котла перегріта пара (t~540°C) направляється по  трубопроводах у турбіну, де її теплова енергія перетворюється в механічну (тиск 3,5-6,5 кПа), що  передається валу турбіни. Відпрацьована в турбіні пара потрапляє до конденсатора, віддає теплоту охолоджувальній воді і конденсується.

          На сучасних теплових електростанціях з агрегатами одиничної потужності     200 МВт та вище  застосовують проміжний перегрів пари. В цьому випадку турбіна має дві частини: ступінь високого та ступінь низького тиску. Відпрацювавши у ступені високого тиску турбіни, пара  направляється в проміжний перегрівник, де до нього додатково підводиться теплота. Далі пара  знов повертається у турбіну, у частину низького тиску, а з неї потрапляє до конденсатора.

       Проміжний підігрів пари підвищує ККД турбінної установки та підвищує надійність її роботи. З  конденсатора конденсат відкачується конденсатним насосом та, пройшовши підігрівачі низького  тиску (ПНТ), потрапляє у деаератор. Тут він нагрівається парою до температури насичення, при цьому з нього виділяються в атмосферу кисень та вуглекислота для захисту обладнання від корозії. З деаератора деаерована вода, що називається живильною водою, живильним насосом  прокачується через підігрівачі високого тиску (ПВТ) і подається до котла.

Конденсат у ПНТ та деаераторі, а також живильна вода у ПВТ підігріваються парою, що відбирається у турбіни. Такий спосіб підігріву означає повернення (регенерацію) теплоти у цикл і називається регенеративним підігрівом. Завдяки йому зменшується надходження пари до конденсатора, а звідси і кількість теплоти, що передається охолоджувальній воді, що приводить до підвищення ККД паротурбінної установки. Сукупність елементів, що забезпечують конденсатори охолоджувальною водою, називають системою технічного водопостачання. До неї відносяться: джерело водопостачання (річка, водосховище, баштовий охолоджувач – градирня), циркуляційний насос, підвідні та відвідні водопроводи. У конденсаторі охолоджувальній воді передається близько 55% теплоти пари, що потрапляє і до турбіни; ця частина теплоти не використовується для виробництва електроенергії і марно втрачається. Ці втрати значно зменшуються, якщо відбирати з турбіни частково відпрацьовану пару в її теплоту та використовувати для технологічних потреб промислових підприємств або для підігріву води на

опалення. Таким чином, станція  стає теплоелектроцентраллю (ТЕЦ), що забезпечує комбіноване виробництво електричної та теплової енергії. На ТЕЦ встановлюються спеціальні турбіни з відбиранням пари – так звані теплофікаційні.

           Конденсат пари, відданої тепловому споживачу, подається на ТЕЦ насосом зворотного конденсату.

На ТЕС існують внутрішні  витрати конденсату та пари, обумовлені неповною герметичністю водопарового тракту, а також безповоротної витрати пари конденсату на технічні потреби станції.   Вони складають невелику частку загальної витрати пари на турбіни (близько 1-1,5%).На ТЕЦ  можуть бути також зовнішні витрати пари та конденсату, зв’язані з відпуском теплоти промисловим споживачам. В середньому вони дорівнюють 35-50 %. Внутрішні і зовнішні витрати пари та конденсату відновлюються попередньо відпрацьованою водою водопідготувальної   установки.   Таким чином, живильна вода котлів являє собою суміш турбінного конденсату та

додаткової води.  Електротехнічне господарство станції включає електричний генератор, трансформатор зв’язку, головний розподільний пристрій, систему електропостачання власних механізмів електростанції  через трансформатор власних потреб.

            Система управління енергообладнання на ТЕС виконує збір та обробку інформації про хід  технологічного процесу і стан обладнання, автоматичне та дистанційне управління механізмами і регулювання основних процесів, автоматичний захист обладнання.

            Термодинамічні основи роботи ТЕС: на паротурбінних електростанціях ротори електричних генераторів приводяться до обертання паровими турбінами, у яких теплова енергія пари перетворюється в кінетичну, що передається роторові турбіни. Таким чином, водяна пара є робочим тілом паротурбінної електростанції. Пара необхідних параметрів утворюється у котлі за рахунок теплоти, що виділяється при спалюванні органічного палива. Суттєвим є те, що теплові електростанції негативно впливають на навколишнє середовище. ТЕС, що використовують тверде паливо, викидають у атмосферу частину золи, яка не уловлюється, та недогорілі частки палива, сірчистий та сірчаний ангідриди, окис азоту та окис вуглецю; при

використанні органічного  палива – природного газу – в атмосферу потрапляють токсичні окисли  азоту та окис вуглецю, бензопірен.

 

 

 

3. Необхідні ресурси

     

         Енергетичні ресурси – це будь-які джерела механічної, хімічної та фізичної енергії. Класифікація енергетичних ресурсів наведена у табл. 2.1.2.

Таблиця 2.1.2.

В Україні як до 1991 р., так  і зараз відчувається дефіцит  власних паливно-енергетичних ресурсів – це призвело до високого рівня енерговитрат, низької ефективності суспільного виробництва та поглиблення енергетичної кризи

(табл. 2.1.3, 2.1.4).

 

Таблиці 2.1.3, 2.1.4

         У 1995 р. власними енергоресурсами Україна була забезпечена на 44,4%, в тому числі вугіллям на 81,3, газом на 21,2 та нафтою на 22,5%. Але за останні роки виробництво та видобуток основних видів енергоресурсів, насамперед вугілля, має стійку тенденцію до зменшення.

         Вторинні енергетичні ресурси – це енергія різних видів, що залишає технологічний процес або установку, використання не є обов’язковим для здійснення основного технологічного процесу.

         Джерело вторинних енергетичних ресурсів – низько потенціальна теплота нагрітої води конденсаційних приладів, з якої може витрачатися до 50% теплоти палива, що використовується на електростанціях. Фізико-хімічні характеристики органічних видів палива наведені у табл. 2.1.5.

Таблиця 2.1.5

 

1.   Вугілля

         

         Основна частка електроенергії, що виробляється в Україні, належить ТЕС (60% – 1994 р., 58,4% – 1995 р., 52% – 1997 р.). Але частка вугілля в структурі енергоресурсів, що використовуються для виробництва електроенергії та тепла, складає 32-34% (34% – 1995 р.). Виробництво   електроенергії на ТЕС України, які використовують вугілля, – процес екологічно не чистий. Крім  цього, для підтримки стійкого горіння низькореакційного високозольного палива (типу антрацитів та пісного вугілля з зольністю 25-40% при проектних не більше 20%) доводиться

додатково використовувати  імпортовані мазут та газ (табл. 2.1.6).

 

  Таблиця 2.1.6

 

         Вугілля буре – вища теплота згоряння вологої беззольної маси менше 24000 кДж/кг (5700 ккал): Б1 – волога 40%, Б2 – від 30% до 40%, Б3 – менше 30%. Буре вугілля поділяють на класи.

           Кам’яне вугілля – теплота згоряння вологої беззольної маси 24000 кДж/кг (5700 ккал/кг), вихід летких речовин більше 9% (табл. 2.1.8). Антрацитове (А) вугілля – теплота згоряння вологої беззольної маси 24000 кДж/кг, вихід летких речовин – 9%. Напівантрацитове (ПА) – перехідні від

кам’яних до антрацитових. Вихід летких речовин Vг від 220 до 330 см3/г, антрацити – менше 220 см3/г.

 

 Таблиця 2.1.9

3.2 Зв’язна гірська порода

     

        Вивантаження твердого палива, що використовується ТЕС (табл. 2.1.10), з усього технологічного  процесу – найбільш трудомістка задача енерговиробництва. В результаті порушення стандарту на тверде паливо, що відбувається з вини вугледобувних або вуглевиробничих, переробних підприємств та через недосконалість техніки транспортування на ТЕС замість вугілля з нормованими якісними характеристиками потрапляє гірська порода, що ускладнює роботу.

 

Таблиця 2.1.10

 

 3.3.   Деревина, дрова

 

        Деревина, дрова – пиляні або звичайно розколоті дерева, призначені для використання як палива.  Деревина всіх порід дерев, що використовуються як паливо, має 50 % вуглецю. Тому теплота  згоряння деревини різних порід в абсолютно сухому стані у розрахунку на 1 кг однакова: близько   18800 кДж (4500 ккал) з відхиленням не більш як 3-5%. Теплота згоряння деревини у розрахунку  на 1 дм3 різна і складає в середньому, кДж (ккал): для дуба 12500 (3000), берези 10900 (2600),   чорної вільхи 8400 (2000), сосни 7500 (1800), ялини та осики 7100 (1700). За теплотою згоряння  100 кг сухої деревини відповідає 31 кг нафтових залишків, 43 кг кам’яного вугілля, 50 кг сухого та 120 кг напівсухого торфу. У паливному господарстві питома вага деревини знижується  незначно.

 

 

3.4.  Природний газ

 

          Як паливо застосовують природні горючі гази. До їх складу входить до 99% газоподібних вуглеводів (метан та його гомологи). Теплота згоряння 32,7 МДж/м3 (7800 ккал/м3). Також як паливо застосовують отримані штучно у вигляді основної (генераторний газ) або побічної (коксовий, доменний та інші гази) продукції. Коксовий газ – продукт, отриманий при коксуванні твердого палива, що утворюється при газифікації палив, гази нафтопереробки (теплота згоряння 52,3 МДж/м3 = 12500 ккал/м3), котрі отримуються при термічній та термокаталітичній переробці нафти та нафтопродуктів, а також доменний газ, що утворюється в процесі виплавки чавуну.

Штучні гази містять ненасичені вуглеводні, окис вуглецю, а іноді значну кількість водню. У паливному балансі електростанцій питома вага природного газу складає » 20%, ККД котельних установок на електростанції при переводі з твердого на газове паливо підвищується на 1-4%, зменшується на 21-26% кількість персоналу.

 

3.5. Мазут

 

             Отримується при переробці нафти, поділяється на марки: флотський Ф5 та флотський Ф12; топковий зі знаком якості М40В та топковий М40; топковий зі знаком якості М100В та топковий М100; мазут – паливо для мартенівських печей МП.

На електростанціях використовують мазут марки М100. Отриманий при переробці нафти мазут відноситься до категорії дефіцитного палива, через це його заміняють на вугільне паливо, особливо на ТЕС.

Мазут – залишок відгону з нафти, бензину, гасу та фракцій дизельного палива. Мазут

використовується як рідке котельне паливо.

Властивості: щільність при 20°С 890-1000 кг/м3; теплота згоряння 38-42 МДж/кг (9100-10000 ккал/кг); в’язкість умовна 5-15° при 50°С: поверхневий натяг 0,03-0,04 Дж/м2); теплота випаровування 170-210 кДж/кг (40-50 ккал/кг); вміст сірки 0,8-3,5%, смол до 60%, золи 0,1-0,5%.

         Найменшу зольність повинен мати мазут, який використовують як паливо для газових турбін (при  цьому в золі повинно бути не більше 0,001% ванадію та 0,0005% натрію, особливо небезпечних у корозійному відношенні елементів).

6.   Сланці

           Сланці – гірські породи. За ступенем регіонального метаморфізму серед сланців виділяють дві  великі групи: слабко метаморфічні гірські породи – глинясті сланці та глибоко метаморфічні кристалічні сланці. Кристалічні сланці використовують як будівельний матеріал та вогнетривку сировину, а глинясті, збагачені органічними речовинами, використовуються як горючі сланці. На сланцевому паливі працюють багато електростанцій. Сланці – дешева сировина для отримання різних хімічних продуктів. З сланців виробляється » 1 млрд. м3 газу на рік. Горючі сланці на 2/3 складаються з негорючих мінеральних речовин, котрі внаслідок спалювання у топках

електростанцій набувають  в’яжучих властивостей та є дешевою сировиною для виробництва будівельних матеріалів.

 

7. .   Вода

 

            Споживачі технічної води на ТЕС: конденсатори парових турбін, маслоохолоджувачі, газоохолоджувачі генераторів, системи охолодження підшипників коливних механізмів, системи гідрозолошлаковидалення, теплообмінники вентиляційних систем, басейнів витримки та перевантаження насосів, системи водопідготовки та спецводоочистки, підживлення теплової

мережі, санітарно-побутові прилади та ін. (табл. 2.1.11).

 Таблиця 2.1.11.

Основним споживачем технічної води є конденсатори парових турбін; їх частка у витраті складає 92-94% на КЕС. Але витрати води залежать від початкових та кінцевих параметрів пари та від системи технічного водопостачання. За деякими оцінками, на перспективу можна приймати такі витрати води на охолодження конденсаторів на ТЕС – 120 кг/(кВт·год).

 

 

 

 

 

 

 

4. Характеристика впливу на екологію

        

             Взаємодія енергетичного підприємства з навколишнім середовищем відбувається на всіх стадіях

добування та використання палива (табл. 2.1.12), перетворення та передачі енергії.

 Таблиця 2.1.12.

ТЕС активно споживають повітря. Продукти згоряння, які утворюються, передають основну частину теплоти робочому тілу енергетичної установки, частина теплоти розсіюється в навколишнє середовище, а частина виноситься з продуктами згоряння крізь димову трубу в атмосферу. Продукти згоряння, що викидаються в атмосферу, містять оксиди азоту NOx, вуглецю COx, сірки SOx, вуглеводні, пару води та інші речовини у твердому, рідкому та газоподібному стані (табл. 2.1.13).