Реферат: Проблемы экологии в энергетике Украины
Котлы многих действующих ТЭС оснащены мокрыми золоулавливателями. Они просты, системы с ними в 2-3 раза дешевле, чем с электрофильтрами и нормально работают на продуктах сгорания углей, золы которых содержат не более 15% СаО. При больших концентрациях Са в мокрых аппаратах могут образовывать отложения. Разновидностью мокрых золоулавлевателей являются внедряющиеся в последние годы на ТЭС батарейные эмульгаторы. Стоимость их, однако, существенно выше не только скруберов, но и электрофильтров. В мокрых аппаратах обоих типов возможно достижение высоких степеней золоулавливания – до 99-99,8%. Однако это требует увеличения интенсивности орошения до 0,25-1,3 л /м3 , которое приводит к увеличению аэродинамических потерь (до 1,2 кПа) и снижению температуры дымовых газов до точки росы дымовых паров.
Радикальным путём уменьшения выбросов золы в атмосферу является оснащение отечественных ТЭС электрическими и рукавными фильтрами, соответствующими современному мировому уровню. Уже имеются примеры установки высокоэффективных электрофильтров западных фирм действующих ТЭС. Электрофильтры должны применяться не только для вновь разрабатываемых ТЭС, но и для технически перевооружаемых.
Во многих случаях существенного снижения выбросов золы удаётся достичь с помощью паллиативных мер. Для этого разрабатывают различные способы подготовки дымовых газов перед электрофильтрами. Наиболее простым является снижение их температуры путём отвода тепла в пароводяной контур в теплообменных аппаратах или прямого впрыска воды. Дополнительный эффект возникает если это стоки химводоподготовки.
Уже несколько лет эксплуатируется рукавный фильтр производительностью 9,1x106 м3 /ч. На нём получены вполне удовлетворительные показатели: эффективность улавливания 99,5-99,7%, потери давления меньше 1,5 кПа. Фильтр нормально регенерировался, работал при температурах газов до 180 С.
Эффективные методы снижения выбросов оксидов азота в атмосферу газомазутными котлами ТЭС
Оксиды азота снижают урожайность сельскохозяйственных культур, инициируют ряд опасных фотохимических реакций в атмосфере, «съедают» озон в дымовой струе электростанций и способствует увеличению озона до опасных концентраций на больших расстояниях от электростанций в сельскохозяйственных районах (юг Украины, Крым). Кроме того, для Украины, Белоруссии и ряда районов России имеет значение подкисление верхнего слоя почв и усиление сорбции радионуклидов в поверхностном слое. Актуальной проблемой теплоэнергетики Украины является эффективное снижение выбросов оксидов азота при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах.
Энергетика Украины поставляет в атмосферный воздух свыше 60% сернистого ангидрида и свыше 50% оксидов азота от общего выброса стационарными установками.
Ещё в 70-х годах полагали, что кислотные дожди определяются на 90-92% оксидами серы и лишь на 8-10% оксидами азота. Однако в 80-90-е годы в связи с увеличением доли природного газа, вводом в некоторых странах Европы систем сероочистки, а также с развитием автотранспорта, вклад оксидов азота в образование кислотных дождей увеличился в несколько раз и составляет 20-57%.
Обычно оксиды серы и азота находятся в атмосферном воздухе до 2-5 суток, перемещаясь с потоками воздуха на расстояния до 1000 км.
Рассеивание и трансформация некоторых веществ в атмосфере
| Вещества | Масштабы трансформации Расстояние, км Время | |
| NO | 10 | 1 час |
| NO2 | 100-200 | 2 суток |
| HNO3 | До 1000 | 4 суток |
| SO2 | 100-200 | 2 суток |
| H2 S | 100 | 1 сутки |
| H2 SO4 | До 1000 | 5 суток |
| CH 4 | В глобальном масштабе | 10 лет |
За это время происходит их превращение в кислоты и сток из атмосферы с осадками в почву и поверхностные воды, главным образом, в виде слабых растворов серной, сернистой, а также азотной и азотистой кислот.
NO + O3 NO2 + O2
NO + HO2 NO2 + OH
2NH2 + H2 O поверхность HNO2 + HNO3
Азотная кислота оказывает существенное влияние на образование кислотных дождей. Если для ряда стран Европы её вклад в кислотные дожди 10-20%, то для Украины вклад оксидов азота в кислотные дожди находится в пределах от 35 до 50%. При этом имеется выброс с Украины на территорию России, Белоруссии, Турции, Молдовы и других стран и поступление оксидов азота из Германии, Польши, Румынии и других стран в соизмеримых количествах. Перенос оксидов азота с территории Германии в Украину, обычно в 5-7 раз превышает обратный перенос.
В 1991-94 годы за счёт снижения выработки электроэнергии и применения мероприятий по снижению образования оксидов азота выброс снизился на 36%.
Оксиды азота при горении топлив образуются по трём механизмам: «термическому», «топливному» и «быстрому». При сжигании газов образования оксидов азота идёт по двум основным механизмам: «термическому», разработанному Я.Б. Зельдовичем, имеющему очень сильную зависимость от температуры и «быстрому». Для «быстрого» механизма, разработанного С. Фенимором характерны:
а) слабая зависимость от температуры;
б) сравнительно сильная зависимость от избытка окислителя;
в) образование в начальной зоне горения.
Приведённые в Институте газа экспериментальные исследования позволили подтвердить взаимосвязь выхода «быстрых» NO с содержанием HCN в пламенах, а также подтвердить, что выход «быстрых» оксидов азота зависит от состава газообразных топлив.
По данным исследований, проведённых на специально сконструированной установке, позволяющей выделить «быстрые» NOx , их концентрации при сжигании CO и H2 существенно ниже, чем при горении метана и других углеводородных газов.
Основные загрязнители атмосферного воздуха
| Загрязнители | Основные источники | Среднегодовая концентрация в воздухе мг / м3 | |
| природные | искусственные | ||
| Твёрдые частицы (пыль, зола и др.) | Вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары, испарения морской соли и др. (94% от общего количества) | Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках | В городских районах 0,04-0,4 |
| Сернистый ангидрид | Вулканические извержения, окисление серы и сульфатов, рассеянных в море (50% от общего количества) | Сжигание топлива, нефтепереработка, чёрная и цветная металлургия | В городских районах до 0,5-1 |
| Оксиды азота | Лесные пожары (93%) | Окисление атмосферного азота и азота топлива при высокой температуре – энергетика, промышленность, автомобили | В районах с развитой промышленностью и автотранспортом – до 0,2, в других до 0,05 |
| Оксид углерода | Лесные пожары, выделения океанов, окисление терпенов (5-10% от общего количества) | Неполное сгорание топлива (автомобили, промышленность) | 1-50 (в зависимости от интенсивности автотранспорта, близости металлургических производств) |
| Летучие углеводороды и их продукты | Лесные пожары, поступления природного метана (из почвы болот) и природных терпенов | Неполное сгорание органического топлива (автомобили), дожигание отходов, испарения растворителей и продуктов нефтепереработки | В районах с развитым автотранспортом и промышленностью – до 3 |
Весьма существенное значение имеет химический состав пыли. Например, содержание оксидов кремня в пыли более 10% делает её опасной для здоровья человека. По данным М. С. Гольденберга содержание оксидов кремня в пыли в воздухе большого города составляет 20,1-22,8%.
Б. П. Гуринов и Н. Я. Янышева, проводившие обследования загрязнения воздуха в районе одиннадцати ТЭЦ (теплоэлектроцентраль), работающих на угле, обнаружили, что максимальные концентрации твёрдых частиц в атмосферном воздухе имеют место на расстояниях в 8-10 раз больших высоты трубы. При отсутствии средств пылеулавливания в котельных установках малой производительности со слоевыми топками выброс твёрдых частиц в атмосферу соизмерим с выбросом их на ТЭЦ. Однако при слоевом сжигании только 3% выбрасываемых частиц имеет d < 10 мкм, а при пылеугонном – не менее 20-45%. При отсутствии систем пылеулавливания твёрдое топливо (уголь) поставляет в атмосферу в 100-200 раз больше твёрдых частиц, чем жидкое топливо. Выбросы твёрдых частиц в атмосферу всё ещё являются одним из наиболее серьёзных видов загрязнений, вносимых процессами горения в атмосферу городов.
Выброс в атмосферу твёрдых частиц
| Потребитель топлива | Уголь | Жидкое топливо | Природный газ | |||
| Кг/Гкал | % | Кг/Гкал | % | Кг/Гкал | % | |
| Электростанции | 1,83 | 100 | 0,102 | 5,6 | 0,0255 | 1,4 |
| Промышленные котлы и печи | 1,83 | 100 | 0,102 | 5,6 | 0,0312 | 1,7 |
| Жилые здания, домовые котельные | 1,83 | 100 | 0,151 | 8,2 | 0,0330 | 1,8 |
Оксиды серы
Одним из наиболее крупных и трудно поддающихся отчистке загрязнителей атмосферного воздуха, выбрасываемых главным образом энергетическими установками, являются оксиды серы. Ежегодный выброс в нижние слои атмосферы превышает 150 млн. т; при этом от 60 до 80% этого количества выбрасывается с продуктами сгорания котлов и печей.
Оксиды серы, а также образующиеся при их соединении с водяными парами кислоты оказывает вредное воздействие на здоровье людей, вызывает разрушение стальных конструкций и строительных материалов, снижение прозрачности атмосферы, гибель хвойных лесов и плодовых деревьев, снижают урожайность сельскохозяйственных культур. Диоксид серы нарушает процесс фотосинтеза и дыхания, вызывает острые и хронические повреждения листьев. Растения ещё более чувствительны к оксидам серы, чем человек.
Вредное воздействие оксидов серы на растения резко увеличивается при наличии в атмосфере диоксида азота и повышении влажности.
У нас в стране заканчивается строительство опытно-промышленной аммиачно-циклической системы очистки от оксидов серы на Дорогобужской ТЭС производительностью 1млн м3 /ч. ТЭС сжигает подмосковный бурый уголь с содержанием серы 2,5-3%, в качестве конечного продукта будет получаться жидкий сернистый ангидрид. В течение нескольких лет на одной из ТЭС работает оригинальная опытно-промышленная установка одновременной очистки от оксидов серы и оксидов азота путём подачи озона в скруббер. Установка обеспечивает очистку газов по сернистому ангидриду до 90%, по оксидам азота до 65%.
Оксиды азота
В ряду основных загрязнителей атмосферного воздуха специальное место занимают оксиды азота. В связи с тем, что большинство приборов и методов измерения основано на определении диоксида азота с предварительным доокислением оксида в диоксид, а также вследствие того, что до 1983 года были установлены нормы только на содержание оксидов азота в атмосферном воздухе, обычно фиксировалась сумма оксидов азота ( NO 2 + NO 2 = NOx ). До 1950-1960 годов исследование оксидов азота как загрязнителей атмосферы, выбрасываемых с продуктами сгорания топлива, практически не проводилось, и всё внимание было сосредоточено на твёрдых частицах (зола, пыль, сажа) и сернистом ангидриде. Между тем, как показали исследования, проведённые ещё в 1960-х годах, содержание оксидов азота определяет токсичность продуктов сгорания угля и мазута на 40-50%, а природного газа на 90-95%. Валовой выброс оксидов азота в атмосферный воздух в различных регионах и городах составляет 6-8% общего выброса всех вредных веществ, уступая лишь выбросу оксида углерода, оксидов серы и твёрдых частиц.
До 1980-х годов во всех исследованиях по образованию оксидов азота в процессах горения исходили из следующих предпосылок.
1. В процессе горения топлива в котлах и других топливосжигающих устройствах образуется только оксид азота.