Навігація
Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
 
Головна arrow Екологія arrow Техноекологія
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Вплив на довкілля

Електроенергетика – з одного боку основа розвитку всіх без винятку галузей народного господарства, а з другого – джерело техногенного впливу на навколишнє середовище, вона суттєво погіршує умови життєдіяльності. У наші дні, ще не знайдено жодного джерела електроенергії, використання якого не впливало б прямо або опосередковано на біосферу.

Забруднення довкілля тепловими електростанціями

Взаємодія ТЕС з довкіллям, залежить від кількісних та якісних характеристик відходів у ланцюгу потоку енергії від видобутку енергоносіїв до одержання електроенергії.

Мінеральні частки утворять золу – тверді частки різних розмірів. Зольністю палива (Ар, %) називається відношення маси непальних матеріалів до маси палива. Зольність залежить від природи палива та якості його обробки перед спалюванням. Розрізняють первинну золу – залишки мінеральних домішок, що входять до складу палива, в процесі його утворення, вторинну золу – сторонні мінеральні речовини, рівномірно розподілені в паливній масі палива, і породу – мінеральні речовини, що потрапили в паливо в процесі його видобутку. Вміст первинної золи в сухій масі палива не перевищує 1 – 1,5%, породи – 2 – 2,5%. Сумарна зольність деяких марок вугілля може перевищувати 40%, де основна частка належить вторинній золі. Частки непальних речовин розміром більше 12 мкм цілком затримуються у верхніх дихальних шляхаіх. Більш дрібні частки проникають у легені, викликаючи різні захворювання. Частки розміром більш 100 мкм осідають на під топки, сплавляючись в шлаки.

Розрізняють гомогенне та гетерогенне горіння, тобто однофазне (газ-повітря) і двофазне (тверде чи рідке паливо – повітря). До гомогенного типу горіння відноситься горіння газоподібних палив.

Спалювання органічного палива супроводжується 3 типами горіння:

  • 1 – нейтральне (стехіометричне) чи горіння палива без надлишку повітря. Коефіцієнт надлишку повітря, α = 1.0;
  • 2 – окисне чи повне згоряння – за надлишку повітря, α > 1.0;
  • 3 – відбудовне чи неповне – за нестачі повітря, α < 1.0.

Можливе змішане (окиснювально-відновне) горіння, що

характерне для горіння часток твердого палива.

Процес горіння твердого палива проходить через кілька стадій: підсушування палива; сублімація летучих речовин і утворення коксу; горіння летучих речовин та коксу. Процес гетерогенного горіння – основний процес горіння твердого палива. Відбуваються 2 варіанти процесу горіння твердих часток:

– на поверхні твердих часток доступ повітря до місця реакції не обмежений, реакція йде за типом С + О2 = СО2 і швидкість горіння визначається кінетикою хімічної реакції – кінетичний режим горіння;

– під поверхнею твердої частки кисню для повного окиснювання недостатньо, швидкість реакції горіння визначається швидкістю дифузії кисню до місця реакції. Реалізується дифузійний режим горіння + О2 = 2СО

У реакціях горіння речовини проходять через проміжні стадії, у результаті яких утворюються активні продукти – атоми та радикали. У процесі горіння ці продукти відтворюються, забезпечуючи його подальше протікання. Горіння органічних речовин супроводжується розривом зв'язків у великих органічних молекулах, утворюються радикали з великими та з малими молекулярними масами, можливе утворення канцерогенних речовин шляхом рекомбінації радикалів. їхній вміст визначається індикацією бенз(а)пірену, що є присутнім у продуктах горіння різних агрегатних станів палива і може конденсуватися у виді крапель чи жовтих голкоподібних кристалів.

Бенз(а)пірен – поліциклічний ароматичний вуглеводень (С20Н12) – дуже стійкий (протягом більш 40 днів не зменшує свою активність у воді). Температурна залежність виходу має максимум, який за часу реагування 0,2 – 0,5 с відповідає температурі 1450 – 1550 К.

В процесі горіння наступного компонента пальної маси – сірки – утворюється один з найбільш токсичних газоподібних викидів – SO2. Його кількість визначається сірчистістю палива – Sp, %. SO2 складає 98-99% від викиду сірчистих сполук. Різні палива істотно відрізняються за вмістом сірки. Найбільшу сірчистість має вугілля, безсірчистим паливом є природний газ більшості родовищ. Потоки SO2, вимірювані млн.т/рік перетинають державні кордони. У найбільш несприятливих умовах опинився схід та північний схід Європи (через переважність західних потоків повітряних мас).

В процесі спалювання палива вся його маса перетворюється у відходи, причому маса продуктів згоряння перевищує масу використаного палива за рахунок включення азоту і кисню повітря в 4-5 разів.

Теплові електростанції, що працюють на твердому паливі, викидають у атмосферу частки золи та недогорілі частки палива, сірчистий та сірчаний ангідриди, оксиди азоту та вуглецю, водяну пару тощо.

Утворення оксидів азоту в процесі горіння палива здійснюється 3-ма шляхами:

  • – утворення паливних оксидів азоту. Повне перетворення азоту палива в оксиди спостерігається за № не менш 0,1%. Збільшення вмісту азоту в паливі не приводить до збільшення кількість його оксидів у газах, що відходять, збільшується вміст піридинів, хінолінів, смолистих речовин, NH3, значна частина азоту переходить у нітриди і N2. Час утворення паливних оксидів азоту – 10-2 – 10-3 с.
  • – утворення швидких оксидів азоту. Ці оксиди виявляються за часу горіння 10-4 с. Запропоновано механізм їхнього утворення за участю радикалів, що утворюються в процесі горіння, та азоту повітря:
  • – із збільшенням температури горіння збільшується частка термічних оксидів азоту, реакція йде за ланцюговим механізмом, у реакції бере участь тільки кисень та азот атмосферного повітря. Енергія активації цих реакцій велика, тому швидкість утворення термічних оксидів азоту дуже сильно залежить від температури.

За температури горіння до 1000°С кількість оксиду азоту визначається кількістю паливних оксидів, яких дуже мало. В області від 1200 до 1500° присутні усі види оксидів азоту, а за температури вище 1500° різко зростає частка термічних оксидів азоту:

Для топкових камер великих розмірів характерний повільний темп охолодження продуктів згоряння і більший, ніж для малих топок період реакції синтезу NO. Тому вихід термічних оксидів азоту в топкових камерах енергоблоків (за температур вище 1700°) складає до 1,5 г/м , а для малих промислових та опалювальних котлів зі значною швидкістю охолодження продуктів згоряння вихід термічних оксидів азоту невеликий або цілком відсутній.

У випадку використання природного газу в атмосферу надходять токсичні речовини – оксиди азоту та оксид вуглецю. В процесі транспортування палива на ТЕС та в процесі його складування здійснюється забруднення повітря пилом.

Основні показники викидів ТЕС потужністю 1000 МВт, що працюють на різних паливах протягом року (у тис.т/рік) приведені в таблиці 2.3,

Таблиця 2.3

Основні показники викидів ТЕС потужністю 1000 МВт

Викиди

Вид палива і його витрати

газ

1,9•109 м3/рік

мазут

1,57•106 т/рік

вугілля 2,3•106 т/рік

SOx

0,012

52,66

139,00

NOx

12,08

21,70

20,88

СО

незначно

0,08

0,21

тв.частки

незначно

1,40

5,01

Пилоподібні золи за дисперсністю класифікують на тонкодисперсні (питома поверхня більш 4000 см2/г), середньо дисперсні (питома поверхня 2000-4000 см2/м та грубодисперсні (питома поверхня менше 2000 см2/г).

Дрібні та легкі частки (розміром менше 100 мкм), що містяться в золі в кількості 80-85%, виносяться з топок з димовими газами, утворюючи золу виносу. її склад: більш 40 мкм – 4,4%; (20 – 40) мкм – 3,9%; (5 – 20) мкм – 5,7%; (І – 5) мкм – 36,2%; менше 1 мкм – 49,8%.

У залежності від модуля лужності, що є відношенням масових часток основних оксидів до кислих, золи і шлаки поділяються на основні (m більше 0.9), кислі (m – 0,6-0,9) і понадкислі (т менше 0,6).

Концентрація забруднюючих речовин в атмосфері, залежить від рельєфу місцевості, швидкості вітру, перегріву їх у відношенні до температури навколишнього середовища, висоти хмарності, їх фазового стану та інтенсивності. Так градирні в системі охолодження конденсаторів ТЕС суттєво зволожують мікроклімат в районі станції, сприяють утворенню низької хмарності, туманів, зниженню сонячної

активності, викликають мряку, а взимку іній та ожеледицю. Взаємодія викидів з туманом призводять до утворення стійкої сильно забрудненої дрібнодисперсної хмари, тобто смогу.

Електростанція потужністю 1000 Мвт, яка працює на вугіллі, викидає в атмосферу приблизно 5 000 тонн SO2; 10 000 тонн оксидів азоту.

Взаємодія ТЕС з гідросферою характеризується в основному споживанням води на охолодження конденсаторів (витрати води становлять 120 кг/кВттод). Основними факторами впливу на гідросферу є скиди охолоджувальної води у водойми, наслідками якої можуть бути:

  • • постійне локальне підвищення температури;
  • • зміна умов льодоставу та паводків;
  • • виникнення випаровувань та туманів.

Експлуатація сучасних ТЕС пов'язана з утворенням рідких відходів. До них відносяться:

  • – охолоджувальні води (від конденсаторів, насосів). Вони несуть теплове забруднення (мінімальне відхилення темп. = 8° на вході і виході з конденсатора), у кількості М(Н2O) = (100-150)•W т/годину, що складає 70 – 90 м3/сек. (W – потужність станції). Води охолодження особлива група, оскільки з конденсаторів турбін виділяється від 50 до 75% усього тепла, одержуваного в процесі спалювання органічного палива. Тому з охолодженням конденсаторів зв'язують проблеми "теплового забруднення" водойм стічними водами ТЕС. Про кількість тепла, що відводиться з охолоджувальною водою, можна судити по тому, що їхня одинична потужність досягла 4000 – 6000 Мвт. Середня витрата охолоджувальної води і кількість тепла, яке відводиться, що приходяться на 1000 МВт установленої потужності складають 30 м3/сек і 1,25 МВт.
  • – СВ із системи гідрозоловидалення. pH таких вод 11 – 12, у них розчинені сполуки (As, Pb, Cd, Va та ін), канцерогенні речовини. Тому такі води не скидають, а після очищення використовують повторно.
  • – відпрацьовані розчини після хімічного очищення устаткування. Вони дуже різноманітні через велику кількість застосовуваних промивних розчинів. Можуть містити мінеральні кислоти – НС1, H2SO4, HF; органічні – лимонна, щавлева, мурашина, оцтова; їхньої суміші; комплексони; інгібітори корозії. В процесі промивки поверхонь нагріву котлоагрегатів утворюються розведені розчини соляної кислоти, натрію, аміаку, солей амонію, заліза та інших речовин.

Поряд з порушенням мікроклімату теплові викиди призводять до заростання водойм водоростями, порушення кисневого балансу, що створює загрозу для життя мешканців рік та озер. Як показали дослідження гідробіологів, вода, нагріта до температури 26-30°С, пригнічує життєдіяльність мешканців водойм, а якщо температура води піднімається до 36°С риба починає гинути.

Для спорудження великої ТЕС необхідна площа 2-3 км2, а з врахуванням площі золо- та шлаковідвалів і водоймищ- охолоджувачів ця величина зростає до 3 – 4 км2. На цій території екологічна рівновага порушується. Великі градирні в системі охолодження істотно зволожують мікроклімат у районі станції, сприяють утворенню низької хмарності, туманів, дощів, що мрячать, у зимовий час – інею й ожеледі, поширюються бактерії, мікроорганізми (легіонела).

Основними факторами впливу ТЕС на літосферу є вилучення з сільськогосподарського обороту орних земель та луків під будівництво ТЕС та золовідвалів. Видалені з топки зола та шлаки утворюють золошлаковідвали. На поверхню землі надходить близько 400 000 тонн золи на рік, в якій міститься 80 тонн важких металів (As, Pb, Cd, Va та ін). Така станція в процесі спалювання палива витрачає таку кількість кисню, яку виділяють 101 тисяча гектарів лісу.

Аналіз золи та шлаку показує вміст у них ряду елементів, який значно перевищує їхній середній вміст у земній корі. Тому зола та шлаки використовують для одержання цінних компонентів, родовища яких в Україні відсутні (наприклад, германій).

Таблиця 2.4

Вміст елементів в золі спалювання вугілля

Елемент

Середній вміст в літосфері, г/т

Середній вміст в золі, г/т

Коефіцієнт збагачення

Бор

3.0

600

200

Германій

7.0

500

70

Миш'як

5.0

500

100

Уран

2.0

400

200

Берилій

5.0

300

60

Срібло

0.1

2

20

Енергетичне виробництво неможливе без втрат тепла. Ці втрати супроводжують весь технологічний цикл роботи ТЕС і визначаються коефіцієнтом корисної дії (ККД) ТЕС, що виражається відношенням отриманої енергії (Qотр) до підведеної (Qпідв), рівний добутку маси палива (В) на нижчу теплоту його згоряння (Qнизч)

ТЕС характеризується ККД = 40%, хоча на практиці ці значення рівні 33-37%. Знаючи ККД ТЕС можна визначити її теплову потужність

Тоді теплові викиди в навколишнє середовище

Ці викиди надходять у навколишнє середовище, в основному, на території станції.

Термодинамічна особливість виробництва на ТЕС електроенергії полягає в тому, що близько 67% теплової енергії відводиться в навколишнє середовище. Для ефективного відводу теплової енергії необхідно використання води річок, природних водойм, або створення ставків-охолоджувачів. Тобто з потреб народного господарства виводяться додаткові площі земної поверхні. Крім конденсаторів турбоагрегатів споживачами охолоджувальної води є системи зливу шлаків та інші системи, зливи із яких потрапляють на поверхню землі, або в гідросферу.

В процесі експлуатації електростанцій тепловий скид існуючими нормами не обмежують, а лише вимагають щоб підігрів води у водоймах не перевищував ії природної температури влітку на 3°С, а взимку на 5°С. Таким чином запобігання тепловому забрудненню водного басейну зводиться до переводу його у прихований стан випаровуванням нагрітої води.

Усе вищесказане відноситься до сталого режиму роботи. Для визначення сумарного впливу станції на навколишнє середовище необхідно враховувати нерівномірність енергоспоживання, пускові та перемінні режими роботи за яких вплив ТЕС на навколишнє середовище значно зростає. Наприклад для блоку потужністю 300 МВт витрата палива на один пуск із холодного стану складає близько 200 т.у.п. Ефективність використання тепла та кількість викидів значно відрізняється від роботи за сталих режимів.

Оскільки у складі мінеральної частини більшості твердих палив містяться сполуки калію, ізотоп якого К радіоактивний, а також суміш ізотопів урану та торію, можна прийти до висновку, що летуча зола є джерелом забруднення атмосфери радіоактивними елементами, але значення цих викидів значно менше ГДК для таких речовин. Радіоактивність, обумовлена викидом 40К складає 0,72 Ки/рік, a 238U – 2,4 Ки/рік. Вважається, що в атмосферу потрапляє 1% золи палива, а 99% йдуть у відвал, тобто інша частина радіоактивних елементів забруднює літосферу у відвалі.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Інші