Теплові електростанції і котельні
Сучасний стан малих об’єктів вироблення теплової енергії знаходиться на більш низькому рівні ніж великих. Пов’язано це із застосуванням низькопродуктивного обладнання, несвоєчасним ремонтом або замінною його, а також використанням поганих видів і сортів палива. Дуже слабко тут втілюються сучасні технології спалення таких видів палива як кам’яне вугілля. Наприклад, спалювання вугілля в киплячому шарі.
В Україні до об’єктів малої енергетики відносять: промислові ТЕЦ і котельні, всі комунальні і заводські котельні, теплові енергоустановки різної продуктивності, що знаходяться в підпорядкуванні окремих організацій, закладів і установ. Для них характерний низький рівень економічності, надійності і безпеки, в тому числі і екологічної. Мала енергетика споживає біля 60% всього палива в Україні. Тут нараховується біля 2 млн.од. теплоспалюючих установок. ККД дрібних котелень в 1,5...2 рази нижче технічно допустимого рівня.
Якщо в централізованому виробленні теплоти застосовують великі сталеві агрегати з автоматизованим виконанням всіх операцій по підготовці палива і води, що забезпечує високі економічні показники, то на малопотужних об’єктах використовують, в основному, чавунні котли з ручною подачею палива і золовидаленням. На об’єкти малої енергетики припадає лише 15…20% газу в загальному об’ємі палива цих установок. Найчастіше в дрібних котельнях зпалюється тверде невідсортоване паливо – шматки вугілля різні за розмірами, мають високу зольність, вологість і домішки пилу.
Держтехнаглядом встановлені нормативні параметри до якості твердого палива для дрібних котелень, які треба витримувати при його заготівлі і використанні: 1) вугілля повинно мати шматки розміром 13…15 або 25...50 мм, зольність не більше 18%, вологість до 7%, невеликий вміст сірки і інших летких домішок. 2) кам’яно-вугільний пил, а також буре вугілля повинні постачатись у вигляді брикетів.
Чуть більше 15% об’єктів малої енергетики обладнані пиловловлюючими пристроями. Причому ступінь вловлювання газоподібних та інших шкідливих домішок при викидах в повітря становить менше 40%. Тому з екологічної точки зору перевагу мають великі ТЕЦ і районні котельні. Але при наявності дрібних не компактно розташованих користувачів тепла з’являється потреба в мережах великої протяжності і, як наслідок, у великій вартості будівельних і експлуатаційних витрат, втратах тепла. Це значно знижує ефективність і масштаби використання крупних об’єктів вироблення теплоти, а децентралізація, в ряді випадків, може дати більш високий економічний ефект.
Умови утворення забруднюючих речовин в теплоенергетичному процесі
ТЕС є найбільш потужними забруднювачами навколишнього середовища. Це в першу чергу пов’язано зі спалюванням органічного матеріалу. Паливо, що в основному, видобувається з надр землі, після збагачення і переробки подається в топку парогенератора. Туди ж подається і повітря. В залежності від виду і стану палива надходження в атмосферу забруднюючих речовин розрізняється як по кількості, так і по якісному складу (табл. 3).
ТЕС є найбільш потужними забруднювачами навколишнього середовища. Це в першу чергу пов’язано зі спалюванням органічного матеріалу. Паливо, що в основному, видобувається з надр землі, після збагачення і переробки подається в топку парогенератора. Туди ж подається і повітря. В залежності від виду і стану палива надходження в атмосферу забруднюючих речовин розрізняється як по кількості, так і по якісному складу (табл. 3).
Показники забруднення атмосфери ТЄС, г/кВт.год
Дані таблиці 3 свідчать, що екологічно чистим паливом є газ. Але природний газ – цінна речовина для хімічної промисловості. Тому використання його в якості палива на ТЕС є недоцільним.
Станції потужністю 100 мВт, які працюють на вугіллі викидають в атмосферу за рік 5 тис.т SO2 та 10 тис.т no2. на поверхні землі біля ТЕС утворюється близько 400 т золи, в який приблизно 80 т важких металів (миш’як, кадмій, свинець, ванадій та інші). ТЕС потужністю 1 мВт витрачає кисень, який виробляє 100 тис. га лісу.
Розповсюдження перелічених забруднених елементів залежить не тільки від стану обладнання ТЕС, але і від природних факторів її місцерозташування: рельєфу місцевості, швидкості вітру, температури повітря різних шарів атмосфери, хмарності.
Вода, яка йде на охолодження теплообмінних апаратів та іншого обладнання, використовується для промивки обладнання, в хімоводоочистці, при золошлаковиділенні, містить розчини соляної кислоти, їдкого натрію, аміаку, солей амонію, заліза та інше.
При охолодженні теплообмінних апаратів вода містить велику кількість тепла, що передається градирням і водоохолоджувальним ставкам і далі природним водним джерелам, здійснюючи їх теплове забруднення. Наслідками цього негативного впливу є зміна умов льодоставу, паводків, утворення туманів, збільшення випаровування і заростання водойм рослинністю, порушення кисневого балансу і, як наслідок, погіршення умов мешкання водних істот.
Основна частина теплоти, що утворюється при згоранні палива в топках котлів, передається робочому тілу – парі. Друга – витрачається на тепловтрати працюючими водонагрівачами (котлами), паро- і турбогенераторами, паро- і водопроводами, конденсаторами, живильними насосами, градирнями і бризкальними басейнами. Третя частина уноситься з продуктами спалювання в димову трубу і далі в атмосферу. Останні два чинники обумовлюють теплове забруднення повітряного простору.
Одним з негативних факторів впливу ТЕС, які працюють на твердому паливі, є відходи, що утворюються в процесі спалювання, системи складування і транспортування. Коли ці відходи розміщують у відвалах, то під впливом води і вітру дрібні частки і хімречовини переносяться на прилеглі території, погіршують їх родючість.
Боротьба із забрудненням ТЕС
Проблема запобігання забрудненню повітряного басейну від ТЕС є першочерговою в охороні навколишнього середовища, оскільки основними відходами енергетичного виробництва є газоподібні продукти.
Проблема запобігання забрудненню повітряного басейну від ТЕС є першочерговою в охороні навколишнього середовища, оскільки основними відходами енергетичного виробництва є газоподібні продукти.
У всіх промислово розвинених країнах об’єми викидів шкідливих речовин в повітря і водойми визначаються гранично допустимими концентраціями (ГДК). Абсолютна кількість шкідливих речовин, включаючи теплові, навколо місця їх викиду (димові трубки) залежить як від концентрацій, що містять забруднені потоки газу, так і умов розсіяння. Тому рекомендується димові труби розміщувати на більш високих відмітках місцевості, а висоту робити по можливості більшою. Існують труби висотою 180, 250, навіть 320 м. Крім того рекомендується здійснювати розосередження об’єктів теплоенергетичного виробництва, що, крім розсіювання, сприяє очищенню повітряних мас.
Одним з найбільш перспективних та радикальних напрямків у запобіганні викидам забруднюючих речовин в атмосферу та природні водойми є зміна технології виробництва, котра дозволила б значно скоротити шкідливі викиди.
Так, зменшення забруднення повітря можна досягти при спалюванні вугілля в киплячому шарі. Метод полягає в тому, що вугілля у вигляді шару часток підтримується потоком повітря, яке забезпечує краще надходження кисню в масу вугілля. При цьому спостерігається висока ефективність спалювання вугілля навіть при середніх температурах (800…900°С), внаслідок чого відбувається розплавлення золи з послідуючим відкладанням її на поверхні нагріву. Крім того, додавання до палива вапняку чи інших аналогічних матеріалів забезпечує уловлення і видалення сірчистих з’єднань при спалюванні в самому «киплячому шарі». ККД котлоагрегатів, що працюють в режимі «киплячого шару» становить 78…95%.
Другим екологічно і економічно привабливим технологічним процесом спалювання вугілля є використання магнітно-динамічних генераторів (МГД-генератори), що запобігають викидам в атмосферу окислів азоту, які інтенсивно утворюються при високих температурах спалювання вугілля, а також очищають продукти згоряння від твердих часток присадок. Характерною особливістю цього процесу є вироблення електричного струму не за допомогою паротурбінних генераторів, а в результаті проходження розплавленої робочої рідини або газу через магнітне поле. Струм знімається за допомогою електродів, які встановлені вподовж каналу руху цих потоків в генераторі. Щоб робоче тіло набуло електропровідності, перетворюючись в плазму, його температуру піднімають до 2000°С і вище. Для підвищення електропровідності плазменного потоку в камеру спалювання вводять присадки, наприклад, карбонат калію. МГД-генератори поки мають невеликий ККД (біля 60%).
Сучасні технології використання в якості палива мазуту з високим вмістом діоксиду сірки і ванадію передбачають перетворення його спочатку в газоподібний стан з видаленням при цьому забруднюючих домішок, а після цього виконувати спалювання очищеного газу.
Аналогічно сучасні технології спалювання сланців передбачають спочатку перетворення їх в рідину або газоподібну форму з відокремленням значної кількості шкідливих речовин з послідуючим спалюванням в котлоагрегатах.
Для очищення димових газів від золи на ТЕС застосовують електрофільтри, мокрі золовловлювачі з трубами Вентурі і батарейні циклони. Звичайно перші застосовують на великих енергоблоках потужністю більше 300 МВт, другі встановлюють за котлоагрегатами середньої продуктивності. У деяких випадках, наприклад, за високої зольності палива або необхідності забезпечити високу надійність золовловлювання, установки складаються з двох або більше послідовно розташованих апаратів. При цьому, як останню по ходу газів ступінь, встановлюють електрофільтр.
Затримана золовловлювачами зола із значним вмістом оксидів кальцію, калію і деяких мікроелементів використовується для луження кислих ґрунтів і як добрива в сільському господарстві. Сланцева зола знаходить застосування у промисловості будівельних матеріалів.
В районах розміщення електростанцій, що працюють на вугіллі з високим вмістом сірчистих сполук, сірчистий газ (діоксид сірки) у взаємодії з водяною парою повітря перетворюється у стійку сірчану кислоту, яка випадає разом з опадами на прилеглу територію, обумовлюючи забруднення ґрунтів і водойм. Захистом від сірчистих сполук, крім розсіювання в повітрі, є попередня обробка палива до спалювання в котлах з метою зниження сірки в ньому. Існує ряд способів попередньої обробки палива: магнезитовий, аміачно-циклічний, розчином солей натрію. Але найбільш поширеним способом є вапняковий. Спосіб полягає в додаванні до палива вапняку або доломіту, внаслідок чого утворюється сульфат кальцію, який разом із золою затримується в золовловлюючих пристроях. Це дає змогу вловлювати близько 90% сірчаного та сірчистого ангідридів.
Зниження викидів окислів азоту здійснюється рециркуляцією газів, двоступеневим спалюванням, виключенням надлишків подачі та зниженням температури підігріву повітря, оптимізацією згоряння палива в топці котлів та рядом інших заходів, які пов’язані з конструктивними особливостями котельних агрегатів та видами палива.
Заходи по очищенню і охолодженню води ТЕС спрямовані на видалення: хімічних сполук, які утворюються внаслідок промивки теплосилового обладнання; хімводоочистки і гідрозоловидалення; нафтопродуктів, які надходять в стічні води при охолоджуванні мастилоохолоджувачів, теплових скидів від всіх теплообмінних апаратів.
На великих об’єктах вироблення енергії всі ці проблеми розв’язуються на автономних очисних спорудах із застосуванням систем зворотнього водопостачання (рис. 23). На дрібних об’єктах основна частина забруднюючих речовин повинна видалятись централізованими очисними спорудами міст і селищ.
Рис. 23. Схема зворотнього водопостачання ТЕС: 1 – котлоагрегат; 2 – турбіна; 3 – конденсаторний бак; 4 – насос; 5 – градирня; 6 – очисні пристрої; 7 – джерело поповнення води
Видалення хімічних забруднюючих речовин може здійснюватись у відстійниках, в які вводять речовини-нейтралізатори і реагенти. Очищення води від нафтопродуктів виконують за допомогою флотаторів і нафтовловлювачів, охолоджування – за допомогою градирень і бризкальних басейнів. Гідрозоловидалення може мати свої системи очищення і водопостачання.
Коментарі (0)