CC BY
115
УДК 621.313
И. А. Басалай, Е. В. Зеленухо
МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ЭКОЛОГИЧЕСКОМ НАГРУЗКИ НА АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ ОТ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ
Проблемы обеспечения энергией и снижения негативного воздействия на окружающую среду при ее производстве для Республики Беларусь актуальны. Энергетические потребности экономики удовлетворяются, в основном, за счет сжигания органического топлива на объектах энергетики различной мощности. В структуре топливного баланса преобладает природный газ (78,7 %), мазут - 7,9 % и около 12 % приходится на местные виды топлива. Годовое потребление топливно-энергетических ресурсов в республике составляет порядка 34,5-35 млн. т.у.т.
Традиционные способы сжигания органического топлива сопряжены с разносторонним локальным и глобальным воздействием на окружающую среду,что характеризуется химическим загрязнением биосферы (выбросы и сбросы загрязняющих веществ в газообразном, жидком и твердом состоянии), тепловым загрязнением воздушного бассейна и водных объектов, физическим воздействием, а также изъятием природных ресурсов для технологических нужд и размещения основной площадки объекта энергетики.
К числу основных экологических аспектов, связанных со сжиганием органического топлива, относятся образование выбросов загрязняющих веществ, вследствие невозможности организации замкнутых циклов и безотходного производства. Для энергетической отрасли приоритетными загрязняющими веществами являются оксиды азота (NOх), углерода (СОх), серы ^Ох), твердые вещества (зола, сажа, тяжелые металлы и др.). Так, выбросы от стационарных источников в 2011 г. составили 370,8 тыс. т, в том числе: от технологических, производственных и других процессов -279,4 тыс. т (75 %) и от сжигания топлива - 91,4 тыс. т (25 %) [1].
Степень загрязнения окружающей среды зависит от вида и качества используемого органического топлива, фактического расхода топлива; типа котла; номинальной тепловой мощности котла; характеристики системы очистки, а также режима работы энергетического оборудования.
В настоящей работе проведен анализ воздействия на состояние атмосферного воздуха двух объектов энергосистемы Республики Беларусь различной мощности: Гомельской ТЭЦ-2 и мини-ТЭЦ торфобрикетного завода.
Гомельская ТЭЦ-2 введена в эксплуатацию в 1977 году, расположена на северо-западной окраине г. Гомеля за пределами городской черты. Станция входит в состав РУП «Гомельэнерго» и предназначена для обеспечения тепловой и электрической энергией промышленных и коммуналь-
но-бытовых потребителей города. На станции установлены: три теплофикационных энергоблока с турбинами Т-180/210-130, котлоагрегатами Еп-670-140ГМН, турбогенераторами ТГВ-200-2МУЗ; три водогрейных котла КВГМ-180-150.
С экологической точки зрения Гомельская ТЭЦ-2, как и любой энергетический объект, является источником воздействия на окружающую среду. Анализ экологических аспектов технологического процесса производства энергии показал, что в качестве наиболее значимых выделены выбросы вредных веществ в атмосферу на стадиях использования топлива и пуска котлов.
Для контроля выбросов, загрязняющих веществ в атмосферный воздух, на Гомельской ТЭЦ-2 внедрена автоматизированная система контроля (АСК) выбросов, предназначенная для непрерывного мониторинга состава и количества дымовых газов, выбрасываемых в атмосферу и формирования экологической отчетности с нарастающим накоплением архива данных для расчета и уплаты экологического налога по фактическим показателям выбросов. АСК состоит из четырех подсистем.
1. Подсистема газового анализа с пробоот-бором для измерения состава газа. В основе принципа измерений газового анализа заложено использование точной фотометрии в ИК-области спектра в сочетании с экстрактивным принципом получения газовой пробы. Проба отбирается из дымовой трубы на отметке +116,0. После охлаждения и очистки проба подается на газоанализаторы ULTRAMAT 23 для измерения концентраций газов: СО, СО2, NO, NO2, SO2. По ним вычисляются валовые значения выбросов.
2. Подсистема измерения объемного расхода дымовых газов. Для измерения расхода дымовых газов используется ультразвуковая бесконтактная система D-FL 200. Она основана на принципе фазовой разности звуковых сигналов и постоянно контролирует скорость и расход газообразных отходов. В дымовую трубу на отметках (+116,60 и +119,13) устанавливается два ультразвуковых датчика, а также датчики температуры и давления, которые измеряют стандартный объемный расход.
3. Подсистема измерения концентрации кислорода в шунтовых трубах. Подсистема использует электрохимический сенсор на основе оксида циркония, для измерения содержания кислорода. Измерительный зонд устанавливается непосредственно в шунтовой трубе. Он производит анализ пробы без предварительной пробопод-готовки непосредственно в процессе горения. Данные, получаемые от газоанализаторов
\ Торф |По-
Т фрезерный С1
Торф фрезерный
Прием сырья
Охутйег 4000, передаются на электронные регистраторы, установленные на центральных пультах управления, что позволяет в режиме реального времени управлять процессом сжигания топлива.
4. Устройства сбора и передачи данных (УСПД)
предназначены для создания иерархической структурированной многофункциональной автоматизированной информационно-измерительной системы коммерческого учета выбросов предприятия заданных продуктов горения с функциями распределенного хранения и обработки информации. УСПД производят автоматический сбор данных о химическом составе газовой пробы, и стандартном объемном расходе, а также контроль параметров сигналов статуса работоспособности подсистем (необходимость очистки/замены фильтров пробо-подготовки, ошибки измерений, необходимость калибровки).
Ранее на Гомельской ТЭЦ-2 учет выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух производился по расчетной методике [3] на основании количества сожженного топлива. Однако расчетный метод не дает возможности учитывать изменения режимов работы котлов и, соответственно, колебания выбросов.
К наиболее значимым мероприятиям, позволяющим снизить потребление топлива и выбросы загрязняющих веществ, в атмосферный воздух относится внедрение детандер-генераторной установки. Основными частями ДГУ являются детандер и электрический генератор. Детандер представляет собой тепловую машину, рабочим телом в которой является транспортируемый природный газ. Энергия природного газа при его расширении в детандере преобразуется в механическую энергию, которая затем преобразуется в электрическую [2]. Отсутствие процесса сжигания газа обеспечивает полную экологическую чистоту технологического процесса.
Опыт эксплуатации УТДУ-4000 в составе Гомельской ТЭЦ-2 показывает, что использование установки дает возможность ввести в хозяйственный оборот вторичные энергоресурсы и получить до 1 % дополнительной мощности (а именно 4, 56 МВт для Гомельской ТЭЦ-2), снизить расход топлива, а также улучшить экологические показатели.
При работе ДГУ за 2012 год сэкономлено 2986 т.у.т. и одновременно уменьшено количество выбросов загрязняющих веществ на 5178 тонн, в том
СЖИГАНИЕ
СЫРЬЕВОЙ ОТХОД (отсев фрезерного торфа)
% Мелкая
_ \ фракция
торфа
Мелкая фракция торф
Сушка
Подготовка сырья
Брикеты топливные
на основе торфа
Складирование готовой продукции
Процесс прессования
Брикеты топливные на основе торфа
Рис. 1. Схема технологического процесса производства торфяных
П11Л1М IV V11 Л/*/1 Т-11 /1
числе С02 - 5171,8 тонн; СО, N02, N0, бенз(а)пирена - порядка 6 тонн.
Дальнейшими путями повышения эффективности ДГУ Гомельской ТЭЦ-2 являются: внедрение автоматического регулирования направляющих аппаратов в зависимости от расхода газа на ДГУ для увеличения используемой электрической мощности; реконструкция ГРП с заменой регуляторов давления для снижения минимального расхода газа через ГРП, что позволит увеличить долю газа, пропускаемого через ДГУ.
В качестве второго объекта исследования данной работы выбран объект энергетики с использованием местных видов твердого топлива - мини-ТЭЦ ТБЗ «Усяж» Минской области Республики Беларусь.
Мини-ТЭЦ позволяет получать тепловую энергию, которая направляется на технологический процесс производства топливных брикетов, а также для горячего водоснабжения и отопления производственных помещений, жилых домов, школы и
Рис. 2. Мелкая и крупная фракции фрезерного торфа
объектов социально-культурного назначения, расположенных в поселке. Производительность мини-ТЭЦ брикетного цеха - 25 Гкалл.
Мини-ТЭЦ оснащена тремя котлами, два из которых работают на газообразном топливе (котел №1 - ДКВР 10/13, котел №2 - ДЕ 16/14) и один -на твердом топливе (котел №3 - ДКВР 10/13).
Анализ воздействия на окружающую среду технологического процесса сжигания твердого топлива показал, что наибольший вклад в выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух при сжигании твердого топлива вносят твердые частицы. С целью снижения негативного воздействия на окружающую среду данного экологического аспекта для котла ДКВР 10/13 № 1 используется мультициклон с дозатором золы.
Схема технологического процесса производства торфяных топливных брикетов представлена на рис. 1.
Используемое твердое топливо в своем составе содержит около 15% отсева торфа крупной фракции - сырьевого отхода производства торфяных топливных брикетов. Фрезерный торф влажностью 40-45%, заготовленный в летнее время, в вагонах доставляется в бункерную сырья брикетного цеха, откуда подается в подготовительное отделение и направляется в дробилки. Измельченный в дробилках фрезерный торф подается в грохота. Здесь происходит разделение торфа на фракции. Мелкая фракция подается сборным скребковым конвейером в сушильное отделение. Отсев торфа - крупная фракция - ленточными конвейерами отсева подается в бункер крупной фракции и отсева для дальнейшего сжигания.
Качество любого твердого топлива в значительной степени определяется его химическим составом, а точнее соотношением горючей и негорючей части. К горючей части относят углерод, водород и серу; негорючая определяется содержанием кислорода, азота, а также зольностью и влажностью топлива. Химический состав, в свою очередь, обусловливает теплотворную способность топлива, т.е. количество теплоты, которое будет выделяться при его сжигании. В связи с этим, в работе проведено комплексное исследова-
ние свойств отсева фрезерного торфа мелкой, средней и крупной фракций для определения эффективности его использования в качестве топлива мини-ТЭЦ ТБЗ «Усяж». Для различных фракций фрезерного торфа (рис. 2) были определены: общая теплотворность, общая влажность и зольность, содержание углерода С, водорода Н, азота N и серы S.
Все исследования проводились в научной лаборатории «Моделирования экологической обстановки» на базе Национального минерально-сырьевого университета «Горный» с использованием современного аналитического оборудования.
Анализ полученных результатов эксплуатационно-топливных характеристик проб отсева фрезерного торфа различных фракций показал, что наиболее эффективным является применение на производстве в качестве твердого горючего топлива отсев торфа крупной фракции. Это обусловлено его высокой теплотворной способностью, наибольшим суммарным содержанием горючих элементов (углерода, водорода и серы) и наименьшей зольностью на сухое состояние в сравнении с отсевом торфа более мелких фракций.
Для снижения экологической нагрузки рекомендуется:
- внедрение и повышение эффективности использования ДГУ, а также автоматизированной системы контроля вредных выбросов, позволяющей учитывать изменения режимов работы котлов;
- проведение государственного учета и контроля за поступлением загрязняющих веществ в атмосферу и воздействием на нее вредных физических факторов;
- соблюдение санитарно-гигиенических требований при проектировании и эксплуатации объектов энергетики с обязательным проведением государственной экологической экспертизы на стадии проектирования;
- применение технологических и организационно-технических методов снижения объемов выбросов при сжигании топлива;
- разработка и внедрение СУОС.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Состояние природной среды Беларуси: экологический бюллетень 2011 г. / Под ред. В.Ф. Логинова.- Минск, 2012. - с. 363.
2. Яковлев, Б.В., Качан, С.А., Базыленко, А.А. Показатели детандергенераторных установок, используемых на ТЭС // Энергия и менеджмент. - 2007. - № 1. - с. 13-16.
3. ТКП 17.08-04-2006(02120) Охрана окружающей среды и природопользование. Атмосфера. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Порядок определения выбросов при сжигании топлива в котлах теплопроизводительно-стью более 25 МВт.
Авторы ствтьи:
Басалай Ирина Анатольевна, канд.техн.наук, доцент каф. экологии (Белорусский национальный технический университет, г. Минск).
Зеленухо Елена Владимировна, старший препод. каф. экологии (Белорусский национальный технический университет, г. Минск)..
E-mail: [email protected].
E-mail: [email protected]
