CC BY
39
_ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА И ЭНЕРГЕТИКА_
УДК 502.174.1
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММ ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИЙ
© 2013 г. В.А. Смолий, С.А. Галашова, Н.Н. Ефимов
Смолий Виктория Александровна - аспирант, кафедра «Технология керамики, стекла и вяжущих веществ», ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635) 25-51-35 E-mail: [email protected]
Галашова Светлана Александровна - инженер-исследователь, кафедра НХ ФГБОУ ВПО «ОмГУ им. Ф.М. Достоевского». Тел. (3812)22-36-41.
Ефимов Николай Николаевич - д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой «Тепловые электрические станции», Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (8635)25-52-18. E-mail: [email protected]
Smoly Victoria Aleksandrovna - post-graduate student, department «The Technology of Ceramics, Flew Down and Knitting Substances», South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635)25-51-35 E-mail: [email protected]
Galashova Svetlana Alexandrovna - research engineer of NH FGBOU VPO department «OMGU of F.M.Dostoevsky». Ph. (3812)22-36-41.
Efimov Nikolay Nikolaevich - Doctor of Technical Sciences professor, head of department «Thermal Power Plant», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (8635)25-52-18. E-mail: [email protected]
Рассмотрены экологические проблемы утилизации отходов тепловых электрических станций, а также возможность разработки программ природоохранных мероприятий, снижающих их негативное влияние на окружающую среду.
Ключевые слова: тепловые электрические станции; шлак; зола; отходы; окружающая среда; природоохранные мероприятия.
Environmental problems of recycling of thermal power plants, and also possibility of development of programs of the nature protection actions reducing their negative influence on environment are considered.
Keywords: thermal power plants; slag; ashes; waste; environment; nature protection actions.
В настоящее время технологии производства электрической энергии, особенно на тепловых электростанциях (ТЭС), не удовлетворяют современным требованиям по экономичности и экологической безопасности. Среди производителей электроэнергии ТЭС являются основными производителями тепловой и электрической энергии, а также одним из основных загрязнителей окружающей среды (особенно). Вредными веществами, загрязняющими природную окружающую среду вокруг тепловых электрических станций, являются, прежде всего, отходы процессов сжигания практически всех видов топлива. К ним относятся: твердые отходы (зола и шлак), окислы азота, серы, ванадия; хлористо-фтористые выбросы, ТЭС вместе с транспортом поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО2), около 50 % двуокиси серы, 35 % - окислов азота
и около 35 % пыли (таблица). Тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы среды, а также на человека, другие организмы и их сообщества [1, 2].
Серьезную проблему вблизи ТЭС представляет складирование золы и шлаков. Огромные количества золы и шлака скопились в отвалах, занимающих ценные земельные угодья. Содержание золошлаковых отвалов требует значительных затрат. Золоотвалы способствуют загрязнению воздушного и водного бассейнов и изменению химико-минерального состава почв. Пыление золоотвалов загрязняет окружающую среду, отрицательно влияет на здоровье людей, а также на продуктивность сельскохозяйственных угодий. При сильном ветре превышение предельно допустимой концентрации золы в воздухе может иметь место на расстоянии до 4 км от кромки отвала.
Выбросы вредных веществ в атмосферу
Предприятие Вредные вещества Твердые вещества Сернистый ангидрид Оксид углерода Оксиды азота
тыс. т % тыс. т % тыс. т % тыс. т % тыс. т %
Все предприятия РФ 24788,3 100 4709 100 7198 100 5866 100 3452 100
ТЭС 5343,4 22 1706 36 2269 32 83 1,3 1267 37
Учитывая, что в настоящее время значительная доля электроэнергии в России (65,4 %) производится на тепловых электростанциях, а запасы углей таковы, что они могут обеспечивать мировые потребности в энергии в течение 200 - 300 лет, закономерно ожидать увеличения доли углей и продуктов их переработки в получении энергии, а следовательно, и в загрязнении среды.
Ростовская область, в пределах которой расположена Восточная часть Донбасса, - один из наиболее крупных и развитых регионов юга России. В то же время она и наиболее крупный поставщик промышленных отходов, которых здесь, согласно данным Госкомэкологии России, ежегодно образуется от 7 до 8 млн т. Ведущая роль в их формировании принадлежит предприятиям угледобывающей промышленности (шахты, обогатительные фабрики) и углепотребляю-щим ТЭС и ТЭЦ (Новочеркасская и Несветаевская ГРЭС (Экспериментальная ТЭС), Каменская, Шах-тинская ТЭЦ и др.). Несмотря на заметный спад в развитии угольной промышленности области, годовой выход отходов добычи, обогащения и сжигания углей сейчас составляет 4,9 - 5,1 млн т (рисунок).
Отходы, млн т
б
5
3
2
1 О
2000 2002 200Ь 2006 2008 2010 годы оШрпзоЬание О утилизация
Динамика накопления и утилизации углепромышленных отходов на территории Ростовской области
По данным Минтопэнерго, на территории Российской Федерации ежегодно в результате деятельности тепловых электрических станций образуется свыше 20 млн т золошлаковых отходов. В отвалах ТЭС накоплено более 2,1 млрд т золы и шлаков, ими занято свыше 150 тыс. га земли. Образующиеся на предприятиях топливно-энергетического комплекса Ростовской области золошлаковые отходы размещаются на золоотвалах общей площадью более 250 га, на которых размещено более 40 млн т отходов. Наибольший вклад в образование золошлаковых отходов вносит Новочеркасская ГРЭС. В ее отвалах сконцентрировано около 46 млн т отходов, ежегодное образование золошлаковых отходов на Новочеркасской ГРЭС составляет порядка 800 тыс. т, а это более 10 % от объемов, ежегодно образующихся в области промот-ходов. При этом на предприятиях стройиндустрии в
качестве вторичных ресурсов используется лишь незначительная часть (10 - 15 %) образующихся золош-лаковых отходов [1 - 3].
Таким образом, неблагоприятная экологическая обстановка складывается вблизи не только Новочеркасской ГРЭС и ТЭС Ростовской области, подобная тенденция наблюдается повсеместно по всей России и во всем мире. Основные причины низкого уровня использования отходов тепловых электрических станций в России следующие:
- отсутствие целенаправленной государственной политики в области использования природных инертных и техногенных материалов с целью сохранения экологического равновесия;
- отсутствие законодательной базы, стимулирующей как производителей, так и потребителей золы и шлака ТЭС к их технологическому использованию и вовлечению в сырьевой баланс страны;
- техническая неподготовленность теплоэнергетических предприятий по первичному разделению и сортировке ЗШО, складированию их и выдаче потребителям;
- отсутствие комплексных технологий, охватывающих все направления утилизации различных фракций ЗШО (зола, шлак), образующихся при сжигании твердых топлив непосредственно на выходе из котельного агрегата, а также накопившихся золошла-ковых смесей в отвалах;
- недостаточное внедрение результатов научно-исследовательских работ, накопленных в отечественной и мировой практике;
- отсутствие отечественных производителей оборудования по производству товарной продукции с использованием ЗШО.
Общество заинтересовано в экологической чистоте окружающей среды, но оно нуждается и в достаточном производстве энергии, необходимой для его существования и развития. Если не принимать никаких мер, то производители энергии будут стараться, прежде всего с выгодой для себя, осуществлять производство электроэнергии и тепла, не вкладывая дополнительных затрат на мероприятия (установки, схемы, агрегаты), обеспечивающие экологическую чистоту основного производства. Поэтому общество вынуждено устанавливать законодательные барьеры для загрязнителей природы. В 60-70-е гг. XX столетия в развитых странах сложилось твердое мнение, что с выбросами вредных веществ различных производств необходимо активно бороться. Именно с этого времени стало создаваться природоохранное и ресурсосберегающее направление. Понимание того, что в этом направлении необходимо что-то делать, было и раньше, но именно в эти годы начали создаваться эффективные технологии по борьбе с выбросами и сбросами. Государственное регулирование этих процессов происходило на уровне создания законодательных актов, стимулирующих развитие природоохранных и ресурсосберегающих технологий.
Природоохранные мероприятия должны учитывать специфику и условия основных процессов произ-
водства. Поэтому в энергетике появилось направление природоохранных технологий на тепловых электростанциях. Они вначале касались пассивных методов борьбы с загрязняющими веществами. Однако постепенно развиваясь, природоохранные мероприятия все больше и больше переходят в активные, как более эффективные способы борьбы с образованием вредных веществ при производстве энергии.
Масштабное использование и переработка золош-лаковых отходов требуют решения комплекса организационных, технических, экологических и экономических вопросов. Нужны глубокие всесторонние исследования физико-химических свойств ЗШО ТЭС, образующихся при сжигании различных твердых топлив. Необходимо совершенствование очистных устройств.
Принятый в ноябре 2009 г. ФЗ-261 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» регламентирует задачи, стоящие перед всеми органами исполнительной власти в области снижения затрат при производстве энергии, улучшения экологической обстановки в регионах.
Защита окружающей среды вокруг тепловых электростанций в настоящее время формируется по следующим принципам:
- выбор места установки электростанции с наименьшим ущербом для окружающей среды;
- недопущение на территории, прилегающей к тепловой электростанции, сверх предельных концентраций вредных веществ в воздухе, почве и воде, что достигается установкой высоких дымовых труб;
- создание и установка специальных конструкций и агрегатов для улавливания вредных веществ;
- активная борьба с образованием загрязняющих вредных веществ путем обогащения топлива, создания различных восстановительных процессов и зон.
Однако этого недостаточно. Для наиболее рационального решения данной проблемы к ней необходим комплексный подход. В первую очередь необходима разработка законодательной базы и государственной политики, регулирующей и стимулирующей использование отходов тепловых электрических станций. Необходимо также сокращение выхода золошлаковых отходов, наиболее полное использование уже существующих золошлакоотвалов и рекультивация земель, занятых отходами.
Большие массы и богатый состав позволяют рассматривать золошлаковые отходы как вторичное сырье для переработки и дальнейшего производства строительных, теплоизоляционных и других материалов, а также для нового обогащения и получения ценного сырья для вторичного производства.
Комплексная переработка золошлаковых отходов должна включать следующие этапы:
Поступила в редакцию
1. Разделение золошлаковых отходов на фракции, обогащенные различными компонентами. Простейший способ разделения шлаков - гравитационный. В жидком состоянии более тяжелые фракции будут скапливаться в нижней части шлаковой ванны, легкие фракции - в верхней. При понижении температуры жидкого шлака начинается его кристаллизация, и в первую очередь кристаллизуются фракции с наиболее высокой температурой плавления (магнезиально-железистые и алюмосиликатные). Компоненты, содержащие щелочные металлы, кристаллизуются в последнюю очередь.
2. Фракция, обогащенная металлами, может непосредственно использоваться как сырье для металлургической промышленности либо подвергаться дальнейшей, более глубокой переработке, например с помощью электролитических методов.
3. Фракция, обогащенная кремнием, также может подвергаться дальнейшей глубокой переработке на ТЭС с целью получения кремния - важнейшего материала для производства фотопреобразователей и солнечных батарей.
4. Использование отходов ТЭС для производства разнообразных материалов строительной и силикатной промышленности.
5. Рекультивация отработанных золошлакоотва-лов [1 - 5].
Работа подготовлена по результатам, полученным в ходе выполнения научно-исследовательской работы на тему «Актуальные аспекты технологий переработки отходов топливно-энергетического комплекса и синтеза на их основе новых строительных материалов» по соглашению № 14.В37.21.2092 в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы».
Литература
1. Мадоян А.А., Ефимов Н.Н. Природоохранные технологии на ТЭС: учеб. пособие / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 2002. 466 с.
2. Федорова Н.В., Чеботарева Е.В. Комплексная переработка золошлаковых материалов с учетом их химического состава // Повышение эффективности производства электроэнергии: материалы VII Междунар. науч.-техн. конф., г. Новочеркасск, 2009 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск, 2009. 266 с.
3. Данилович И.Ю., Сканави Н.А. Использование топливных
шлаков и зол для производства строительных материалов: учеб. пособие для СПТУ. М., 1988. 72 с.
4. Кизильштейн Л.Я., Дубов И.В., Шпицглуз А.Л., Парада С.Г. Компоненты зол и шлаков ТЭС. М., 1995 г. 197 с.
5. ГОСТ 1751.01-78. Охрана природы. Рекультивация земель. Термины и определения.
6 февраля 2013 г.
