CC BY
909ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЭС
1 2 Никонова Р.А. , Дрягина Д.Р.
1Никонова Рада Андреевна - магистрант;
2Дрягина Дарья Романовна - магистрант, кафедра экологии промышленных зон и акваторий, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Санкт-Петербургский государственный морской технический университет,
г. Санкт-Петербург
Аннотация: развитие теплоэнергетики оказывает воздействие на различные компоненты природной среды: на атмосферу (потребление кислорода воздуха (О2), выбросы газов, паров, твёрдых частиц), на гидросферу (потребление воды, переброска стоков, создание новых водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов), на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение водного баланса, изменение ландшафта, выбросы на поверхности и в недра твёрдых, жидких и газообразных токсичных веществ). В настоящее время это воздействие приобретает глобальный характер, затрагивая все структурные компоненты нашей планеты.
Ключевые слова: воздушный бассейн, ТЭЦ, загрязнения, очистка газов, трубы.
Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха происходит вследствие выбросов в атмосферу вредных веществ при работе энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, мазут, дизельное топливо, уголь). Одним из основных и самых крупномасштабных источников загрязнения атмосферы являются ТЭЦ(тепловая электростанция) : на их долю приходится около 14 % общего загрязнения атмосферы техническими средствами [1].
При сжигании топлива на ТЭС образуются продукты сгорания. Загрязняющие примеси выбросов электростанций воздействуют на биосферу района расположения предприятия, подвергаются различным превращениям и взаимодействиям, а также осаждаются, вымываются атмосферными осадками, поступают в почву и водоемы. Кроме основных компонентов, образующихся в результате сжигания органического топлива (углекислого газа и воды), выбросы ТЭС содержат пылевые частицы различного состава, оксиды серы, оксиды азота, фтористые соединения, оксиды металлов, газообразные продукты неполного сгорания топлива. Их поступление в воздушную среду наносит большой ущерб, как всем основным компонентам биосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, транспорту и населению городов. Наличие пылевых частиц, оксидов серы обусловлено содержанием в топливе минеральных примесей, а наличие оксидов азота - частичным окислением азота воздуха в высокотемпературном пламени.
Тепловые электростанции работают на относительно дешевом органическом топливе - угле и мазуте. Перевод с твердого топлива на газовое ведет к удорожанию вырабатываемой энергии, но так можно значительно сократить объём выбросов и поддерживать нормальное состояние окружающей среды [2].
Таблица 1. Основные вещества, выбрасываемые в атмосферу при сжигании топлива
Вещество Класс опасности
Оксид углерода (СО) 4
Диоксид серы (Б02) 3
Оксид азота (N0) 3
Диоксид азота (N02) 2
Загрязнение воздушного бассейна объектами теплоэлектроэнергетики связано в основном с выбросами дымовых газов, образующихся при сжигании органического топлива в котлах электростанций. В связи с этим для снижения вредного воздействия энергетики на воздушный бассейн может быть использовано как минимум три пути:
1) уменьшение количества и улучшение качества органического топлива, сжигаемого для производства электроэнергии и теплоты;
2) подавление образования и улавливание вредных компонентов дымовых газов и сокращение благодаря этому выброса электростанциями вредных веществ в атмосферу;
3) уменьшение концентрации вредных веществ в приземном слое атмосферы в результате рассеивания вредных выбросов высокими трубами электростанций, более рационального их размещения, усиления контроля за выбросами и экологическое управление режимами энергетических предприятий с использованием экологически чистых топлив [3].
Рассеивание вредных веществ в атмосфере. Концентрация вредных веществ в приземном слое атмосферы зависит не только от объема вредных выбросов, но и от климатических и метеорологических условий местности, а также от конструкции дымовой трубы. При данных природных условиях и заданных размерах выбросов вредных веществ в атмосферу уровень их концентрации зависит от конструкции дымовой трубы, в первую очередь от ее высоты (концентрация обратно пропорциональна квадрату высоты трубы). В связи с этим рост требований к охране воздушного бассейна при прочих равных условиях ведет к необходимости увеличения высоты дымовых труб, наиболее высокие из которых в настоящее время превысили 300 м.
Создание высоких труб обходится достаточно дорого, причем их стоимость по мере увеличения высоты возрастает почти по квадратичной зависимости. Тем не менее стоимость дымовых труб значительно ниже, чем сооружений по очистке дымовых газов, что с экономической точки зрения говорит в пользу труб. Однако в настоящее время сооружение высоких дымовых труб не признается в качестве генерального направления охраны воздушного бассейна, так как вредные выбросы из высоких дымовых труб рассеиваются на весьма значительные расстояния. Отрицательное воздействие электростанций на обширные территории страны может иметь различные неблагоприятные последствия, в том числе такие, как кислотные дожди, ухудшение состояния атмосферы в удаленных районах в результате наложения выбросов на повышенные антропогенные и природные концентрации вредных веществ. В связи с этим в настоящее время приоритет отдается методам, позволяющим максимально снизить выбросы вредных веществ в атмосферу, после чего для обеспечения должного ПДК допускается выбирать соответствующую высоту труб [4].
Для охраны воздушного бассейна наиболее важными являются мероприятия, сокращающие выбросы с дымовыми газами электростанций твердых частиц (золы), оксидов серы и азота.
Количество летучей золы, выбрасываемой в атмосферу энергетическими установками, определяется эффективностью очистки газов в золоуловителях, устанавливаемых за котлами. В России принято, что КПД золоуловителей должен быть для электростанций, сжигающих зольные топлива, - 99,5 %.
По принципам действия золоуловители разнообразны: электрофильтры, мокрые инерционные, сухие инерционные.
К особенностям сероулавливающих установок электростанций относится их крупномасштабность. Площадь, занимаемая сероулавливающими установками, соизмерима с площадью основных сооружений электростанции. Эксплуатация сероулавливающих установок связана с потреблением значительного количества реагентов (известняка, извести, аммиака и др.) и образованием соответствующего
количества отходов сероулавливания, которые могут иметь и товарную ценность. Для улавливания 1 т оксидов серы из дымовых газов электростанций требуется 1,8 т известняка.
Для очистки отходящих газов от диоксида серы существует большое количество абсорбционных методов, однако на практике нашли свое применение лишь некоторые из них. Это связано с тем, что объемы отходящих газов велики, а концентрация в них диоксида серы мала, газы характеризуются высокой температурой и значительным содержанием пыли.
Для абсорбции могут быть использованы вода, водные растворы и суспензии солей щелочных и щелочноземельных металлов. Наиболее дешевым и доступным в промышленных условиях растворителем является вода. Процесс поглощения таких загрязнений растворителем (водой) проводится одним из следующих способов.
Загрязненный газовый поток:
а) пропускается через насадочную колонну, орошаемую растворителем (водой);
б) контактирует с каплями жидкости, распыляемой форсунками;
в) барботируется через слой жидкости.
Чистый растворитель вводится в верхнюю часть аппаратов абсорбционной очистки, а из нижней части аппаратов отбирают отработанный раствор. Очищенный газ из верхней части аппаратов выводится в атмосферу. Полученный раствор подвергают обычно регенерации, т.е. очищают от загрязнений и снова возвращают в аппарат. [5]
Помимо абсорбционных методов устранения SO2 в отходящих газах так же применяют известняковый, магнезитовые, марганцевый и адсорбционные.
Известковый метод. Как реагент при этом методе применяют дешевые и широко распространенные вещества: известняк, известь и мел. Поглощение осуществляется такими реакциями
CaCO3 + SO2 ^ CaSO4 +CO2;
CaO + SO2 ^CaSO3;
2CaSO3 + O2^2CaSO4.
Сульфид кальция плохо растворяется в воде (0,136 г/л), в процессе очистки быстро перенасыщает раствор и выпадает в виде мелких кристаллов.
Магнезитовый метод основан на поглощении 502суспензией оксида магния MgO + SO2 + 6H2O ^ MgSO3 • 6H2O,
MgO + SO2 + 3H2O ^ MgSO3 • 3H2O.
Степень очистки зависит от рН циркулирующей жидкости. В кислой среде образуется растворимый бисульфит магния. Процесс поглощения характеризуется реакцией
MgO + SO2 + H2O ^ Mg(HSO3)2.
Чтобы предупредить реакцию образования сульфита магния, в раствор добавляют ингибитор - парафенилендиамин:
2MgSO3 + O2 ^ 2MgSO4.
Химическая продукция, получаемая при очистке дымовых газов от диоксида серы, зависит от выбранного технологического процесса. При очистке аммиачно-циклическим методом в качестве готовых продуктов можно получить 100%-ный сжиженный диоксид серы и сульфат аммония. При использовании магнезитового метода получается промежуточный продукт - кристаллы сульфата магния, которые после их обработки (сушка, обжиг) поступают в сернокислотное прои Марганцевый метод, разработанный японской компанией "Mitsubishi", заключается в том, что измельченный диоксид марганца вводят в поток газа, загрязненного диоксидом серы В результате реакции, образуется сульфат марганца.
MnO2 + SO2 ^ MnSO4.
Аэрозоль сульфита марганца в твердом виде и избыток непрореагованого диоксида марганца выделяют в батарейных циклонах и электрофильтрах. Степень
извлечения диоксида достигает 99,9 % Выделенную смесь из твердых частиц вводят в водный раствор аммиака и происходит реакция:
Мп803 + 2^ЫН3 + Н20 + 1/202 - Мп02 + (NH4)2S04.
Раствор сульфата аммония отделяют фильтрацией или центрифугированием от твердых частиц диоксида марганца, который затем измельчают и возвращают в технологический процесс [5].
Список литературы
1. Основы промышленной экологии [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://all-ecology.ru/index.php?request=full&id=110/ (дата обращения: 27.06.2018).
2. Что такое ТЭЦ и как она работает [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://zao-jbi.livejournal.com/10529.html/ (дата обращения: 27.06.2018).
3. Авдеенко О.А., Лазарева Л.П. Влияние тепловых электростанций на окружающую среду (на примере Артемовской ТЭЦ), №75 / 2013 г.
4. Основы промышленной экологии [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://all-ecology.ru/index.php?request=full&id=110/ (дата обращения: 27.06.2018).
5. Очистка газов от диоксида серы [Электронный ресурс]. Режим доступа:http://uchebnikionline.com/ekologia/promislova_ekologiya_apostolyuk_co/och ischennya_gaziv_vid_dioksidu_sirki.html/ (дата обращения: 27.06.2018).
6. Методы уменьшения количества выбросов оксидов азота [Электронный ресурс]. Режим доступа:http://www.rusnauka.com/15_DNI_2008/Ecologia/33093.doc.htm/ (дата обращения: 27.06.2018).
