Воздействие на окружающую среду

Принципиальные решения для современных ТЭС на разных видах органического топлива включает в себя следующие предпосылки: использование блоков единичной мощностью 300, 500, 800 и 1200 МВт с высокими начальными значениями параметров пара, одновальными турбоагрегатами с развитой системой регенеративного подогрева питательной воды, высокой степенью унификации основных элементов схем и конструктивных решений. Отвод теплоты конденсации пара в окружающую среду осуществляется в конденсаторах паротурбинных установок с приточным или оборотным водоснабжением. ТЭС на твёрдом топливе имеет цех пылеприготовления, золо- и массоотвалы.

С учётом данных об элементарных процессах, происходящих при сжигании топлива и при преобразовании тепловой энергии в механическую работу, а затем в электрическую энергию на современных ТЭС, типовая схема взаимодействия ТЭС со всеми компонентами окружающей среды приведена на рисунке 1.

Рис. 1 Схема взаимодействия ТЭС с окружающей средой.

Стрелками показаны направления основных характеристик взаимодействия энергетического оборудования ТЭС с атмо-, гидро- и литосферой. Ископаемое топливо извлекается из недр и после обогащения и переработки подаётся в топку парогенератора. Для обеспечения сжигания топлива из атмосферы подаётся воздух. Образующиеся продукты сгорания передают основную часть теплоты рабочему телу энергетической установки, часть теплоты рассеивается в окружающую среду, а часть уносится с продуктами сгорания в дымовую трубу, далее в атмосферу. В зависимости от исходного состава топлива продукты сгорания, выбрасываемы в атмосферу, содержат окислы азота (NO_X), окислы углерода (СО_Х), окислы серы (SO_Х), углеводороды, пары воды и другие вещества в твёрдом, жидком и газообразном состояниях. Удаляемые из топки зола и шлам образуют золошлакоотвалы на поверхностях литосферы. В паропроводах от парогенератора к турбоагрегату (Т) в корпусах и ресиверах турбоагрегата, происходит передача тепла окружающему воздуху. В конденсаторе, а также в системе регенеративного подогрева питательной воды, включающей регенеративные водоподогреватели (РПВ), конденсатные (КН) и питательные насосы (ПН), теплота конденсации и переохлаждения конденсата воспринимаются охлаждающей водой, подаваемой циркуляционными насосами (ЦН). Преобразование механической работы в электрическую энергию в электрогенераторе (Г) так же сопровождается механическими и электрическими потерями, которые в конечном счёте преобразуются в теплоту, передаваемую атмосферному воздуху. Работа вращающихся механизмов, смесительных аппаратов, трансформаторов связана с распространением в окружающей среде акустических воздействий, а работа трансформаторных подстанций (ТП) линий электропередач (ЛЭП), как и всех электрических машин, связана с возбуждением электромагнитных полей и тепловыделениями в окружающую среду.

Кроме конденсаторов турбоагрегатов потребителями охлаждающей воды являются маслоотделители (МО), системы смыва и другие вспомогательные системы, образующие сливы на поверхность почвы и/или в гидросферу.

Следует обратить внимание на значительный вклад выбросов ТЭС в общий объём загрязнения атмосферы диоксидом серы и окислами азота. Эта проблема приобретает особенную остроту в связи с отсутствием методов очистки, реализованных на ТЭС.

На современных ТЭС сжигается в основном твёрдое топливо (ископаемые угли) в размельчённом (пылевом) виде. Таким образом, главное внимание в плане снижения дымовых выбросов должно быть обращено в энергетике на крупные пылеугольные топливосжигающие установки как основной потенциально опасный источник загрязнения атмосферы.

Твёрдая фаза выбросов ТЭС – взвешенные вещества или летучая зола, содержит алюмосиликаты, негорючую сульфатную серу (сульфаты кальция, щелочных металлов, магния, железа), а так же некоторые свободные микроэлементы. Количество свободной двуокиси кремния в золе колеблется от 10 до 82%. Её биологическая активность при попадании в дыхательные пути и лёгкие зависит от дисперсного состава частичек пыли и способности к растворению. Частицы с размерами более 12 мкм практически полностью задерживаются при дыхании в верхних дыхательных путях и плохо удаляются из организма. Более мелкие частицы проникают в нижние дыхательные пути и частично задерживаются там. Наиболее полно в лёгких задерживаются частицы с размерами порядка 1 мкм.

Исследования процесса самоочищения атмосферы от твёрдых частиц показываю, что частицы размером более 10 мкм относительно быстро опускаются на землю. Частицы 4-10 мкм поднимаются с дымом на высоту более 1 километра и перемещаются вдоль поверхности земли на тысячи километров. Частицы размером менее 4 мкм плохо осаждаются с каплями дождя, медленно опускаются, достигая поверхности земли с высоты 1 километр в течение года.

Таким образом, можно выделить следующие виды загрязнения окружающей среды объектами тепло энергетики:

Ø Выбросы в атмосферу в виде пыли, окислов серы, азота и углеводорода;

Ø Твёрдые отходы (зола, шлак);

Ø Сброс отработанной воды, содержащей нефтепродукты, взвеси, растворимы соединения металлов;

Ø Тепловые низкопотенциальные выбросы;

Ø Влияние электромагнитных полей линий электропередач;

Ø Шумовое воздействие.

Одним из наиболее токсичных газообразных выбросов энергоустановок является сернистый ангидрид SO₂, составляющий 98-99% выбросов сернистых соединений ТЭС. Накопление серосодержащих соединений происходит, в основном, в Мировом океане. При горении сера полностью превращается в SO₂,проходит электрофильтры и уносится в атмосферу. В присутствии кислорода происходит окисление SO₂ в SO₃. При соединении с водой эти окислы образуют сернистую и серную кислоты, которые оседают на землю в виде «кислых» дождей.

Массы диоксида серы, поступающего в атмосферу из индустриальных источников и за счёт природного фактора, уже сейчас примерно равны, что делает проблему очистки дымовых газов от SO₂крайне актуальной.

Нарушение режимов горения топлива приводит к образованию продуктов неполного сгорания: окиси углерода, сажи, смолистых веществ, содержащих полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в частности, самый токсичный из них, обладающий концерогенностью – бенз(а)пирен. Количество ПАУ, поступающих в атмосферу с дымовыми газами, в значительной степени зависит от качества и вида сжигаемого топлива: угольные брикеты дают выброс ПАУ в 4-8 раз больший, чем уголь; выброс ПАУ гораздо меньше при сжигании жидкого топлива и минимален при сжигании газа. Он существенно зависит от режима сжигания: при химическом недожоге количество ПАУ в дымовых газах может возрастать до 10-50 раз за счёт содержания их в саже.

Концентрация бенз(а)пирена в продуктах сгорания резко снижается с ростом коэффициента избытка воздуха. По мере приближения к стехиометрическому количества кислорода в смеси воздух-топливо наблюдается резкое возрастание концентрации бенз(а)пирена.

ПАУ из атмосферы выпадают в водоёмы и почву, обладая свойством накапливаться в донных отложениях, растениях и живых организмах. В настоящее время доказано влияние ПАУ на здоровье будущих поколений. Показано, что частота заболеваний человека злокачественными опухолями (рак лёгких) тесно связана с содержанием ПАУ, наибольшая часть этих заболеваний наблюдается в городах и индустриальных центрах.

Удаление золошлаковых отходов связано с отторжением территорий. Если сама ТЭС средней мощности занимает 200-300 га, то площадь золоотвала через 10 лет эксплуатации ТЭС достигает 800-1500 га. ТЭС средней мощности, работающая на экибастузских углях, сжигает до 2500т топлива в час, при этом образуется до 1000т золы. Учитывая, что по ряду токсичных микроэлементов зола ТЭС значительно превышает их среднее содержание в земной коре – мышьяк в 100 раз, бериллий в 60 раз, - следует считать золошлакоотвалы источником повышенной экологической опасности.

Выход концентраций металлов в почве за предельный интервал может вести к тяжёлым осложнениям заболеваний.

Таблица 1

Пороговые концентрации химических элементов в почвах

и возможные реакции организмов (г/т)

Таблица 2

Мировое производство и поступление с золами ТЭС

в окружающую среду металлов (тыс.т/год)

В ряде случаев поступление окружающую среду металлов за счёт сжигания ископаемого топлива значительно превосходит их производство. Вместе с золами ТЭС происходит техногенное заражение местности тяжёлыми металлами. [9]