Проектирование расширения турбинного цеха с установкой дополнительной турбины ТОО ТЭЦ-3 «Караганда-Энергоцентр»

6 Промышленная экология

 

 

Промышленная экология - раздел экологии, изучающий:

-воздействие промышленности – от отдельных предприятий до техносферы – на природу;

- влияние условий природной среды на функционирование предприятий и их комплексов.

Основным направлением промышленной экологии является создание таких систем производства и утилизации отходов производственной деятельности, которые не влияют на биосферу и среду обитания человека.

К настоящему времени  появилось понимание того, что  человек обречен на вымирание по мере накопления продуктов его созидательной деятельности. В связи с этим резко возрастает значение промышленной экологии.   

Следует отметить, что  экология будет тем чище, чем скорее человек научится перерабатывать отходы производства, используя их как сырье для других отраслей. Поэтому именно промышленная экология является панацеей от грозящих человечеству бед. Сегодня промышленная экология охватывает очень широкий круг проблем, причем проблем весьма различных и уже совсем не биологического плана. Тут уместнее говорить о целом ряде инженерных экологических дисциплин: экология горнодобывающей промышленности, экология энергетики, экология химических производств и т. д. Подобные дисциплины - очень разные по своему конкретному содержанию, но они объединяются общей методологией и общей целью: предельно сократить влияние промышленной деятельности на процессы кругооборота веществ в природе и загрязнения окружающей среды.

Одновременно с такой  инженерной деятельностью возникает  и проблема ее оценки, что составляет второе направление практической деятельности экологии. Для этого необходимо научиться выделять значимые параметры окружающей среды, разработать способы их измерений и создать систему норм допустимых загрязнений. Напомню, что незагрязняющих производств не может быть в принципе! Потому и родилась концепция ПДК - предельно допустимых норм концентрации вредных веществ в воздухе, в воде, в почве.

Это важнейшее направление  деятельности принято называть экологическим  мониторингом. Название не совсем удачное, поскольку слово "мониторинг" означает измерение, наблюдение. Конечно, очень важно научиться мерить те или иные характеристики окружающей среды, еще важнее свести их в систему. Но самое важное - понять, что надо мерить в первую очередь, ну и, конечно, разработать и обосновать сами нормы ПДК. Надо знать, как те или иные значения параметров биосферы влияют на здоровье человека и его практическую деятельность.

Наш век характеризуется  колоссальным ростом потребления человечеством  энергии в различных ее видах.

Основным источником энергии на Земле является Солнце. Получение электроэнергии непосредственно  от Солнца связано с экономическими трудностями, невысокой плотностью потока этой энергии, влиянием погодных условий, временем суток и года, географическим расположением солнечных электростанций. В предыдущие столетия своей истории человечество ограничивалось использованием возобновляемых источников энергии.

Развитие центрального отопления, горячего водоснабжения, новых  способов отопления и кондиционирования привело к росту потребления тепловой и электрической энергии. Возросло потребление электроэнергии в быту. В результате всего этого возник колоссальный рост потребления всех видов энергии в высокоразвитых странах. Возобновляемых источников энергии явно недостаточно для покрытия этого расхода.

Использование для энергетики ядерной энергии в виде рудных запасов урана и тория связано  с рядом экологических ограничений  и особенно — с проблемой захоронения  опасных для жизни радиоактивных  отходов.

Все это заставляет для получения энергии во все возрастающем масштабе использовать запасы химически связанной энергии ископаемых топлив (уголь, нефть, природный газ), накопленных Землей за миллионы лет [20].

Эти запасы ископаемых топлив можно использовать как путем  их непосредственного сжигания в топках котлов, так и после их переработки в высококачественное топливо (бензин, керосин, кокс, искусственный газ).

Основным потребителем ископаемых топлив, а также отходов  их переработки является теплоэнергетика. Использование в теплоэнергетике во все возрастающем объеме ископаемых топлив привело к серьезной проблеме, связанной с влиянием энергетики на окружающую среду и на условия жизни человечества.

Тепловые электростанции – основной источник загрязнения  природы в энергетике. Воздействие выбросов можно рассматривать в двух аспектах – для того или иного участка Земли в тот или иной отрезок времени (локальное воздействие) или общее воздействие на биосферу с учетом нарастающих темпов развития промышленности (глобальное воздействие). Для разработки предложений по эффективному снижению негативного воздействия теплоэнергетики на окружающую природную среду необходимо знать, что же является источником этого негативного воздействия.

 

 

6.1 Влияние ТЭС на атмосферу

 

 

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.

Наиболее высокой биологической  активностью обладает диоксид азота, который оказывает раздражающее действие на дыхательные пути и слизистую оболочку глаза. Также большую экологическую опасность для человека представляют тяжелые металлы. Попадая в организм в больших количествах, в течение короткого времени они могут вызвать острое отравление, а при хроническом воздействии малых доз в течение продолжительного времени может проявиться канцерогенное действие мышьяка, хрома, никеля и т.д. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи угольных ТЭС.

Наряду с увеличением  углекислого газа, происходит уменьшение доли кислорода в атмосфере, который  расходуется на сжигание топлива  на тепловых станциях.

Воздействие на животный и растительный мир оказывает загрязнение атмосферы окисью серы, которая разрушает хлорофилл растений, может привести к повреждениям листьев и хвои. Воздействие окиси углерода на человека и животных состоит в том, что она, соединяясь с гемоглобином крови, очень быстро лишает организм  кислорода и приводит к нарушению нервной системы. Оксиды азота  снижают прозрачность атмосферы и способствуют образованию смога. Токсичностью отличается пентаксид ванадия, входящий в состав золы мазута. Это вещество вызывает раздражение дыхательных путей у человека и животных, расстройство кровообращения и нервной системы, а также нарушение обмена веществ.

Бенз(а)пирен - своеобразный канцероген, который способен вызывать онкологические заболевания. Поэтому проектирование и сооружение электростанций ведутся  с соблюдением требований по предельно допустимым концентрациям основных выбросов, загрязняющих атмосферу отходящими газами предприятий в атмосферном воздухе на уровне дыхания человека.

Предельно допустимой признана такая  концентрация, которая не оказывает  на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не снижает работоспособности, не влияет на его самочувствие или настроение. При косвенном действии учитывалось влияние загрязняющих веществ на микроклимат и зеленые насаждения.

Распространение перечисленных выбросов в атмосферу зависит от рельефа местности, скорости ветра, перегрева их по отношению к температуре окружающей среды, высоты облачности, фазового состояния осадков и их интенсивности. Взаимодействие выбросов с туманом приводит к образованию устойчивого сильно загрязненного мелкодисперсного облака - смога, наиболее плотного у поверхности земли. Одним из видов воздействия ТЭС на атмосферу является все возрастающее потребление воздуха, необходимого для сжигания топлива.

Рабочая масса органического  топлива состоит из углерода, водорода, кислорода, азота, серы, влаги и золы. В результате полного сгорания топлива образуются углекислый газ, водяные пары, оксиды серы (сернистый газ, серный андигрид) и зола. Из перечисленных составляющих к числу токсичных относятся оксиды серы и зола. При высоких температурах в ядре факела топочной камеры котлов большой мощности происходит частичное окисление азота воздуха и топлива с образованием оксидов азота (оксид и диоксид азота).

При неполном сгорании топлива в  топках могут образовываться также оксид углерода СО, углеводороды СН₄, С₂Н₆ и др., а также канцерогенные вещества. Продукты неполного сгорания весьма вредны, однако при современной технике сжигания их образование можно исключить или свести к минимуму.

Все котлы, сжигающие твердое топливо, оборудуются золоулавливающими установками. В зависимости от мощности ТЭС, зольности топлива, физико-химических свойств золы, санитарно-гигиенических условий в районе расположения электростанций выбирается тип золоуловителей. На выбор типа золоуловителей может повлиять и использование золы.

К основным требованиям, предъявляемым  к системам золоулавливания, относятся  высокая эффективность и эксплуатационная надежность.

Следует иметь в виду, что чем  выше требуемая степень очистки  газов и чем мельче подлежащие улавливанию частицы, тем большими оказываются удельные капитальные затраты на сооружение установок для улавливания золы и расходы на их эксплуатацию [20,21, 22].

На Карагандинской ТЭЦ-3 установлены различные золоулавливающие установки (см. Таблица 5).

Золоулавливание, процесс  очистки дымовых газов от летучей  золы. Золоулавливание осуществляется механическими или электрическими аппаратами — золоуловителями. В  сухих механических золоуловителях (блоках циклонов, батарейных циклонах и жалюзийных золоуловителях) Золоулавливание происходит в результате действия центробежных сил при изменении направления движения газов. В мокрых механических золоуловителях (скрубберах) увеличение степени очистки достигается путём впрыскивания в поток газов воды, распылённой с помощью оросительных сопел, и смывания уловленной золы водяной плёнкой. В электрофильтрах используют силы притяжения отрицательно заряженных пылинок к положительно заряженным осадительным электродам. Наилучшая степень очистки (до 99%) достигается при последовательной установке механических золоуловителей и электрофильтров.

 

Таблица 5

Сведения об оснащении  ТЭЦ-3 газоочистными и пылеулавливающими  установками

 

Номер источника выделения	Наименование и тип  пылегазоулавливающего оборудования		КПД аппаратов, %
			Проектный		Фактический
К.а.№1 БКЗ-420-140-5	Золоуловитель типа МВ-УО ОРГРЭС (труба Вентури-каплеуловитель)		99,6		97,5
К.а.№2 БКЗ-420-140-5	Золоуловитель типа МВ-УО ОРГРЭС (труба Вентури-каплеуловитель)		99,6		97,5
К.а.№3 БКЗ-420-140-5	Золоуловитель типа МВ-УО ОРГРЭС (труба Вентури-каплеуловитель)	99,6		97,5
К.а.№4 БКЗ-420-140-5	Золоуловитель типа МВ-УО ОРГРЭС (труба Вентури-каплеуловитель)	99,6		97,5
К.а.№5 БКЗ-420-140-5	Эмульгатор батарейный	99,6		99,48
К.а.№6 БКЗ-420-140-5	Эмульгатор кольцевой	99,6		99,48
К.а.№7 БКЗ-420-140-5	Эмульгатор батарейный	99,6		99,48

 

Кольцевой и батарейный эмульгатор II поколения для золопылеочистки.

Эмульгатор – аппарат мокрой золопылеочистки, работающий в режиме инверсии фаз (высокоэффективный тепломассообмен при взаимодействии нисходящего потока жидкости с восходящим потоком закрученных газов).

Состоит из корпуса (как  правило, - существующие корпуса скрубберов или эмульгаторов первого поколения) и, установленных по ходу движения дымовых газов, завихрителя, труб орошения и центробежного каплеуловителя.

Основным элементом  кольцевого эмульгатора являются кольцевой  лопаточный завихритель. Вместе с эмульгатором в одном корпусе скруббера  устанавливается и центробежный кольцевой капле уловитель.

На сегодняшний день батарейные эмульгаторы II поколения  введены в промышленную эксплуатацию на 26 котлах различных ТЭЦ Казахстана. Топливо для котлов – экибастузский, карагандинский, челябинский, майкубенский, семипалатинский и др. угли.

Максимальное время  наработки батарейных эмульгаторов II поколения в ~ 60000 час (на экибастузском  угле с мая 1999г); отказов в работе котлов по вине титановых элементов (коррозия, забивание, брызгоунос) не было, за исключением случая разрушения части лопаточных аппаратов на эмульгаторе котла №7 Карагандинской ТЭЦ-3, где оборудование работало в нерасчетном режиме, что привело к повышенным скоростям, вибрации и разрушению сварных швов.