Тепловые электрические станции (тэс)

Тепловые электростанции работают по такому принципу: топливо сжигается в топке парового котла. Выделяющееся при горении тепло испаряет воду, циркулирующую внутри расположенных в котле труб, и перегревает образовавшийся пар. Пар, расширяясь, вращает турбину, а та, в свою очередь, – вал электрического генератора. Затем отработавший пар конденсируется; вода из конденсатора через систему подогревателей возвращается в котел.

Тепловые электростанции работают на органическом топливе, и их строят обычно вблизи мест добычи топлива. Тепловые электростанции используют в качестве топлива сравнительно дешевые уголь и мазут. Но эти виды топлива – невосполнимые природные ресурсы. Основные энергетические ресурсы в мире сегодня – уголь (40%), нефть (27%), газ (21%). Этих запасов, по некоторым оценкам, хватит, соответственно, на 270, 50 и 70 лет, и то при условии, что человечество будет расходовать их с той же скоростью, с какой расходует сегодня.

Из-за недостатка добываемого угля снижается его качество; увеличились затраты на его транспортировку, так как многие месторождения энергетических ресурсов уже исчерпаны. Усилился экологический контроль над производством и использованием топлива. Так как не хватает качественного топлива, ТЭС работают на низкосортном. Сжигание углей низкого качества приводит к резкому снижению КПД ТЭС и, как следствие, к перерасходу топлива, а также к загрязнению атмосферы.

В процессе сгорания топлива образуются вредные вещества, которые выводятся в атмосферу с дымом и попадают в почву с золой. Помимо того, что эти выбросы неблагоприятно влияют на окружающую среду, продукты сгорания вызывают парниковый эффект, который грозит нам засухами.

В таблице 1 приведены данные по выбросам с дымовыми газами вредных веществ ТЭС мощностью 2400 МВт при высоте трубы 180 метров. Как видно из данных, концентрация выбросов существенно зависит от расстояния между точкой замера и электростанцией. Концентрации выбросов ниже предельно допустимых значений достигаются на расстоянии более 15 км.

Таблица 1

Суточные концентрации выбросов в атмосферу ТЭС, мг/м3

Расстояние от трубы	Сернистый газ	Сероводород	Окислы азота	Окись углерода	Зола
1 км	6,02	0,002	1,95	7,2	1,2
3 км	1,47	0,008	1,30	16,0	3,4
5 км	1,22	0,008	0,05	13,3	1,2
7 км	1,12	0,03	1,3	13,0	2,4
15 км	0,22	0,002	0,03	4,0	0,27
Предельно допустимая концентрация	0,5	0,008	0,085	3,0	0,5

В настоящее время имеются четыре направления борьбы с загрязнителями приземной атмосферы:

• оптимизация процесса сжигания топлива;

• очистка топлива от элементов, образующих при сжигании загрязняющие вещества;

• очистка дымовых газов от загрязняющих веществ;

• рассеивание загрязнителей в атмосферном воздухе.

Применяемые способы уменьшения образования вредных примесей при сжигании топлива очень сложны, снижают КПД установок, недостаточно эффективны и не позволяют одновременно сократить выход всех или основных наиболее токсичных компонентов. В некоторых случаях уменьшение образования одной примеси сопровождается увеличением другой.

Существующие способы улавливания вредных примесей в дымовых газах предназначены для борьбы, главным образом, с каким-либо одним компонентом, сложны, энергоемки и требуют больших капитальных и эксплуатационных затрат. Внедрение нескольких способов с целью улавливания нескольких основных вредных примесей вынуждает строительство целого комплекса сооружений, по площадям, объемам и затратам соизмеримого с самим предприятием. Ряд способов улавливания вредных примесей основан на применении высокотоксичного аммиака, что опасно из-за возможности его утечки.

В России, вследствие вышеуказанных причин, традиционные способы улавливания вредных примесей не нашли широкого применения.

Перевод с твердого топлива на газовое ведет к значительному удорожанию вырабатываемой энергии, не говоря уже о дефиците и того, и другого. Кроме того, это не решит проблемы загрязнения атмосферы. Перевод установок на жидкое топливо существенно уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы SO2, так как мазуты, применяемые в качестве топлива, содержат два и более процентов серы. При сжигании газа в дымовых выбросах также содержится оксид серы, а содержание оксидов азота не меньше, чем при сжигании угля.

Следует заметить, что наибольшее количество оксидов азота образуется при сжигании жидкого топлива.

Таблица 2

Масса годового выброса загрязняющих веществ (тыс. т/год)

Область	Выбросы
	SO2	CO	NO2	Зола
Владимирская	131,5	118,5	35,7	730,5
Вологодская	142,3	128,2	38,7	790,6
Ивановская	107,7	97,1	29,2	598,3
Костромская	64,7	58,3	17,6	359,2
Нижегородская	400,9	361,3	108,9	2227,3
Новгородская	79,6	71,9	21,7	443,1
Тверская	131,5	118,5	37,7	730,3

Коэффициент полезного действия энергетических установок пока невелик и составляет 30-40%, большая часть топлива сжигается впустую. Полученная энергия тем или иным способом используется и превращается, в конечном счете, в тепловую, т.е. помимо химического в биосферу поступает тепловое загрязнение.

Загрязнение и отходы энергетических объектов в виде газовой, жидкой и твердой фазы распределяются на два потока: один вызывает глобальные изменения, а другой – региональные и локальные. Так же обстоит дело и в других отраслях хозяйства, но все же энергетика и сжигание ископаемого топлива остаются источником основных глобальных загрязнителей. Они поступают в атмосферу, и за счет их накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосферы, в том числе парниковых газов. В атмосфере появились газы, которые ранее в ней практически отсутствовали – хлорфторуглероды. Это глобальные загрязнители имеющие высокий парниковый эффект и в то же время участвующие в разрушении озонового экрана стратосферы.

Например, на Харанорской ГРЭС, с 1993 года целенаправленно ведется природоохранная работа. Это касается выбросов в атмосферу и сбросов в поверхностные водоёмы, защиты грунтовых вод. Закуплено оборудование для качественного проведения санитарного контроля. Для охраны окружающей среды созданы условия в соответствии с современными требованиями. Специалисты лаборатории берут на анализ воду из рек Турги и Онона, водохранилища, а также сточной воды и из очистного промышленного сброса. Осуществляется контроль над дымовыми уходящими газами и золоотвалом. ГРЭС построена с учётом розы ветров, т.е. все вредные вещества (дым, копоть и т.д.) уносятся ветром от посёлка.

Приложение.

Свойства загрязняющих веществ, образующихся при сгорании топлива на ТЭС

Оксиды азота

Важнейшими являются NO и NO2, поскольку остальные не являются биологически значимыми.

Оксиды азота занимают второе место после диоксида серы по вкладу в увеличение кислотности осадков. В дополнение к косвенному воздействию (кислотный дождь) длительное воздействие диоксида азота в концентрации 470-1880 мкг/м3 может подавлять рост некоторых растений (например, томатов). Значимость атмосферных эффектов оксидов азота связана с ухудшением видимости. Диоксид азота играет важную роль в образовании фотохимического смога

Оксиды азота могут отрицательно влиять на здоровье сами по себе и в комбинации с другими загрязняющими веществами. Пиковые концентрации действуют сильней, чем интегрированная доза. Кратковременное воздействие 3000-9400 мкг/м3 диоксида азота вызывает изменения в легких. Помимо повышенной восприимчивости к респираторным инфекциям, воздействие диоксида азота может привести к бронхостенозу (сужение просвета бронхов) у чувствительных людей. Исследования показали, что для болеющих астмой повышается риск отрицательных легочных эффектов при содержании диоксида азота, значительно меньшем, чем тот, на который не наблюдается реакции у здоровых людей.

Оксид серы (IV)

Высокие концентрации диоксида серы вызывают серьезное повреждение растительности. Острое повреждение, вызванное диоксидом серы, отражается в появлении белесых пятен на широколистных растениях или обесцвеченных некротических полос на листьях с продольным жилкованием. Хронический эффект проявляется как обесцвечивание хлорофилла, приводящее к пожелтению листьев, появлению красной или бурой окраски, которая в нормальных условиях маскируется зеленой. Независимо от формы проявления, результатом является снижение продуктивности и замедление роста. Лишайники особенно чувствительны к SO2 и используются как биоиндикаторы при определении его избыточных количеств в воздухе. Однако диоксид серы не всегда вызывает повреждение: в сульфатдефицитных местностях дополнительные небольшие уровни SO2 могут благотворно влиять на растения, однако происходящее параллельно некоторое подкисление почвы может потребовать дополнительного известкования.

Таблица 3

Ожидаемое влияние загрязнения воздуха диоксидом серы на здоровье людей.

Эффект	Среднесуточная концентрация диоксида серы, мкг/м3
Повышенная смертность среди пожилых людей или хронических больных	500
Ухудшение состояния пациентов с респираторными заболеваниями	250
Повышение частоты респираторных симптомов у основной популяции и повышенная частота респираторных заболеваний у детей	100