Таблица 1.1. Загрязнение воздушного бассейна, тыс. т

Загрязняющее вещество

1995 г.

2000 г.

2010 г.

2020 г.

Нефтедобыча

so,	18,9	22,8	25	27
со	438,2	531	566	620
NO,	16,5	20	21,8	24
Метан	689,3	485	517	566
ЛОС*	207,5	199	212	232
Твердые вещества	30,1	69	63	69

Газовая промышленность
so,	40,0	47	55	58
СО	552,0	556	650	687
NO,	205,2	152	177,6	188
Метан	1646,0	1721	2016	2125
ЛОС	4,2	4	4,6	4,9
Твердые вещества	6,5	5,8	6,8	7 "

Угольная промышленность

so,	49,7	27	32	43
со	64,4	45	54	72
NO,	16,3	12	14,3	19
Метан	403,4	354	421	569
ЛОС	0,2	33	39	53
Твердые вещества	86,4	66	79	106,1

Нефтепереработка

so,	158,6	137	150	156
со	58,9	51	56	58
NO,	20,7	21,5	23	25
Метан	209,2	18,5	20	22
ЛОС	440,7	474	524	547
Твердые вещества	10,8	9,5	10	11

Электроэнергетика

so,	2134,0	1959	2586	3698
со	248,0	256	339	484
NO,	1136,8	1100	1452	2077
Метан	4,0	6	8	11
ЛОС	0,9	1,2	2	3
Твердые вещества	1453,1	1314	1734	2479

*ЛОС — легкие органические соединения.

11

1.2. ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЭС НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Одним из основных источников экологически негативного воздей­ствия на окружающую природную среду являются предприятия ТЭК. Из отраслей ТЭК наибольшее воздействие оказывает энергетика. Тепло­вые электростанции — основной источник загрязнения природы в энер­гетике. Для разработки предложений по эффективному снижению нега­тивного воздействия теплоэнергетики на окружающую природную среду необходимо знать, что же является источником этого негативного воз­действия?

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 ангидрид) и зола. Из перечисленных составляющих к числу токсичных относятся оксиды серы и зола. При высоких температурах в ядре факела топочных камер 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.

Наибольшую зольность имеют горючие сланцы и бурые угли, а также некоторые сорта каменных углей (например, экибастузские). Жидкое то­пливо имеет небольшую зольность; природный газ является беззольным топливом. Современные золоуловители благодаря высокой степени улав­ливания золы позволяют значительно снизить выбросы золы и довести их до весьма малых значений.

В последнее время для снижения выбросов оксидов азота разработаны и реализованы проекты низкотемпературного сжигания твердого топли­ва. Одной из особенностей низкотемпературного сжигания топлива явля­ется возможное образование диоксинов.

В последнее время серьезное внимание привлекла проблема изучения канцерогенных веществ, образующихся при неполном сгорании топлива. По своей распространенности и интенсивности воздействия из многих химических веществ этого типа наибольшее значение имеют полицикли­ческие ароматические углеводороды (ПАУ) и наиболее активный из них — бенз(а)пирен. Максимальное количество бенз(а)пирена образуется при температуре 700—800 °С в условиях нехватки воздуха для полного сгора­ния топлива.

Выбрасываемые в атмосферу из дымовых труб электростанций ток­сичные вещества оказывают вредное воздействие на весь комплекс жи­вой природы, названный академиком В.И. Вернадским биосферой. Био-

16

mi-

сфера включает в себя прилегающий к поверхности Земли слой атмосфе­ры, верхний слой почвы и верхние слои водных поверхностей.

В атмосферу попадают выбросы не только ТЭС, но и других промыш­ленных предприятий, а также моторизированного транспорта и прочих источников загрязнения, связанных с деятельностью человека. Все эти выбросы можно назвать антропогенными в отличие от естественных, природных выбросов тех или иных веществ.

Естественное поступление в атмосферу некоторых загрязнителей по масштабам хотя и превосходит промышленное, все же именно промыш­ленное имеет большое значение, так как создает загрязнение атмосферно­го воздуха в районах с высокой концентрацией населения. Следует под­черкнуть тот факт, что промышленное загрязнение атмосферы на едини­цу площади Земли (в основном для населенных мест), как правило, пре­восходит загрязнение природными примесями.

Воздействие выбросов можно рассматривать в двух аспектах — для того или иного участка поверхности Земли в тот или иной отрезок вре­мени (локальное воздействие) или общее воздействие на биосферу с уче­том нарастающих темпов развития промышленности (глобальное воз­действие).

Рассмотрим сначала вопросы, относящиеся к локальному вредному воздействию ТЭС на окружающий район, который при высоких дымовых трубах оценивается как круг диаметром 20—50 км. Токсичные вещества, содержащиеся в дымовых газах, воздействуют на растения, животный мир и людей, а также на строительные конструкции, здания и со­оружения.

Наиболее чувствительны к воздействию SO₂ растения. Токсичное воз­действие SO₂ связано с повреждением поверхности листьев или хвои из-за разрушения содержащегося в них хлорофилла. Лиственные растения, ежегодно сбрасывающие листву, менее подвержены действию SO₂. Хвой­ные растения, наоборот, сильнее подвержены влиянию токсических примесей.

Проведенные исследования влияния содержания SO₂ в атмосферном воздухе на состояние хвойных деревьев показали, что при концентрации

сернистого газа в воздухе от 0,23 до 0,32 мг/м происходит нарушение фотосинтеза и дыхания хвои, что вызывает усыхание, например сосны за

2—3 года. При содержании сернистого газа в воздухе от 0,08 до 0,23мг/м происходит уменьшение интенсивности фотосинтеза без уменьшения интенсивности дыхания хвои, что приводит к медленному усыханию де­ревьев. Изменения в ассимиляции лиственных деревьев начинают ощу­щаться при концентрации SO₂ более 0,5—1 мг/м [1.1].

Что касается неблагоприятного влияния атмосферных загрязнений на людей, то наиболее подробно изучено влияние взвешенных веществ и ди­оксида серы.

Одно из возможных отрицательных воздействий атмосферных загряз­нений на людей связано с образованием так называемых токсических ту-

17

манов, возникающих при резком возрастании концентрации атмосфер­ных загрязнений и неблагоприятных метеорологических условиях.

Действие токсических веществ, загрязняющих атмосферу может вызвать хронические неспецифические заболевания. Среди этих заболе­ваний существенное значение приобретают атеросклероз и связанные с ним коронарные и дегенеративные заболевания сердца, хронический бронхит, эмфизема, бронхиальная астма и пр. Во многих исследованиях присутствует так называемый «городской градиент» при относительно низких показателях заболеваемости сельского населения. Выполненные исследования позволили установить, что основное влияние на рост забо­леваний в городах оказывают такие факторы, как плотность населения и загрязнение внешней среды, в частности атмосферного воздуха [1.1].

Комитет экспертов Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) на основе проведенных исследований установил взаимосвязь между уров­нем загрязнений атмосферного воздуха и их воздействием на людей [1.1].

Если среднегодовая концентрация SO₂ или взвешенных частиц в атмо­сферном воздухе составляет 0,08—0,10 мг/м , то ухудшается видимость, возникает дискомфорт, появляются симптомы ухудшения дыхания; если концентрация SO₂ или взвешенных частиц в течение суток составляет

0,25—0,5 мг/м , то ухудшается состояние пациентов с легочными заболе­ваниями, повышаются обращаемость людей в больницу, их смертность.

В качестве загрязнителей в окружающую среду поступают также раз­личные оксиды азота. Будучи токсичными для человека, они обладают резко выраженным раздражающим действием, особенно на слизистую оболочку глаза. Оксиды азота плохо растворимы в жидких средах, в свя­зи с чем они способны глубоко проникать в легкие, вызывая повреждения альвеолярного эпителия и бронхов. Экспериментальные данные и натур­ные наблюдения свидетельствуют о высокой биологической активности оксидов азота.

Исследования, выполненные в различных странах, показали, что в загрязненных оксидами азота районах у людей снижаются дыхательные функции, повышается количество респираторных заболеваний, обнаружи­ваются изменения в периферической крови (появление метгемоглобина).

Диоксид азота при концентрации 4—6 мг/м вызывает острое повреж­дение растений. Длительное воздействие NO₂ при концентрации около

2 мг/м приводит к хлорозу растений. Более низкие концентрации, не вы­зывая видимого вреда, способны вызвать снижение их роста [1.1].

Оксиды азота, поглощая естественную радиацию как в ультрафиолето­вой, так и в видимой части спектра, снижают прозрачность атмосферы и способствуют образованию фотохимического тумана — смога.

Атмосферные загрязнения и природные примеси подвергаются слож­ным процессам превращения, взаимодействия, вымывания и т. п. Эти процессы различны для взвешенных частиц и газообразных примесей. Время нахождения («жизни») взвешенных частиц в атмосфере зависит от их физико-химических свойств, метеорологических параметров и некото-

18

■ -1).

. -от

рых других факторов, прежде всего от высоты выброса частиц в атмосфе­ру и их размеров.

Вопрос о времени «жизни» и превращениях газообразных загрязнений атмосферы мало изучен. Срок «жизни» в атмосфере сернистого газа по данным разных авторов варьируется от нескольких часов до полутора и даже нескольких суток.

Проведенные исследования показали, что сернистый газ SO₂ посте­пенно окисляется в SO₃, который, взаимодействуя с влагой воздуха, об­разует серную кислоту. На скорость процесса окисления влияют солнеч­ный свет и мельчайшие частицы пыли, каталитически ускоряющие про­цесс окисления. Наиболее активно процесс превращения SO₂ в SO₃ идет при наличии излучения с длиной волны 220—250 нм.

На процесс окисления влияет также влажность воздуха. Так, исследо­ваниями было установлено, что если содержание аэрозоля серной кисло­ты в сернистом газе при влажности до 60 % составляет в среднем 7,8 %, то при влажности выше 81 % оно возрастает до 31 %.

Известно, что большинство реакций газообразных загрязнений в атмо­сфере связано с термо- или фотоокислением. В верхних слоях атмосферы на высоте более 30 км от земной поверхности, где фотохимические реак­ции протекают при участии солнечного излучения с длиной волны менее 290 нм, происходит полный распад как органических, так и неорганиче­ских веществ, попавших из биосферы. Сложные молекулы распадаются, возвращаясь в приземный слой в виде углекислого газа, воды, кислорода, азота и пр.

Реакция диссоциации NO₂ дает толчок к множеству вторичных реак­ций, появлению свободных радикалов, образованию озона, полимериза­ции. Кроме того, на протекание этих реакций оказывает влияние окисле­ние углеводородов, в ходе которого образуются вещества с карбониль­ной группой (альдегиды, кетоны). Конечными продуктами фотохимиче­ского разложения являются оксид и диоксид углерода, а также органиче­ские аэрозоли. Совместное окисление углеводородов и оксидов азота приводит к образованию продуктов, которые в результате дальнейших реакций дают пероксиацилнитраты (ПАН), имеющие сильное токсиче­ское действие. Вещества группы ПАН обнаруживаются в городском воз­духе во время токсических туманов.

С высокой скоростью протекают и вторичные фотохимические реак­ции: взаимодействие молекулярного кислорода и оксида азота NO с ато­марным кислородом (при этом получаются озон и диоксид азота), а так­же взаимодействие диоксида азота с озоном, в результате чего образуют­ся нитраты. Фотохимические реакции с диоксидом азота происходят по стадиям. В результате этих реакций происходит непрерывное образова­ние озона, который, в свою очередь, взаимодействуя с оксидом азота, да­ет снова диоксид азота, поэтому количество NO₂ в продуктах сгорания ТЭС увеличивается по мере движения дымового факела в атмосфере до 70 % в зоне максимальных концентраций, тогда как на выходе из ды-

19

мовых труб диоксид азота составляет 10—15% всех оксидов азота, содержащихся в дымовых газах, а остальные 85—90 % — в основном ок­сид азота.

Необходимо подчеркнуть, что это приводит к усилению отрицательно­го воздействия продуктов сгорания на природу и живые организмы, так как диоксид азота более токсичен (примерно в 3—3,5 раза), чем оксид азота. В настоящее время установлено, что основной причиной фотохи­мических превращений в приземном слое атмосферы городов является высокая степень загрязнения воздуха органическими веществами (пре­имущественно нефтяного происхождения) и оксидами азота, образующи­мися в процессе высокотемпературного горения.

Условиями, способствующими образованию фотохимического тумана при высоком уровне загрязнения атмосферного воздуха реактивными ор­ганическими соединениями и оксидами азота, являются обилие солнеч­ной радиации, температурные инверсии и малая скорость ветра.

Таким образом, вредные примеси в выбросах ТЭС — пыль, оксиды се­ры и азота, воздействуя на биосферу района расположения электростан­ции, подвергаются различным превращениям и взаимодействиям, а также осаждаются, вымываются атмосферными осадками, поступают в почву и водоемы.

Проявляется ли их воздействие в глобальном масштабе? Влияют ли они на круговорот веществ в природе? Прежде всего надо иметь в виду, что выбрасываемые в результате деятельности человека вещества не яв­ляются инородными для окружающей природы и участвуют в круговоро­те веществ между атмосферой, литосферой и гидросферой.

Так, в атмосфере Земли содержится около 2000 млрд т углерода в фор­ме СО₂, причем около 135 млрд т/год находится в состоянии непрерывно­го круговорота между атмосферой, сушей и морем. Таким образом, об­щие выделения СО₂ от сжигания всех видов топлива планеты на уровне дыхания (т.е. на высоте 1,5—2 м), составляющие в настоящее время при­мерно 15 млрд т, имеют существенное, но не основное значение в общем природном кругообороте углерода [1.1].

Количество пыли, поступающей ежегодно в атмосферу в результате естественных процессов, составляет около 1000 млн т, в результате ан­тропогенных процессов — около 100—200 млн т. Из-за естественных процессов в атмосферу поступает около 1000 млн т азота в виде соедине­ний N₂O и NH₃; из-за антропогенных — около 60—70 млн т. Только по сере естественные и антропогенные поступления близки между собой и находятся на уровне 100—150 млн т/год [1.1].

В свободной атмосфере практически не наблюдается накопления пы­ли, оксидов серы и азота в ощутимых размерах. Самые точные приборы позволяют обнаружить концентрации серы в воздухе в отдалении от ис­точников выброса в сотни раз меньше допустимых концентраций. Это объясняется также тем, что время нахождения в атмосфере большинства загрязняющих компонентов не превышает нескольких суток.

20

За последнее столетие выявлено заметное возрастание лишь содержа­ния СО₂ в атмосфере (от 0,029 до 0,032 %), что не оказывает влияния на людей и животный мир, но при дальнейшем росте может оказать опреде­ленное воздействие на климат планеты.

Ощутимого изменения концентрации кислорода в атмосфере из-за ан­тропогенных процессов в настоящее время практически не наблюдается. Уменьшение концентрации кислорода связано с увеличением концентра­ции углекислоты, однако ее концентрация по сравнению с кислородом отличается на три порядка (0,03 % против 21 %), и потому изменение концентрации СО₂ пока практически не отражается на концентрации О₂ в атмосфере. Предполагается, что снижение концентрации кислорода даже на несколько процентов не приведет к каким-либо вредным последстви­ям для биосферы.

Далее рассмотрим влияние загрязнителей на водоемы и водотоки [1.1]. Водоемы и водотоки представляют собой сложные экологические системы (экосистемы) существования биоценоза (сообщества живых ор­ганизмов — животных и растений) в биотопе (в окружающей неживой природе — рельеф дна водоема, температура и состав примесей в воде). Водоемы не только служат сборниками воды, в которых показатели каче­ства вод усредняются, но в них непрерывно протекают процессы измене­ния состава примесей — приближение к равновесию, которое может быть нарушено по многим причинам, но особенно в результате сброса в водоем загрязненных (сточных) вод.

Внешние водоемы как экосистемы усваивают извне часть солнечной энергии (в виде теплоты и света), в них поступают из атмосферы газ, во­ды, а также минеральные и органические вещества. Вместе с тем, экоси­стемы выделяют теплоту, газы (в основном кислород), органические и минеральные вещества, переносимые водой. В одном и том же водоеме может существовать одновременно несколько экосистем, каждая из кото­рых имеет свой биоценоз и биотоп.

В водоемах имеются два наиболее различающихся между собой био­топа: пелагиалъ (толща воды) и бенталь (дно). В соответствии с этим вы­деляются обитатели этих биотопов: пелагос — обитатели толщи воды и бентос — обитатели дна.

В свою очередь, пелагос подразделяется на планктон (организмы, не способные противостоять течению воды) и нектон (достаточно крупные организмы, способные противостоять течению воды).

Живые организмы, населяющие водоемы (гидробионты), тесно связа­ны между собой условиями жизни и прежде всего ресурсами питания, имеющимися в водоемах, они находятся в антагонистических (борьба за пищу), симбиотических (взаимовыгодность совместного существования) и метабиотических (взаимосвязь отдельных организмов) отношениях.

Гидробионты (особенно бентос и планктон) играют основную роль в процессе самоочищения водоемов. Часть гидробионтов (обычно расте­ния) синтезирует органические вещества, используя при этом неоргани­ческие соединения из окружающей среды, такие как СО₂, NH₃, CN₂ и др.

21

Другие гидробионты (обычно животные) усваивают готовые органи­ческие вещества. Водоросли также минерализуют органические вещест­ва, при этом в процессах фотосинтеза они выделяют кислород, основная часть которого поступает в водоем путем аэрации при контакте поверх­ности воды с воздухом.

Микроорганизмы (бактерии) интенсифицируют процесс минерализа­ции органических соединений при окислении их кислородом.

Отклонение экосистемы от равновесного состояния, вызванное, в ча­стности, сбросом сточных вод, может привести к отравлению (а часто и к гибели) определенного вида (популяции) гидробионтов, которое затем приводит к цепной реакции угнетения всего биоценоза. Отклонение от равновесного состояния интенсифицирует в водоеме процессы, приводя­щие его в оптимальное состояние — процессы самоочищения водоема. Важнейшие из этих процессов следующие:

осаждение грубодисперсных и коагуляция коллоидных примесей;

окисление (минерализация) органических примесей;

окисление минеральных примесей кислородом;

нейтрализация кислот и оснований за счет буферной емкости воды во­доема (щелочности), приводящая к изменению ее рН;

гидролиз ионов тяжелых металлов, приводящий к образованию их ма­лорастворимых гидроксидов и выделению их из воды;

установление углекислотного равновесия (стабилизация) в воде, со­провождающееся или выделением твердой фазы (СаСО₃), или переходом части ее в воду.

Процессы самоочищения водоемов зависят от гидробиологической и гидрохимической обстановки в них. Основными факторами, существенно влияющими на состояние водоемов, являются температура воды, минера­логический состав примесей, концентрация кислорода, рН воды, концен­трации вредных примесей, затрудняющих процессы самоочищения во­доемов или препятствующих их протеканию.

Особенно важное значение в процессах самоочищения имеет кисло­родный режим водоемов. При большом сбросе органических веществ в водоеме наступает дефицит кислорода, при котором значительно нару­шается биоценоз, происходят накопление и загнивание органических ве­ществ {анаэробные процессы), вызывающие серьезное ухудшение качест­ва воды.

Действие ядовитых (токсичных) соединений на гидробионты проявля­ется в зависимости от их концентрации. При больших концентрациях ядовитых соединений наступает гибель гидробионтов, при малых — из­меняются обмен веществ, темп развития, мутагенез (наследственные признаки), потеря способности к размножению и др. Так как отдельные популяции (например, зоопланктон) очень чувствительны к токсичным веществам, то уже небольшие концентрации последних вызывают гибель отдельных популяций, что влияет на биоценоз в целом.

Наиболее благоприятен для гидробионтов показатель воды рН = 6,5 -8,5. Однако показатель рН в водоемах нельзя считать постоянной величи-

22

ной, так как его значение колеблется в течение суток — ночью вода на­сыщается СО₂ и рН понижается и, наоборот, днем СО₂ потребляется при фотосинтезе и рН повышается.

Температура оказывает мощное воздействие на биоценоз в водоеме. С одной стороны, она прямо влияет на скорость протекания химических реакций, с другой — на скорость восстановления дефицита кислорода. При повышении температуры ускоряются процессы размножения гидро-бионтов и изменяется темп их развития.

Таким образом, сброс сточных вод оказывает серьезное влияние на биоценоз в водоемах.

Далее будут рассмотрены преимущественно технические аспекты по­вышения экологической безопасности ТЭС. Помимо технических аспек­тов определенную роль в повышении экологической безопасности иг­рают организационно-правовые и экономические механизмы стимулиро­вания защиты окружающей среды. Основные составляющие этих меха­низмов описаны в следующем параграфе.

	•^

1.3. ОРГАНИЗАЦИОННО-ПРАВОВЫЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ СТИМУЛИРОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОТ ВЫБРОСОВ И СБРОСОВ ТЭС

Для уменьшения антропогенного воздействия предприятий-загрязни­телей на окружающую среду следует использовать природоохранные технологии и выполнять требования нормативных документов и законов Российской Федерации об охране окружающей среды.

Для стимулирования рационального природопользования применяют­ся организационно-правовые и экономические механизмы, элементами которых являются:

1. учет и оценка использования природных ресурсов;

2. планирование, разработка экологических программ и их финанси­ рование;

3. лицензирование природопользования;

4. лимиты природопользования;

5. плата за природопользование;

6. экологические фонды.

Все приведенные механизмы природопользования действуют на пред­приятиях энергетики.

1.3.1. Учет и оценка использования природных ресурсов

На предприятиях энергетики ведется учет использования природных ресурсов. В частности, при расчете водопотребления и водоотведения учитываются:

23

объем воды, забранной из природных поверхностных и подземных водных источников, объем использованной воды, полученной от других водопользователей и установленные лимиты;

объем воды, сброшенной в природные водные объекты, ее качество, количество сброшенных в природные объекты загрязняющих веществ;

объем оборотной и повторно используемой воды, режим работы очи­стных сооружений.

На основании данных статистической отчетности оценивается состоя­ние водных объектов.

1.3.2. Планирование экологических мероприятий природопользования

В целях уменьшения вредного воздействия на окружающую среду, уменьшения сброса загрязняющих веществ, улучшения качества анали­тического контроля, экономии используемых природных ресурсов, осо­бенно питьевой воды, региональные энергосистемы ежегодно разрабаты­вают планы, содержащие природоохранные мероприятия.

Контроль за выполнением планов мероприятий осуществляется ве­домственным управлением и Департаментом природных ресурсов.

1.3.3. Лицензирование природопользования

Лицензия на природопользование — это документ, регламенти­рующий взаимоотношения между специально уполномоченными го­сударственными органами в области управления природными ресурсами и охраны окружающей среды, с одной стороны, и природопользователем с другой.

Предприятиям энергетики на водопользование выдается лицензия (разрешение на специальное водопользование) в соответствии с [1.4]. В ходатайстве на получение лицензии указываются сведения о предпри­ятии, цель водопользования, местонахождение водозаборных сооруже­ний, наличие рыбозащитных сооружений, способы очистки сточных вод, качественная характеристика сточных вод, утвержденный предельно до­пустимый сброс. К материалам прилагаются нормы водопотребления и водоотведения на единицу продукции, балансовая схема водопотребле­ния и водоотведения, план мероприятий по охране природы. Лицензия на специальное водопользование согласовывается с территориальными ор­ганами охраны природы.

Предприятия энергетики, забирающие воду из подземных источников, должны иметь лицензии на пользование недрами.

1.3.4. Лимиты на природопользование

Лимиты на природопользование — предельные нормы пользования природными ресурсами — это система экологических ограничений по территориям, представляющая собой установленные предприятиям-при-родопользователям на определенный срок объемы предельного использо-

24

вания природных ресурсов, выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в окружающую среду и размещение отходов производства.

Лимитирование выбросов (сбросов) позволяет экономическими мето­дами решать природоохранные задачи и стимулировать природопользо-вателей к уменьшению вредного воздействия на окружающую среду и внедрению природоохранных технологий.

Природопользование в энергетике осуществляется в двух направлениях:

изъятие природного вещества из природы (водопотребление);

внесение антропогенного вещества в природу (выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, сбросы в водоемы, размещение отходов производ­ства и пр.).

Принято называть отвод загрязняющих веществ в водоемы сбросами, а в атмосферу — выбросами.

Предельно допустимые сбросы (выбросы) (ПДС, ПДВ) разрабатыва­ются предприятием в соответствии с [1.4—1.8]. Значения ПДС (ПДВ) ус­танавливаются для каждого загрязняющего вещества, поступающего в окружающую среду.

Вода на ТЭЦ применяется для следующих целей:

в качестве исходного сырья для получения добавочной воды основно­го контура электростанции;

для конденсации отработавшего в паровых турбинах пара;

для охлаждения оборудования;

в качестве теплоносителя в тепловых сетях и системах горячего водо­снабжения.

Для предприятий энергетики устанавливается лимит на пользование водными ресурсами. Он рассчитывается, исходя из норм водопотребле-ния и водоотведения на единицу продукции (МВт • ч и ГДж) и установ­ленной мощности предприятия.

Нормы водопотребления используются для расчета лимитов потреб­ления воды.

Нормы водоотведения применяются для расчета нормативов удельных сбросов со сточными водами загрязняющих веществ на единицу про­дукции (электрической и тепловой энергии) для каждого загрязняющего вещества (кг/(МВт • ч), кг/ГДж). Эти нормы используются для расчета ПДС. Методика расчета норм водопотребления и водоотведения приве­дена в [1.9].

Предельно допустимые сбросы (ПДС) — масса загрязняющей) веще­ства в сточных водах, предельно допустимая к отведению со сточными водами в данном месте водного объекта в единицу времени, обеспечи­вающая нормативное качество воды в контрольном створе. ПДС рассчи­тываются как произведение предельно допустимой концентрации веще­ства (ПДК) в отводимых сточных водах и максимального часового расхо­да сточных вод и устанавливаются с учетом фоновых концентраций за­грязняющих веществ в воде водного объекта и его ассимилирующей спо­собности.

25

При сбросе теплообменных вод ТЭС требования к составу сбрасы­ваемых вод при назначении ПДС устанавливаются в виде допустимых при­ращений к концентрациям нормированных веществ в воде водного объек­та в месте водозабора (при условии водопользования одним водным объ­ектом). Размер приращения определяется технологически обоснованными потерями воды на испарение и другими технологическими факторами.

Если по существующей технологии очистки сточных вод на ТЭС дос­тичь ПДС на определенный период, например на период реконструкции, невозможно, то территориальными органами Минприроды России уста­навливается размер временно согласованных сбросов (ВСС).

Вредные вещества поступают в атмосферу от ТЭС с дымовыми газа­ми. В дымовых газах содержатся: оксиды серы (сернистый газ SO₂, сер­ный ангидрид SO₃), оксиды азота NO_X, летучая зола, содержащая в за­висимости от вида топлива такие вредные вещества, как мышьяк, дву­окись кремния, оксиды кальция, оксид ванадия, соли натрия, фтористые соединения.

Предельно допустимые выбросы (ПДВ) — масса загрязняющего веще­ства в дымовых газах, которая при рассеивании в атмосфере обеспечива­ет концентрацию загрязняющего вещества в приземном слое воздуха, равную ПДК с учетом фонового загрязнения, обусловленного выбросами других предприятий данного района.

Размер ПДВ рассчитывается, исходя из нормативов удельных выбро­сов оксидов азота, серы и твердых частиц в рамках технических требова­ний к вновь создаваемым котельным установкам [1.10]. В нормативах указан массовый выброс загрязняющего вещества в зависимости от но­минальной тепловой мощности котлов. Для котельных, вводимых в экс­плуатацию с 1 января 2001 г. эти нормативы ужесточены. На основе этих нормативов и запланированного значения номинальной тепловой мощно­сти котлов рассчитываются ПДВ каждого загрязняющего вещества. Сле­дует отметить, что эти нормативы не отражают фонового загрязнения, поэтому при высоком фоновом загрязнении ПДК может быть превышена при соблюдении норм ПДВ. Приведенные в [1.10] нормативы удельных выбросов лимитируют в продуктах сгорания содержание только четырех вредных компонентов: твердых частиц, оксидов азота, серы и углерода. В то же время-при сжигании определенных видов топлива не учитывается появление в дымовых газах таких вредных веществ, как бенз(а)пирен, тя­желые металлы.

На практике расчет нормативов ПДВ осуществляется с учетом ре­зультатов измерения фактических выбросов загрязняющих веществ при работе котлов на максимальной загрузке и при сжигании наихудшего в экологическом отношении вида топлива. В расчетах учитывается сум­марное вредное воздействие выбросов загрязняющих веществ и их фоновых концентраций.

' Если по существующей технологии сжигания (очистки) дымовых газов на ТЭС достичь ПДВ невозможно, то на определенный период, например на время реконструкции, территориальными органами Минприроды Рос­сии устанавливается размер временно согласованных выбросов (ВСВ).

26

1.3.5. Плата за природопользование

Плата за природопользование — важнейший элемент системы эконо­мического стимулирования рационального использования природных ре­сурсов. Она состоит: из платы за использование природных ресурсов и платы за загрязнение природной среды.

До апреля 1998 г. плата за пользование водными объектами произво­дилась только за забор воды, а 15 апреля 1998 г. Государственной Думой был принят новый Федеральный закон «О плате за пользование водными объектами», в котором предусмотрена также плата за сброс загрязняюще­го вещества в поверхностные водоемы. Правительство РФ утвердило этот закон 6 мая 1998 г. за № 71-ФЗ [1.11]. Согласно этому закону плательщи­ками за пользование водными объектами признаются организации и предприниматели, непосредственно осуществляющие пользование вод­ными объектами с применением сооружений, технических средств или устройств. Пользование водными объектами подлежит лицензированию в порядке, установленном законодательством РФ о недрах [1.12].

Плата за использование природных ресурсов подразделяется:

1. на плату за пользование природными ресурсами, в том числе за недра, землю, водные и лесные ресурсы;

2. плату за допустимые выбросы (сбросы) загрязняющих веществ в водные объекты, атмосферный воздух, подземные горизонты, за разме­ щение отходов;

3. плату за сверхнормативные выбросы (сбросы) загрязняющих ве­ ществ (размещение отходов);

4. штрафы, взысканные в возмещение ущерба, причиненного нару­ шением природоохранного законодательства.

По статье 2 закона [1.11] не признаются объектом платы:

1. забор воды для ликвидации стихийных бедствий и последствий аварий;

2. забор воды сельскохозяйственными предприятиями;

3. забор воды для рыбоводства;

4. забор воды для лечебных и оздоровительных учреждений;

5. строительство осушительных систем;

6. сброс дренажных, шахтных и карьерных вод, если концентрация вредных веществ в них не превышает концентрацию таких веществ в во­ доприёмнике.

Плата за воду предприятиям установлена как за забор воды из водного объекта, так и за объем сточных вод, сбрасываемых в водные объекты.

В статье 4 закона [1.11] установлены минимальные и максимальные ставки в следующих размерах:

30—176 руб. за 1 тыс. м воды, забранной из поверхностных водных объектов;

0,8—3,3 руб. за 1 тыс. м³ воды при заборе воды из моря; 0,5—5 руб. за 1 тыс. кВт • ч вырабатываемой электроэнергии для гид­роэлектростанций;

27

320—665 руб. за 1 тыс. м древесины, сплавленной без применения судовой тяги;

1,3—7,3 тыс. руб. за 1 км площади, используемой для добычи под­земных ископаемых;

3,2—27 руб. за 1000 м³ сточных вод для плательщиков, осуществляю­щих сброс сточных вод в водные объекты в пределах установленных лимитов.

Минимальные и максимальные ставки платы по бассейнам рек, озер, морям и экономическим районам устанавливаются Правительством РФ.

Конкретные ставки платы в зависимости от вида пользования водны­ми объектами, состояния водных объектов и с учетом местных условий водообеспечения населения и хозяйственных объектов устанавливаются законодательными органами субъектов Российской Федерации.

Ставки платы, связанные с забором воды для водоснабжения населе­ния, устанавливаются по минимальным ставкам, но не выше 30 руб. за

1000 м³.

Настоящее положение действует до 1 января 2003 г.

Ставки платы за пользование водными объектами для электростанций, использующих прямоточную схему водоснабжения, устанавливаются в размере 30 % норматива платы. При заборе и сбросе воды сверх установ­ленных лимитов, а также за пользование водными объектами без соответ­ствующей лицензии ставка платы увеличивается в 5 раз.

Плата вносится каждый календарный месяц, не позднее 20 календар­ных дней по истечении этого срока. Кроме того, плательщик обязан пред­ставить в налоговые органы налоговую декларацию. Малыми предпри­ятиями плата вносится каждый квартал.

Сумма платы включается в себестоимость продукции.

Инструкции по взиманию и внесению платы издаются Государственной налоговой службой РФ по согласованию с Министерством финансов РФ.

Плата за выбросы (сбросы, размещение отходов) загрязняющих ве­ществ в окружающую природную среду является формой компенсации ущерба, наносимого загрязнением окружающей природной среде, и со­стоит из платы за выбросы (сбросы, размещение отходов) в пределах ус­тановленных лимитов и платы за сверхлимитное загрязнение.

Порядок определения и взимания платы за выбросы, сбросы, разме­щение отходов и иные вредные воздействия устанавливает два базовых норматива:

в пределах нормативов (ПДВ, ПДС);

в пределах установленных лимитов временно согласованных выбросов (ВСВ) и временно согласованных сбросов (ВСС).

При отсутствии у природопользователя необходимых разрешений на выброс, сброс, размещение отходов производства взимается плата за сверхлимитное загрязнение окружающей природной среды.

Расчет платы за сброс загрязняющих веществ в природные водные объекты выполняется в соответствии с Постановлением Правительства

28

ш

в

JB-

ед-

9И-

РФ № 632 от 28 августа 1992 г. [1.13] и инструктивно-методическими указаниями [1.14].

Масса (выбросов) сбросов загрязняющих веществ подразделяется на следующие категории:

предельно допустимые выбросы (сбросы) (ПДВ, ПДС);

временно согласованные выбросы (сбросы) (ВСВ, ВСС);

сверхлимитные выбросы (сбросы) — превышение временно согласо­ванных или отсутствие утвержденных ВСВ и ВСС.

Для каждого региона РФ ставки пересчитываются с учетом коэффици­ента экологической ситуации и экологической значимости состояния водных объектов по бассейнам основных рек [1.13]. Так, базовые нормативы платы для предприятий, расположенных на территории Москвы, регламентированы распоряжением мэра № 387-РМ [1.16]. Базо­вые нормативы платы за сброс некоторых загрязняющих веществ в це­нах 1993 г. [1.15, 1.16] представлены в табл. 1.9.

В настоящее время все платы пересчитываются по отношению к вышеуказанным базовым нормативам 1993 г. [1.15]. Для каждого года ус­танавливается свой коэффициент пересчета АГ_И (коэффициент индекса­ции). Так, в 2000 г. К_н = 0,080, а в 2001 г. АГ_И - 0,094. Из табл. 1.9 видно, что превышение ПДС загрязняющих веществ ведет примерно к пятикратному увеличению платы за сброс конкретного вещества.

При объеме выбросов (сбросов) за год меньше ПДВ (ПДС) ставка платы С,, руб/т, самая низкая (область I приведенной ниже схемы), в пре­делах установленных лимитов выбросов (область II) ставка платы за вы­брос (сброс) 1 т загрязняющего вещества выше в 5 раз, чем в области I, a в сверхлимитной области III плата за выброс (сброс) загрязняющего ве­щества увеличивается в 5 раз по отношению к области II:

М, т/год

эй |РФ. ве-пии

ш сэ-

ВСВ (ВСС)

III

ПДВ (ПДС)

¹ С_р руб/т I С_п = 5С,руб/т " С_ш = 5С_пруб/т

Плата за выбросы (сбросы)

Я = С_ХМ (М в области I), П= С_х М_{ПДВ(ПДС)} + С„ (М - М_{ПДВ(ПДС)}) (М в области II),

П- С,

и (^ВСВ(ВСС) ~ -Ц"1ДВ(ПДС))

(М в области III),

^{С = Н}6^КЪ^КН>

ц (№ -

на за

гва

где М — годовой объем выбросов (сбросов) загрязняющего вещества, т/год; Я_б — базовый норматив платы за выброс (сброс) 1 т загрязняюще­го вещества в размерах, не превышающих ПДВ (ПДС) или ВСВ (ВСС),. руб/т; К_э — коэффициент экологической ситуации и экологической зна­чимости атмосферного воздуха, водных объектов и почвы в данном ре­гионе; К_И — коэффициент индексации.

29

Таблица 1.9. Базовые нормативы платы, руб/т, за выброс (сброс) загрязняющих			; а) в 2 ра
веществ			гического
Наименование загрязняющего вещества	Плата за выбросы (сбросы) в пределах ПДВ (ПДС)	Плата за выбросы (сбросы) в пределах установленных лимитов ВСВ (ВСС)	нальных па ческих кугх дународньн б) на 20
j Выбросы (сбросы) в поверхностные и подземные водные объекты			грязняющи
1. Азот нитратный	245	1225	; центров.
2. Биологическое потребление кислорода	730	3650
3. Взвешенные вещества	2950	14 750	1.3.6. Эь
4. Железо общее	22 175	110 875
5. Калий К^+	45	255	Экологи
			диняющая i
6. Кальций Са ^+	10	50	областные
7. Магний Mg ^+	55	275	расходован
8. Натрий Na^+	20	100	ние потерь
9. Никель Ni^2+	221 750	110 875	вреда и дру В cooti
10. Нефтепродукты	44 350	221 750	27.12.2000 1
11. Сухой остаток	2	10	100% плат
12. Сульфат-анион	20	100	няющих ве
13. Фосфаты по Р	11090	55 450	счет Федер
14. Хлорид-ион	7	35	жет поступ
Выбросы (сбросы) в атмосферу от стационарных и передвижных источников
15. Азота диоксид	415	2075	1 4 KTW
16. Азота оксид	275	1375	ПОКАЗА
17. Ангидрид серный (серы трехокись)	165	825 :
18. Ангидрид сернистый (диоксид серы)	330	1650 \	В НЭСТО5
19. Ванадия пятиокись	8250	41 250 :	ческих под
20. Водород хлористый (соляная кислота)	85	425	ной среды [
21. Золы каменных углей	825	4125	Первый.
22. Зола сланцевая	165	825	мер», состо
23. Кальция оксид *	55	275	природной
24. Натрия карбонад	415	2075	с загрязнен
25. Пыль каменноугольная	ПО	550	ствии с эти
26. Углерода оксид	5	25 1	нологическ

Примечание. Взвешенные вещества берутся с учетом фоновых концентраций.

Базовый норматив платы Я_б и коэффициент К_э определяются по табл. 1.2 и 3.4 [1.15]. Например, для Центрального экономического региона РФ К_э атмосферного воздуха и почвы равен 1,9, К_э водных объектов для Москвы равен 1,16—1,41.

Коэффициент экологической ситуации и экологической значимости может увеличиваться [1.15]:

30

Второй : ем стандар по контрол жей). Этот ответствии ленные объ тивное воз; виях предп

а) в 2 раза для природопользователей, расположенных в зонах эколо­ гического бедствия, районах Крайнего Севера, на территориях нацио­ нальных парков, особо охраняемых и заповедных территориях, экологи­ ческих курортных регионах, а также на территориях, включенных в меж­ дународные конвенции;

б) на 20 % для природопользователей, осуществляющих выбросы за­ грязняющих веществ в атмосферу городов и крупных промышленных центров.

1.3.6. Экологические фонды

Экологические фонды — единая система экологических фондов, объе­диняющая федеральный экологический фонд, республиканские, краевые, областные и местные специализированные фонды для целевого сбора и расходования средств на решение природоохранных задач, восстановле­ние потерь в окружающей природной среде, компенсации причиненного вреда и других природоохранных задач.

В соответствии со статьями 9 и 27 Федерального закона от 27.12.2000 г. № 150-ФЗ «О федеральном бюджете на 2001 год» с 2001 г. 100 % платежей за нормативные и сверхнормативные выбросы загряз­няющих веществ, размещение отходов направляются на специальный счет Федерального казначейства РФ. В дальнейшем в федеральный бюд­жет поступает 19 % платежей, а 81 % —-в бюджет субъектов РФ.

_I

эо

1.4. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЭС ПО ЭКОЛОГИЧЕСКОМУ ПОКАЗАТЕЛЮ

В настоящее время в мировой практике существуют два методологи­ческих подхода в области борьбы с загрязнением окружающей природ­ной среды [1.1].

Первый, получивший название «наилучших практически достижимых мер», состоит в том, что независимо от степени загрязнения окружающей природной среды внедряются наилучшие технологические меры борьбы с загрязнением, достижимые на современном уровне техники. В соответ­ствии'с этим подходом ТЭС следует квалифицировать как объекты, тех­нологическое решение которых обеспечивает минимальное негативное воздействие на окружающую природную среду.

Второй подход, названный «управление качеством», связан с наличи­ем стандартов качества, на базе которых осуществляются мероприятия по контролю и борьбе с загрязнением (в виде запретов, штрафов и плате­жей). Этот подход принят сейчас в России как более действенный. В со­ответствии с этим подходом ТЭС следует квалифицировать как промыш­ленные объекты, технологическое решение которых обеспечивает норма­тивное воздействие на окружающую природную среду. В реальных усло­виях предприятия зачастую находят экономический компромисс между

31

технологическими решениями, которые обеспечивают нормативное воз­действие на окружающую природную среду, и штрафами или платежами.

Вместе с тем, с нашей точки зрения, требуется подробнее рассмотреть ТЭС в отношении их влияния на окружающую природную среду. Для этого целесообразно познакомиться с общепринятыми понятиями, терми­нами и категориями, прямо связанными с экологией производственной деятельности [1.19]. Ниже приведены основные термины и их определе­ния из [1.19].

Безопасность в экологии — состояние защищенности каждого от­дельного лица и окружающей среды от чрезмерной опасности. Из опре­деления безопасности формируется программа действий, в соответствии с которой необходимо:

1. установить «шкалу» единиц измерения факторов различных видов опасности: от опасностей, обусловленных возможными авариями на про­ мышленных предприятиях или нормальными условиями их эксплуата­ ции, до опасностей природных катастроф и опасностей в повседневной деятельности людей. Эта «шкала» должна обеспечить возможность срав­ нения таких разнородных опасных факторов, как экологические, соци­ ально-экономические, техногенные и военные, т.е. возможность оценить их в одних и тех же единицах измерения;

2. установить «шкалу» для измерения уровня безопасности. Естест­ венно, что единицы измерения этой «шкалы» отличаются от единиц на «шкале», предназначенной для измерения опасностей. Безопасность и опасность — это взаимосвязанные, но самостоятельные категории. Дей­ ствительно, в соответствии с постулируемым определением понятия «безопасность» как состояния защищенности человека и окружающей его среды от опасностей уровень безопасности определяется уровнями состояния здоровья человека, благосостояния общества и состоянием природной среды в условиях хозяйственной деятельности. Следователь­ но, в качестве единиц измерения безопасности должны быть использова­ ны показатели, определяющие здоровье человека и качество окружаю­ щей его среды.

В целом безопасность обеспечивается системой мероприятий, гаран­тирующих минимальный уровень неблагоприятных воздействий на чело­века в прбцессе природопользования, т.е. как самих технологических процессов, так и изменяющейся под воздействием этих процессов Окру­жающей среды. Особое место в обеспечении безопасности занимает про­блема сохранения механизма биологической регуляции окружающей сре­ды на локальном, региональном и глобальном уровнях.

Безотходное производство — условное название процесса получения конечных продуктов, в ходе которого достигается максимальное сниже­ние отходов при заданном уровне развития технологий. Практически без­отходного производства не существует. Всегда есть отходы, хотя бы в виде тепловой энергии, в противном случае нарушались бы законы тер­модинамики. Более точный термин — малоотходное производство или малоотходные технологии.

32

2 Зак. 699

Малоотходная технология (синоним — малоотходное производство) — технология производства того или иного продукта, дающая минимум всех видов отходов (твердых, жидких, газообразных и тепловых). Созда­ние малоотходной технологии связано с разработкой принципиально но­вых средств производства, коренной перестройкой технологических про­цессов, заменой материалов и методов обработки, миниатюризацией ко­нечных продуктов. Многие развитые страны идут по пути создания мало­отходных технологий. Это одно из направлений снижения нагрузки на природные системы, улучшения здоровья населения.

Экологически допустимая нагрузка — хозяйственная деятельность человека, в результате которой не превышается порог устойчивости эко­системы (предельной хозяйственной емкости экосистемы). Превышение этого порога ведет к нарушению устойчивости и разрушению экосисте­мы. Это не означает, что на любой данной территории этот порог не мо­жет превышаться. Только когда сумма всех экологически допустимых на­грузок на Земле превысит предел «хозяйственной емкости» биосферы, наступит опасная ситуация (экологический кризис), которая приведет к деградации всей биосферы, изменению окружающей среды с тяжелыми последствиями для здоровья человека и устойчивости его хозяйства.

Экологически опасный объект — объект экономики или природный объект, состояние и функционирование которого приводят или могут привести к негативному воздействию на людей, сельскохозяйственные растения и животных, на окружающую природную среду или ее отдель­ные компоненты.

Экологически чистое производство (синоним — экологическое про­изводство) — искусственная техногенно созданная окружающая среда с заранее заданными свойствами и управляемая человеком таким образом, чтобы характеристики среды отвечали потребностям человека. В такой системе потребуется переработка громадного объема информации, чтобы поддерживать систему на определенном уровне той стабильности и ус­тойчивости, которые обеспечивает естественная природа. Создание та­кой системы и ее поддержание потребуют огромных затрат, которые мо­гут превысить хозяйственный эффект, ее создание чревато возможными сбоем управления и соответствующими непредсказуемыми последствия­ми, наконец, в такой системе неизбежна деградация живых организмов. Техногенно созданная локальная окружающая среда, это та, где на основе разомкнутого баланса веществ окружающая среда соответствует эколо­гическим требованиям и нормативам, принятым в данной стране. Все вредные отходы с такой территории удаляются, что, естественно, вызы­вает ухудшение окружающей среды в других районах. Подобные эколо­гически чистые производства стремятся создать на многих локальных участках своих территорий развитые страны.

Экологически эффективный процесс (синоним — экологическая эф­фективность) — создание конкурентоспособных по цене товаров и услуг, которые удовлетворяют потребности людей и повышают качество жизни, одновременно сокращая воздействие на окружающую среду и ресурсоем-кость в течение всего жизненного цикла продукции до уровня, опреде-

2 Зак. 699 33

ляемого экологическими нормативами и в пределах емкости экосистемы. Этот термин относится к практике компаний, которые поддерживают тесные связи между экономикой (прибыльность при снижении себестои­мости) и экологией (сохранение среды). Экологическая эффективность — это создание большей ценности для потребителя при минимизации ре-сурсопользования, загрязнения окружающей среды и отходов. В основе достижения экологической эффективности лежит также стремление соз­дать продукцию с высокими полезными свойствами, низкими материало­емкостью и энергоемкостью.

Воспользуемся приведенной выше терминологией для классификации тепловых электростанций по экологическому признаку [1.20].

В отношении взаимодействия с окружающей средой ТЭС можно рас­сматривать как объект производства электрической и тепловой энергии из первичных энергоресурсов с образованием отходов производства.

При оценке экологической эффективности ТЭС иногда используется понятие «Экологически чистая ТЭС». В этом случае, если этот термин не употребляется для обозначения малоотходного производства, под эколо­гически чистой ТЭС можно понимать электростанцию, эксплуатация ко­торой позволяет «поддерживать систему на определенном уровне той стабильности и устойчивости, который обеспечивает естественная при­рода» [1.19]. Теоретически такая ТЭС не должна оказывать воздействия на окружающую среду. Практически же такая ТЭС невозможна, посколь­ку в этом случае все отходы производства электростанции по количеству и качеству должны быть равны первичным ресурсам (т.е. по топливу, воздуху, воде). Это противоречит первому закону термодинамики, ибо полезная энергия была бы выработана без затрат первичной энергии. По­скольку вечный двигатель первого рода невозможен, невозможно создать и экологически чистую ТЭС в рассматриваемом смысле. Таким образом, преобразование энергии всегда сопровождается экологической нагрузкой на природу.

Естественно, что при классификации электростанций по экологическим показателям рассматривается только период их эксплуатации, ибо при строительстве, изготовлении оборудования и материалов уже был нанесен природе определенный экологический ущерб. С учетом вышеизложенного перейдем к другому понятию: «ТЭС с предельными экологическими пока­зателями», или «безотходная ТЭС». Под ТЭС с предельными экологиче­скими показателями можно понимать электростанцию, которая наряду с выработанными электрической и тепловой энергией из 100 % отходов про­изводства вырабатывает товарные продукты (вторичные ресурсы). Тем са­мым снижается экологическая нагрузка на окружающую среду. При рабо­те такой ТЭС не нарушается первый закон термодинамики, но возникает аналогичное противоречие второму закону термодинамики, поскольку предполагается, что все технологические процессы сопровождаются полу­чением вторичных ресурсов вместо отходов. Как нельзя всю подведенную в цикле двигателя теплую энергию превратить в работу, так нельзя и пер­вичные энергоресурсы полностью перевести во вторичные без экологиче­ских последствий. Поэтому такая ТЭС также невозможна. На практике

34

■лции рас-

-;ЭГИИ

г: ким

справедливость этого положения подтверждается тем, что не наблюдалось ни одного случая, противоречащего этому факту.

Вместе с тем вся история развития теплоэнергетики была связана со стремлением приблизиться к безотходной ТЭС.

Наметившаяся в последнее время в теплоэнергетике тенденция к соз­данию на базе ТЭС крупных энерготехнологических комплексов являет­ся, по нашему мнению, движением именно в этом направлении.

Таким образом, исключив из рассмотрения идеальные представления о тепловой электростанции, обратимся к реальным ТЭС. Для нас наи­больший интерес представляют ТЭС с минимальным негативным воздей­ствием на окружающую природную среду, которые еще можно назвать ТЭС с высокими экологическими показателями. Если минимальное нега­тивное воздействие ТЭС на окружающую среду в процессе ее эксплуата­ции находится в пределах так называемой «хозяйственной емкости био­сферы» (с учетом ее способности к самоочищению), то такую ТЭС, не разрушающую природную основу для воспроизводства жизни на Земле, можно отнести к разряду экологически безопасных (или малоотходных). На такой электростанции максимально реализуются технологические процессы, препятствующие образованию вредных газообразных, жидких, твердых и тепловых отходов, сточные воды используются повторно и многократно в замкнутых циклах, твердые отходы получаются в товар­ном виде или в виде сырья для смежных производств. Уходящие газы и неиспользованные стоки подвергаются глубокой очистке. Оставшееся ог­раниченное количество твердых отходов поступает на длительное безо­пасное хранение.

Программы строительства таких электростанций реализуются в инду­стриально развитых странах Западной Европы, США и Японии. Напри­мер, в Германии такие ТЭС получили название «ТЭС, благоприятные для окружающей среды» (Umweltfreundliche Warmekraftwerke). К разряду та­ких ТЭС следует отнести экологически чистые ТЭС, разрабатываемые в нашей стране в соответствии с государственной научно-технической про­граммой «Экологически чистая энергетика» [1.18].

К числу реальных электростанций можно отнести ТЭС с нормативным воздействием на окружающую среду. В частности, для строящихся элек­тростанций нормативное воздействие на окружающую среду ограничено ГОСТ Р 50831-95, а для действующих электростанций — значениями установленных нормативов и лимитов. К сожалению, среди действующих электростанций имеются ТЭС с низкими экологическими показателями. Такие ТЭС сбрасывают в окружающую среду недостаточно очищенные газы и сточные воды, имеют занимающие огромные территории фильт­руемые шламо- и золоотвалы. Деятельность таких ТЭС сопровождается заметными изменениями в природной среде, а их эксплуатацию можно отнести к разряду экологически опасных.

Далее будут рассмотрены технико-технологические аспекты повыше­ния экологической безопасности ТЭС.

35

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ К ГЛ. 1

1. Какую экологическую нагрузку на окружающую природную среду оказывают ТЭС?

2. Каковы основные результаты работы конференции ООН по окружающей среде (Рио- де-Жанейро, 1992 г.)?

3. Каковы доля антропогенных выбросов при сжигании органического топлива и роль теплоэнергетики в этих выбросах?

4. Что такс* экологическая эффективность?

5. Охарактеризуйте тепловые электростанции по их воздействию на окружающую при­ родную среду?

6. Может ли быть тепловая электростанция «экологически чистой»?

7. Назовите экономические механизмы, применяемые в нашей стране для стимулирова­ ния рационального природопользования. На каких законах и нормативных актах они базируются?

8. Каково назначение лимитов на природопользование? Назовите лимиты на пользова­ ние природными ресурсами на ТЭС?

9. Из каких составляющих складывается плата за природопользование на ТЭС?

10. Каков порядок расчета платы за загрязнения водного и воздушного бассейнов на ТЭС?

11. Как можно классифицировать тепловые электростанции по экологическому признаку?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ К ГЛ. 1

1. Экологические аспекты устойчивого развития теплоэнергетики России / Под общ. ред. Р.И. Вяхирева. М.: Издательский дом «Ноосфера», 2000.

2. Лихачев В.Л. Мировая перспективная энергетическая ситуация // Энергетическая политика. 1999. № 4—5. С. 68—74.

3. Экология — энергетика — экономика. М.: ГУ ИЭС, 2000.

4. Постановление Правительства Российской Федерации от 3 апреля 1997 г. № 383 «Об утверждении Правил предоставления в пользование водохозяйственных объек­ тов, находящихся в государственной собственности, установления и пересмотра ли­ митов водопользования, выдачи лицензии на водопользование и распорядительной лицензии».

5. РД 153-34.0-02.405.99. Методические указания по нормированию сбросов загряз­ няющих веществ со сточными водами тепловых электростанций. М.: ВТИ, 2000.

6. Методические указания по разработке предельно допустимых сбросов вредных ве­ ществ на поверхностные водные объекты. М.: Министерство природных ресурсов РФ и Государственный комитет РФ по охране окружающей среды, 1999.

7. ГОСТ 17.2.3.02-78 Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допусти­ мых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями. М.: Изд-во стан­ дартов, 1978.

8. Методика расчета предельно допустимых сбросов (ПДС) веществ в водные объек­ ты со сточными водами. Харьков: ВНИИВО и Госкомприрода, 1990.

9. РД 34.02.401. Методика разработки норм и нормативов водопотребления и водоот- ведения на предприятиях теплоэнергетики. М.: Союзтехэнерго, 1987.

10. ГОСТ Р 50831-95. Установки котельные. Тепломеханическое оборудование. Общие технические требования. М.: Изд-во стандартов, 1995.

11. Федеральный закон № 71-ФЗ «О плате за пользование водными объектами». Ут­ вержден Правительством РФ 6 мая 1998 г.

12. Федеральный закон № 27-ФЗ «О недрах». Утвержден Правительством РФ 3 марта 1995 г.

36

_г

.

?

13. Постановление Правительства Российской Федерации № 632 от 28 августа 1992 го­ да «Об утверждении Порядка определения платы и ее предельных размеров за за­ грязнение окружающей природной среды, размещение отходов, другие виды вред­ ного воздействия».

14. Инструктивно-методические указания по взиманию платы за загрязнение окру­ жающей природной среды. М: Министерство охраны окружающей среды и природ­ ных ресурсов РФ, 1993.

15. Базовые нормативы платы за выбросы, сбросы загрязняющих веществ в окружаю­ щую природную среду и размещение отходов. М: Министерство охраны окружаю­ щей среды и природных ресурсов РФ, 1992.

16. Распоряжение мэра № 387-РМ от 22 июня 1993 г. «О ставках платы и порядке ис­ числения платежей за загрязнение окружающей природной среды на территории г. Москвы».

17. Федеральный закон № 5076-1 «Об охране окружающей природной среды». Утвер­ жден Правительством РФ 2 февраля 1993 г.

18. Экологически чистая энергетика. Концепция и краткое описание проектов Госу­ дарственной научно-технической программы. М., 1990.

19. Экологический энциклопедический словарь. М.: Издательский дом «Ноосфера», 2000.

20. Седлов А.С. Экологические показатели тепловых электростанций // Теплоэнергети­ ка. 1992. № 7. С. 5—7.

-
К. ..ни;!..
к..

.Глава вторая

СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ЗОЛОВЫХ ЧАСТИЦ В АТМОСФЕРУ

2.1. МЕСТО И РОЛЬ ТВЕРДОГО ТОПЛИВА В ЭНЕРГЕТИКЕ РОССИИ

В прошедшие десятилетия в России осуществлялось преимуществен­ное развитие газовой промышленности и интенсивно росло потребление природного газа на тепловых электростанциях. Следует заметить, что газ в РФ является самым дешевым и экологически чистым топливом. В этих условиях проблема золоулавливания на ТЭС России пока не очень остра. Однако производительность освоенных месторождений природного газа в стране в недалеком будущем начнет сокращаться. Это связано с тем, что представляется невозможным в дальнейшем в периоды освоения но­вых газовых и газоконденсатных месторождений поддерживать добычу газа на требующемся постоянном уровне. В соответствии с действующи­ми нормативами этот период может продлиться 12—15 лет. Между тем, как показала практика освоения Оренбургского, Медвежьего, Уренгой­ского и Ямбургского месторождений, такая продолжительность постоян­ной добычи в период освоения новых месторождений не рациональна, она не учитывает интересы будущих поколений. На рис. 2.1 представле­ны графики добычи газа по месторождениям за период 1970—2030 гг. Они показывают, что после достижения максимума добычи газа происхо­дит постепенное и планомерное ее снижение. Только по месторождению Медвежье удалось в течение около 15 лет поддерживать максимальную добычу газа, а затем произошло интенсивное ее снижение [2.1].

Уровень использования угля, газа и мазута в энергетике России за 1990—1997 гг. представлен на рис. 2.2. Доля газа в структуре топливного баланса страны почти не изменилась и даже выросла от 58,5 до 62,6 %, а доля твердого топлива немного снизилась от 29,4 до 28,6 %.

В настоящее время в РФ разведано довольно большое количество уг­леносных отложений различного возраста и углеплотности. Разведанные и предварительно оцененные запасы угля сосредоточены в 22 угольных бассейнах и в 114 месторождениях, которые имеют широкое и неравно­мерное территориальное распределение. Большая их часть, особенно пригодная к разработке открытым способом, расположена в Западной и Восточной Сибири, а также на Дальнем Востоке. К наиболее крупным бассейнам, располагающим большими ресурсами каменных энергети-

38

. 1СЯС

	— t—' N
		МЕДВЕЖЬЕ
60	— 1 \
40
20
n	У I I I I i i I	1 1 1 1

Рис. 2.1. Добыча газа в России, млрд м , по месторождениям

_t-

ческих углей, следует отнести Кузнецкий, Иркутский, Таймырский и Ленский.

В условиях прогнозируемого падения добычи газа (см. рис. 2.1) необхо­димо в ближайшие годы переориентировать отечественную промышлен­ность и прежде всего энергетику на уголь как на основной энергоресурс. Поскольку ТЭС, в последние годы потреблявшие около 80 % всего природ­ного газа, сжигаемого в отрасли, расположены в европейской части Рос­сии, то именно здесь наиболее остро встанут экономические, технические и экологические проблемы при замещении газа твердым топливом.

В табл. 2.1 приводятся основные параметры некоторых твердых топ-лив и мазута России и Казахстана. Зольность топлива здесь дана величи­ной А^р на рабочую массу [2.1]. Даны также влажность W^p и общее содер­жание серы S^p. Как видно из табл. 2.1, наиболее зольным топливом явля-

39

млн т у.т. 2501

Уголь

200 -

Газ

Мазут

150

100 -

50

1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997

Рис. 2.2. Структура топливного баланса ТЭС за 1990—1997 гг., млн т топлива в условном исчислении (т у.т.)

ются горючие сланцы (до 60 %). Далее следуют угли: экибастузский (до 38 %) и подмосковный бурый (до 25 %), затем кузнецкие каменные угли (11—18 %). Бурые угли Красноярского края (Назаровское и Березовское месторождения) имеют сравнительно невысокую зольность (от 5 до 7 %). Торф (фрезерный) имеет зольность около 6 %. Зольность мазута состав­ляет всего 0,1 %.

При сжигании мазута и газа проблема золоулавливания из дымовых газов отсутствует: она становится актуальной при сжигании в топках твердого топлива — каменного и бурого углей и горючих сланцев.

В России в свое время были приняты значения ПДК летучей золы в ат-мосфернбм воздухе: максимально-разовая (ПДКМР) и среднесуточная

(ПДКСС), мг/м (табл. 2.2) [2.3]. По ним определяли нормативные вы­бросы.

В 1997 г. в РФ введены новые нормативы удельных выбросов загряз­няющих веществ в атмосферу для вновь создаваемых котельных устано­вок (ГОСТ Р 50831-95). Они ориентированы на современный уровень на­учно-технического прогресса. В табл. 2.3 приведены соответствующие нормы выбросов твердых частиц [2.6].

В 1999 г. был принят Федеральный закон РФ «Об охране атмосферно­го воздуха». Однако в настоящее время нормативы удельных выбросов для действующих котельных установок в РФ еще не установлены. В от-

40

«м в

|г

Таблица 2.1. Основные параметры некоторых				топлив	России 1	1 Казахстана
				Содер-			Тепло-
Бассейн, месторождение,	Марка	Влаж-	Золь-	жание	Выход лету-	Содер-	та сго-
республика, край, область;	топли-	ность	ность	серы	,- г	жание	рания
топливо	ва	W^p, %	Л^р, %		чих V ,	СаО, %	е^р„.
				+s^pop,%	/о		кДж/кг
Кузнейкий бассейн, РФ, Ке-	Д	12,0	13,2	0,3	42,0	7,5	22 836
меровская обл.
	Г	8,5	11,0	0,5	40,0	5,5	26 146
	1СС	9,0	18,2	0,3	30,0	—	23 883
	Т	6,5	16,8	0,4	13,0	3,5	26 188
Канско-Ачинский бассейн,	Б1	40,5	6,8	0,4	48,0	33,0	12 821
Итатское месторождение,
РФ, Кемеровская обл.
Канско-Ачинский бассейн,	Б2	39,0	7,3	0,4	48,0	32,0	13 031
Назаровское месторождение,
РФ, Красноярский край
Канско-Ачинский бассейн,	Б2	33,0	4,7	0,2	'48,0	42,0	15 671
Березовское месторождение,
РФ, Красноярский край
Экибастузекий бассейн, Ка-	СС	7,0	38,1	0,8	30,0	1,7	16 760
захстан
Подмосковный бассейн, РФ,	Б2	32,0	25,2	2,7	50,0	5,5	10 433
Тульская обл. и др., (в сред-
нем по бассейну)
Сланцы горючие, Кашпир-	—	17,5	59,2	3,4	80,0	—	5824
ское месторождение, РФ, Са-
марская обл.
Торф	Фре-	50,0	6,3	0,1	70,0	—	8129
	зерный
Дрова	—	40,0	0,6	0	85,0	—	10 224
Мазут	Серни-	3,0	0,1	1,4	—	8,1	39 763
	стый

Таблица 2.2. Предельно допустимые концентрации летучей золы в атмосферном

Воздухе

Вид	ПДКМР	ПДКСС
Летучая зола при СаО > 35 % Летучая зола: нетоксичная пыль	0,05 0,5	0,02 0,15

расли дополнительно к государственному законодательству по нормиро­ванию выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с 1981 г. действуют ведомственные требования, предписывающие выбор для ТЭС золоулав-ливающего оборудования с предельной степенью очистки газов, которая устанавливается в зависимости от приведенной зольности топлива, мощ-

41

Таблица 2.3. Нормируемые удельные выбросы твердых частиц

Производи­тельность котла D, т/ч	Группа котельных установок*	Приведенное со­держание золы А", % кг/МДж	Массовый вы­брос твердых частиц, кг/т***	Массовая концентрация час­тиц в дымовых газах при а = 1,4, мг/м^3**
до 420	а	Менее 0,6 0,6—2,5 Более 2,5	1,76 1,76—5,86 5,86	150 150—500 500
	б	Менее 0,6 0,6—2,5 Более 2,5	1,76 1,76—2,93 2,93	150 150—250 250
420 и более	а	Менее 0,6 0,6—2,5 Более 2,5	1,18 1,18—4,70 4,70	100 100—400 400
	б	Менее 0,6 0,6—2,5 Более 2,5	0,59 0,59—1,76 1,76	50 50—150 150

*а — для котельных установок, вводимых на ТЭС до 31 декабря 2000 г., для твердого топлива всех видов; б-для котельных установок, вводимых на ТЭС с 1 января 2001 г.

** При нормальных физических условиях.

♦**В условном исчислении (тонны условного топлива).

Таблица 2.4. Нормативы удельных выбросов

Тип и мощность электростанции, МВт		Степень очистки дымовых газов высокоэф­фективными электрофильтрами при А" =1,0% кг/МДж
КЭС	ТЭЦ	КЭС	ТЭЦ
Не менее 2400 1000—2400 500—1000 Менее 500	Не менее 500 300—500 150—300 Менее 150	Не менее 99 % Не менее 98 % Не менее 96 % 92%	Не менее 99,5 % Не менее 99 % Не менее 98 % 96%

ности и типа электростанций (ТЭЦ или КЭС). Ведомственные требова­ния (табл. 2.4) являются частью Норм технологического проектирования электростанций и тепловых сетей [2.7].

Поскольку требования к оборудованию, введенному до 1981 г. и нахо­дящемуся в настоящее время в эксплуатации, не отвечают современному уровню развития техники, задачей отрасли является поэтапная модерни­зация и во многих случаях замена устаревшего оборудования на совре­менное высокоэффективное.

В Нормы технологического проектирования введены требования к вновь вводимому оборудованию, которые соответствуют ГОСТ Р 50831-95. 42

ого

2.2. СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСА ЗОЛОВЫХ ЧАСТИЦ ИЗ ТОПОК КОТЛОВ КОНСТРУКТИВНЫМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Объем выброса золовых частиц из топок котлов для твердого топлива существенно зависит от типа топочного устройства.

Наибольшие выбросы летучей золы имеют место при пылеугольных камерных топках с твердым гранулированным шлакоудалением (при «хо­лодной» воронке), при пылеприготовлении в шаровых барабанных тихо­ходных мельницах, где обеспечивается тонкий помол углей, или при пы­леприготовлении в валковых и шаровых среднеходных мельницах. Не­много меньше выброс летучей золы из топок при молотковых быстроход­ных мельницах или мельницах-вентиляторах, где происходит более гру­бый помол угля.

При топках с жидким шлакоудалением выбросы летучей золы из топ­ки в конвективную шахту и далее в дымовые трубы существенно мень­ше, чем при твердом шлакоудалении, поскольку в этом случае часть золы расплавляется в топке и оседает в шлаковую ванну.

Доля выноса твердых частиц из пылеугольных топок в зависимости от их типа может быть оценена коэффициентом уноса ос твердых частиц с дымовыми газами [2.5]:

Тип топки a_vu

ун

Камерная с твердым шлакоудалением 0,95

Открытая с жидким шлакоудалением 0,7—0,85

Полуоткрытая с жидким шлакоудалением 0,6—0,8

Двухкамерная 0,5—0,6

С вертикальными предтопками 0,2—0,4

С горизонтальными циклонными предтопками 0,1—0,15

При слоевом сжигании твердого топлива на механических цепных ре­шетках с различными типами подвижных колосников и при других мно­гочисленных типах слоевых механических топок, применявшихся много лет назад на котлах с твердым топливом малой производительности, вы­брос летучей золы из топок был относительно невелик. В топках с цирку­лирующим кипящим слоем (ЦКС), получающих в настоящее время в ми­ровой энергетике все большее применение в связи с проблемами эколо­гии, выброс золовых частиц в атмосферу в некоторых случаях не меньше, чем в пылеугольных топках традиционной конструкции, из-за добавки в слой известняка.

Прибавим к этому, что наиболее радикальным способом сокращения выброса золовых частиц в атмосферу является газификация твердого топ­лива [2.1].

43

2.3. ЗОЛОУЛАВЛИВАНИЕ И ТИПЫ ЗОЛОУЛОВИТЕЛЕЙ

При золоулавливании приходится иметь дело с частицами размером от 1 мм до 1 мкм. Более тонкие частицы, так называемые аэрозоли, при пылевидном сжигании топлива в продуктах сгорания, как правило, отсут­ствуют или присутствуют в очень ограниченном количестве.

Для золоулавливания имеют значение следующие параметры летучей золы:

размер частиц;

удельный вес(плотность) частиц;

физические, химические и электрические свойства золы.

Для золоулавливания применяют преимущественно следующие спосо­бы, основанные на использовании:

гравитационных или инерционных сил;

молекулярных сил сцепления частиц золы с пленкой воды или с ее струями;

<

а)

I I \2

3 + 4

Рис. 2.3. Золоуловители ТЭС

а — осадительная камера; б — циклон; в — мокрый золоуловитель; г — матерчатый

фильтр; д — электрофильтр;

1 — дымовые газы; 2 — очищенный газ; 3 — твердые частицы; 4 — вода; 5 — корони-рующие электроды; 6 — осадительные электроды

44

электростатических сил электрического поля;

фильтрования через матерчатую перегородку.

Основные типы золоуловителей схематично изображены на рис. 2.3.

В прошлом на ТЭС в ряде случаев ограничивались простыми в обслу­живании циклонными золоуловителями, с рассмотрения которых мы и начнем следующий параграф этой главы.

2.4. ЦИКЛОННЫЕ (ИНЕРЦИОННЫЕ) ЗОЛОУЛОВИТЕЛИ

Принцип действия циклонных золоуловителей (циклонов) иллюстри­рует рис. 2.4. Очищаемый от пыли (летучей золы) газ тангенциально вхо­дит в цилиндрическую оболочку (корпус), переходящую внизу в конус. Благодаря вращательному движению потока центробежные силы отбра­сывают частицы пыли к периферии и, ударяясь о стенку, последние теря­ют скорость и вдоль стенки падают в нижнюю часть конуса, а затем уда­ляются из потока газов через воронку. Выход газов вниз заполнен золой, и поэтому поток газов, вращаясь, поворачивает вверх в центральный пат­рубок и удаляется из корпуса золоуловителя, освобождаясь от большей части летучей золы.

На рис. 2.5 кривая 1 показывает зависимость степени очистки газов от скорости потока, кривая 2 — близкую к параболической зависимость по­тери давления потока от его скорости.

С уменьшением диаметра циклона скорость потока возрастает и сте­пень очистки газов от летучей золы повышается. В связи с этим в энерге­тике нашли применение небольшие по диаметру циклоны, объединяемые в параллельные группы для обеспечения требуемого расхода газов через них. Они получили название батарейных, или мультициклонов (рис. 2.6). На рисунке даны два варианта расположения циклонных элементов в

Очищенный газ

Выхлопная труба

К бункеру сбора золы (пыли)

Неочищенный газ

Рис. 2.4. Основные элементы и принцип действия циклонного золоуловителя

Степень очистки,				Потеря давления Ар, мм вод. ст
80 60 40 20 0		7^	—			160 120 80 40
	7			V
			У
		У
	2 4 6 8 Скорость газа, м/с

Рис. 2.5. Степень очистки (кривая ]) и потеря давле­ния (кривая 2) в зависимо­сти от скорости газа в ци­клоне

45

б)

в)

Рис. 2.6. Варианты расположения циклонных элементов в батарее

а — вертикальное, б — наклонное; 1 — вход неочищенных газов; 2 — выход очищенных газов; 3 — элемент батарейного циклона; 4 — трубная доска; 5 — корпус циклона; 6 —

золовой бункер

батарее — вертикальное и наклонное. В настоящее время применяют ци­клонные элементы с тангенциальным подводом газов при внутреннем диаметре 230 мм. Батарейные циклоны обеспечивают улавливание до 94 % летучей золы, их используют на котлах производительностью до 170 т/ч [2.4]. На более мощных котлах их применяли лишь в качестве первой ступени золоулавливания в комбинации с электрофильтрами при высокой начальной концентрации золы в газах. Возрастающие требова­ния к качеству очистки дымовых газов от летучей золы привели в даль­нейшем к вытеснению из энергетики батарейных циклонов и к замене их на более совершенные золоулавливающие установки.

Недостатком работы сухих циклонов была вероятность вторичного за­хвата осевшей на стенках золы, что снижало эффективность таких аппа­ратов. Для предотвращения вторичного уноса золы со стенок было ис­пользовано смачивание поверхности корпуса стекающей пленкой воды. В этом случае практически все золовые частицы, достигшие стенок, уда­лялись вместе с водой в золовой бункер.

2.5. МОКРЫЕ ИНЕРЦИОННЫЕ ЗОЛОУЛОВИТЕЛИ

Такие золоуловители были разработаны Всероссийским теплотехниче­ским институтом (ВТИ) и получили название центробежного скруббера (ЦС). Они имели большой диаметр корпуса (до 5 м), и на один котел ус­танавливалось 2—6 таких скрубберов. Степень улавливания летучей зо­лы в ЦС ВТИ достигала 92 %.

46

\

ж-

их

Дальнейшее повышение степени золо­улавливания было достигнуто при исполь­зовании предварительной коагуляции зо-ловых частиц каплями воды в трубе Вен­ту ри (рис. 2.7), в которой в поток газа, движущегося с большой скоростью (50— 70 м/с), впрыскивается через распыли­тельные "форсунки вода в количестве

0,15—0,2 кг на 1 м газа. Движущийся с большой скоростью газ при встрече с кап­лями воды дробит их до размера 200— 300 мкм, вследствие чего резко возрастает общая смачивающая поверхность. Части­цы золы соединяются с каплями воды (коагуляция), и эти достаточно крупные частицы эффективно осаждаются на плен­ке ЦС. Эффективность мокрого золоуло­вителя с предвключенным коагулятором достигла 96 %. Их стали применять на котлах паропроизводительностью до 200 кг/с (670 т/ч). Однако и эта степень очистки газов позднее стала для энергети­ки недостаточной. Кроме того, в процессе эксплуатации мокрых золоуловителей об­наружился существенный недостаток, связанный с химическими процессами, протекающими при наличии в составе зо­ль/ кальциевых соединений.

Рис. 2.7. Мокрый золоуловитель с коагулятором Вентури

/ — вход запыленных газов; 2 — выход очищенных газов; 3 — сопла

подачи воды в горловину трубы Вентури; 4—6 — конфузор, горло­вина и диффузор коагулятора Вентури; 7 — корпус каплеулови-

теля; 8 — подача воды для орошения стенок корпуса; 9 — бункер каплеуловителя; 10 — гид­розатвор; // — подача пульпы в канал золоудаления

В мокрых золоуловителях помимо улавливания золы протекают химические процессы поглощения из дымовых газов оксидов углерода и серы. Образующаяся сернистая кислота, взаимодействуя с соля­ми жесткости воды и со щелочами золы, приводит к образованию сульфита каль­ция CaSO₃, вследствие чего возможно за­бивание элементов золоуловителя отло­жениями. При большой жесткости смыв­ной воды (более 20 мг • экв/л), а также для некоторых топлив, в золе которых со­держится более 20 % (по другим данным более 15 %) оксида кальция СаО или бо­лее 1 % свободной извести, применение мокрых золоуловителей недопустимо.

Большинство неполадок в работе мокрых золоуловителей является следствием уноса брызг. Осаждающиеся на неорошаемой поверхности

47

брызги приводят к образованию золовых отложений, увеличению аэроди­намического сопротивления, дополнительным затратам электроэнергии на тягу, снижению нагрузки котла и преждевременной его остановке. Брызги на лопатках дымососов вызывают осаждение на них золы и разба-лансировку рабочих колес.

Испытания мокрых золоуловителей (в частности, Прутковых с коагу­лятором), проведенные ВТИ, показали, что их КПД составляет 84—88 %, т.е. они не отвечают санитарным требованиям к очистке дымовых газов от летучей золы для современных ТЭС. По литературным данным на луч­ших зарубежных установках степень золоулавливания мокрых золоуло­вителей достигала 99,8 % [8.1]. Общее аэродинамическое сопротивление мокрой золоулавливающей установки составляет 680—860 Па (по неко­торым данным до 1,2 кПа), а удельный расход воды на очистку газов —

0,11—0,27 л/м³ (по другим данным 0,25—1,3 л/м ). Большой расход воды — недостаток мокрых золоуловителей.

Для ТЭС большой мощности в связи с увеличением количества сжи­гаемого топлива и образующейся летучей золы возникла необходимость повысить эффективность очистки газов. Эту задачу можно решить с по­мощью электрофильтров, которые в настоящее время относятся к числу наиболее эффективных типов золоуловителя.

2.6. ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ

Преимуществом электрофильтров является способность улавливать тонкую золу с частицами 10 мкм и менее. Поэтому они особенно эффек­тивны при приготовлении пыли в шаровых барабанных мельницах. Элек­трофильтры очищают газы до концентрации твердых частиц в дымовых

газах за фильтром порядка 50 мг/м . При грамотном проектировании, хо­рошем изготовлении и правильной эксплуатации с помощью электро­фильтров может быть обеспечена очистка газов на 99—99,8 %.

Принцип действия электрофильтра (рис. 2.8) базируется на создании неравномерного электрического поля высокой напряженности и образо­вании коронного разряда в окрестности коронирующих электродов, рас­положенных в корпусе электрофильтра. Вокруг электрода, имеющего профиль с острыми углами, при напряженности электрического поля око­ло 1,5 МВ/м возникает интенсивная ионизация дымовых газов в узкой области, прилегающей к электроду (зона а). Возникает коронный разряд, в результате которого из молекул дымовых газов выталкиваются отрица­тельно заряженные электроны и образуются положительно заряженные ионы дымовых газов. Электроны под действием сил электрического поля приходят в движение в направлении от коронирующих к осадительным электродам (зона Ь). Встречая на своем пути частицы золы, электроны абсорбируются на них и передают им свой отрицательный заряд (зона с). Теперь уже частицы золы движутся по направлению к осадительным

48

\

ГМ

Дальнейшее повышение степени золо­улавливания было достигнуто при исполь­зовании предварительной коагуляции зо-ловых частиц каплями воды в трубе Вен-тури (рис. 2.7), в которой в поток газа, движущегося с большой скоростью (50— 70 м/с), впрыскивается через распыли­тельные 'форсунки вода в количестве

0,15—0,2 кг на 1 м газа. Движущийся с большой скоростью газ при встрече с кап­лями воды дробит их до размера 200— 300 мкм, вследствие чего резко возрастает общая смачивающая поверхность. Части­цы золы соединяются с каплями воды (коагуляция), и эти достаточно крупные частицы эффективно осаждаются на плен­ке ЦС. Эффективность мокрого золоуло­вителя с предвключенным коагулятором достигла 96 %. Их стали применять на котлах паропроизводительностью до 200 кг/с (670 т/ч). Однако и эта степень очистки газов позднее стала для энергети­ки недостаточной. Кроме того, в процессе эксплуатации мокрых золоуловителей об­наружился существенный недостаток, связанный с химическими процессами, протекающими при наличии в составе зо­лы кальциевых соединений.

Рис. 2.7. Мокрый золоуловитель с коагулятором Вентури

/ — вход запыленных газов; 2 — выход очищенных газов; 3 — сопла подачи воды в горловину трубы Вентури; 4—6 — конфузор, горло­вина и диффузор коагулятора Вентури; 7 — корпус каплеулови-

теля; 8 — подача воды для орошения стенок корпуса; 9 — бункер каплеуловителя; 10 — гид­розатвор; 11 — подача пульпы в канал золоудаления

В мокрых золоуловителях помимо улавливания золы протекают химические процессы поглощения из дымовых газов оксидов углерода и серы. Образующаяся сернистая кислота, взаимодействуя с соля­ми жесткости воды и со щелочами золы, приводит к образованию сульфита каль­ция CaSOj, вследствие чего возможно за­бивание элементов золоуловителя отло­жениями. При большой жесткости смыв­ной воды (более 20 мг • экв/л), а также для некоторых топлив, в золе которых со­держится более 20 % (по другим данным более 15 %) оксида кальция СаО или бо­лее 1 % свободной извести, применение мокрых золоуловителей недопустимо.

Большинство неполадок в работе мокрых золоуловителей является следствием уноса брызг. Осаждающиеся на неорошаемой поверхности

брызги приводят к образованию золовых отложений, увеличению аэроди­намического сопротивления, дополнительным затратам электроэнергии на тягу, снижению нагрузки котла и преждевременной его остановке. Брызги на лопатках дымососов вызывают осаждение на них золы и разба-лансировку рабочих колес.

Испытания мокрых золоуловителей (в частности, прутковых с коагу­лятором), проведенные ВТИ, показали, что их КПД составляет 84—88 %, т.е. они не отвечают санитарным требованиям к очистке дымовых газов от летучей золы для современных ТЭС. По литературным данным на луч­ших зарубежных установках степень золоулавливания мокрых золоуло­вителей достигала 99,8 % [8.1]. Общее аэродинамическое сопротивление мокрой золоулавливающей установки составляет 680—860 Па (по неко­торым данным до 1,2 кПа), а удельный расход воды на очистку газов —

0,11—0,27 л/м³ (по другим данным 0,25—1,3 л/м ). Большой расход воды — недостаток мокрых золоуловителей.

Для ТЭС большой мощности в связи с увеличением количества сжи­гаемого топлива и образующейся летучей золы возникла необходимость повысить эффективность очистки газов. Эту задачу можно решить с по­мощью электрофильтров, которые в настоящее время относятся к числу наиболее эффективных типов золоуловителя.

2.6. ЭЛЕКТРОФИЛЬТРЫ

Преимуществом электрофильтров является способность улавливать тонкую золу с частицами 10 мкм и менее. Поэтому они особенно эффек­тивны при приготовлении пыли в шаровых барабанных мельницах. Элек­трофильтры очищают газы до концентрации твердых частиц в дымовых

газах за фильтром порядка 50 мг/м . При грамотном проектировании, хо­рошем изготовлении и правильной эксплуатации с помощью электро­фильтров может быть обеспечена очистка газов на 99—99,8 %.

Принцип действия электрофильтра (рис. 2.8) базируется на создании неравномерного электрического поля высокой напряженности и образо­вании коронного разряда в окрестности коронирующих электродов, рас­положенных в корпусе электрофильтра. Вокруг электрода, имеющего профиль с острыми углами, при напряженности электрического поля око­ло 1,5 МВ/м возникает интенсивная ионизация дымовых газов в узкой области, прилегающей к электроду (зона а). Возникает коронный разряд, в результате которого из молекул дымовых газов выталкиваются отрица­тельно заряженные электроны и образуются положительно заряженные ионы дымовых газов. Электроны под действием сил электрического поля приходят в движение в направлении от коронирующих к осадительным электродам (зона Ь). Встречая на своем пути частицы золы, электроны абсорбируются на них и передают им свой отрицательный заряд (зона с). Теперь уже частицы золы движутся по направлению к осадительным

48

Зоны

с

00 о© о©

о-о-

о-о-

бронирующий электрод

Частички пыли

Осадительный/ электрод /

у ) Источник тока высокого ^напР^яжения

Рис. 2.8. Процесс ионизации (а) и принцип работы электрофильтра (б)

электродам, где и осаждаются (зона d) под действием сил электростати­ческого поля и адгезии (сцепления).

Электроды пластинчатого горизонтального электрофильтра изображе­ны на рис. 2.9. Ранее осадительные электроды имели S-образный про­филь с косыми карманами для отвода уловленной золы. У новых электро­фильтров серии ЭГА (электрофильтр горизонтальный типа А) осадитель­ные электроды карманов не имеют. Широкополосные осадительные элек­троды шириной 640 мм, имеющие одинаковый электрический потенциал, связываются между собой в жесткую систему. Высота электродов приня­та 6; 7,5; 9, 12 и 15 м. Осадительные электроды набираются из четырех-восьми элементов, что дает активную зону от 2,56 до 6,12 м. Профильно-пластинчатые осадительные электроды обеспечивают хорошее удержа­ние золы в углубленных их частях, достаточно жесткую конструкцию и минимальный расход металла. Осадительные электроды заземляются.

Коронирующие электроды устанавливают между осадительными электродами с шагом 325 мм и крепят к рамам, подвешенным к опорно-проходным изоляторам. Для получения наивысшей напряженности элек-

49

Рис. 2.9. Электроды электрофильтра

а — симметричные С-образные элементы осадительного электрода; б — широкополос­ный С-образный элемент осадительного электрода; в — коронирующий игольчатый элек­трод; г — схема взаимного расположения осадительных и коронирующих электродов

50

трического поля коронирующие электроды должны иметь заостренную форму. Ранее применяли проволоку малого диаметра (3—5 мм) круглого или штыкового профиля. В настоящее время применяют коронирующие электроды с фиксированными точками разряда — ленточно-игольчатые в виде узких полос с выштампованными иголками. На концах иголок достигается наивысшая напряженность электрического поля. Подвод электрического тока (заряда) высокого напряжения к коронирующим электродам электрофильтров (60—80 кВ) осуществляется агрегатами питания.

Агрегат питания состоит из регулятора напряжения, повышающего трансформатора и выпрямителя. Для обеспечения оптимального режима питания напряжение на электродах следует поддерживать на максималь­но высоком уровне, но ниже пробивного. В агрегатах питания, выпускае­мых в настоящее время, процесс регулирования напряжения автоматизи­рован. Для регулирования выходного тока и напряжения агрегата пита­ния используются магнитные усилители и тиристоры (управляемые крем­ниевые диоды). Агрегаты питания оснащаются полупроводниковыми вы­прямителями (селеновыми или кремниевыми). Наиболее современными типами регуляторов питания являются агрегаты типа АТПОМ (усовер­шенствованная модель тиристорного регулятора типа АТФ). Для силовой части этих агрегатов не требуются укрытия, и они устанавливаются вне помещения. Агрегаты питаются от сети напряжением 380 В, среднее вы­прямленное напряжение составляет 50 кВ, а амплитудное значение дос­тигает 80 кВ.

Выпускаются пять типов агрегатов питания электрофильтров: АТПОМ-250, АТПОМ-400, АТПОМ-600, АТПОМ-1000 и АТПОМ-1600; цифры обозначают среднее значение выпрямленного тока нагрузки, мА. Этим значениям тока соответствует потребляемая из сети мощность 26, 40,60, 100 и 160 кВ-А.

Необходимый электрический ток для игольчатых коронирующих элек­тродов, мА, определяется по формуле

I = J_AA_a, (2.1)

где J_A — плотность тока, м А/м ; А_п - площадь поверхности осадительных электродов, приходящаяся на один агрегат, м .

Плотность тока принимается в пределах 0,2—0,35 мА/м при сжига­нии каменного угля и 0,3—0,5 мА/м при сжигании бурого угля. Жела­тельно на каждую систему осадительных электродов («каждое поле») ус­танавливать самостоятельный агрегат питания.

Зола с осадительных электродов удаляется при ударах встряхивающе­го механизма. Для встряхивания электродов наибольшее распростране­ние получили ударно-молотковые механизмы. Эффективность удаления золы с электродов зависит от режима встряхивания. Наихудшие резуль­таты получаются при непрерывной системе встряхиваниями и при встря­хивании всех полей через одинаковые промежутки времени. Длитель-

51

ность интервалов между встряхиванием первого поля рассчитывается по формуле. Для остальных полей соотношения интервалов встряхивания осадительных электродов электрофильтра выбираются по таблице в зави­симости от номера поля и числа полей у электрофильтра.

Эффективность работы золоуловителя, в том числе и электрофильтра, согласно теории золоулавливания [2.5] оценивается параметром золо­улавливания П:

П= vA I V= vA I moo,

(2.2)

где v — скорость движения частиц золы под действием сил осаждения к поверхности осаждения (скорость дрейфа), м/с; А — площадь поверхно­сти осаждения, м ; V— объемный расход дымовых газов, м /с; и — сред­няя скорость движения пылегазового потока, м/с; со — сечение для про­хода газов, м .

Применительно к электрофильтру площадь поверхности осаждения

А = 2mn L Н,

(2.3)

где т — число проходов для газов; п — число полей по ходу газов; L_n — длина одного поля, м; Н — высота электродов, м. Сечение для прохода газов

со = 2 mt H, (2.4)

где t — расстояние между коронирующими и осадительными электрода­ми, м.

Таким образом, параметр золоулавливания для электрофильтра

ut

(2.5)

Согласно теории золоулавливания параметр золоулавливания связан со степенью проскока летучей золы 8 формулой

е = ^свых / С_вх = ехр (- Л), (2.6)

где С_вх и С_вых — концентрации летучей золы в дымовых газах. Тогда степень золоулавливания

ц = 1 - 8. , (2.7)

Для электрофильтра параметр золоулавливания и, следовательно, сте­пень золоулавливания возрастает с увеличением эффективной скорости дрейфа частиц v, числа полей у электрофильтра п и длины каждого поля L_n и уменьшается с ростом скорости дымовых газов и и расстояния / между коронирующими и осадительными электродами.

Формула (2.5) выведена для работы электрофильтра в идеальном слу­чае, когда отсутствует вторичный унос, обеспечивается равномерный по­ток газов, нет движения запыленного потока через неактивные зоны электрофильтра и отсутствуют другие факторы, влияющие на золоулав­ливание.

52

"СЯ !Я

На основе обобщения данных испытаний отечественных электро­фильтров было получено полуэмпирическое выражение для параметра золоулавливания:

"ун

П = 0,2* ^

Ut

(2.8)

■: я к э-

- д-

ГО-

где к — коэффициент вторичного уноса.

Основное влияние на степень золоулавливания в электрофильтре ока­зывает скорость дрейфа (скорость осаждения) v. Согласно теории движе­ния заряженной частицы в электростатическом поле скорость дрейфа оп­ределяется электрическими характеристиками электрофильтра и запы­ленного потока газов по формуле

4Z£oJ

(2.9)

где е₀ — диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м (е₀ =

= 8,85 • 10" Ф/м); е_ч — относительная диэлектрическая проницаемость вещества частицы; Е₃ — напряженность электрического поля при заряд­ке, кВ/м; Е_ос — напряженность электрического поля осаждения, кВ/м; d— диаметр частицы, м; ц — динамическая вязкость газов, Па*с.

В формуле (2.9) е_ч и ц пылегазового потока меняются практически ма­ло. Примем для золы в среднем е_ч = 4 и для дымовых газов среднего со­става при температуре 100—150 °С

24

10~^бПа-с.

(2.7)