энергоаудит. 1. Актуальность энергосбережения
 Скачать 1.89 Mb.
|
|
Часть кипящего слоя, поглотившего серу топлива, подается пневмотранспортом на регенерацию. При температуре 1000–1500°С под беспровальную решетку подаются продукты сгорания, поддерживающие температуру в слое на уровне 1000–1100°С. При этом протекает реакция 3CaS04+CaS=4S02+4CaO Газообразные продукты содержат до 10% сернистого ангидрида, который может быть использован для производства серной кислоты. Регенерированная окись кальция возвращается в топочное устройство котла. Такая схема сжигания в кипящем слое разработана, в частности, для сернистого мазута. Наряду с определенными преимуществами этот способ имеет существенные недостатки, препятствующие его широкому применению на ТЭС: требуются создание принципиально новых конструкций котлов, организации установок для приготовления фракций известняка, создание установок по регенерации сернистых соединений кальция, улавливание твердых частиц, уносимых из кипящего слоя, пневмотранспорт абразивных материалов и др. Удаление серы из жидкого топлива. Снижение сернистости сжигаемого топлива можно осуществить, подвергая его воздействию высоких температур с использованием окислителей (газификации) или без них (пиролиз). Процесс газификации осуществляется в условиях высоких температур (900–1300°С) при ограниченном доступе кислорода. В результате образуется газ, горючими компонентами которого являются метан и его гомологи, окись углерода и водород. Из серы топлива при этом образуется сероводород, который является более активным веществом по сравнению с SO2 и должен быть удален перед поступлением горючего газа в топку котла. 35. Снижение выбросов окислов азота на теплоэлектростанциях. Образование окислов азота при горении топлива. Исследование соста- ва атмосферного воздуха в районах расположения крупных ТЭС показывает, что большой удельный вес в общем загрязнении воздуха приходится на долю окислов азота. Вблизи некоторых электростанций наблюдается превышение ПДК окислов азота. При сжигании высокосернистых топлив, даже в тех слу- чаях, когда благодаря применению высоких труб концентрации отдельных вредных газообразных примесей в приземном слое воздуха не превышают норм, тем не менее, с учетом суммации действия SO2 и NO2, нормы иногда превышаются в 1,5–2,0 раза. В крупных городах положение усугубляется тем, что выбросы ТЭС суммируются с выбросами окислов азота автомобилей и промышленных предприятий. Все это вынуждает рассматривать задачу снижения выбросов NOX как одну из важных проблем. Образование окислов азота в топках происходит главным образом в ре- зультате окисления азота воздуха при высоких температурах, а также при разложении и окислении азотсодержащих соединений, входящих в состав топлива. В дымовых газах котлоагрегатов окислы азота обычно состоят на 95–99 % из окиси азота NO и лишь на 1–5 % из двуокиси азота NO2. Однако при сжигании тяжелого мазута в котле паропроизводительностью 160 т/ч в дымовых газах наблюдалось более высокое содержание двуокиси азота и со- отношение NO/NO2 было близко к 1, что, по-видимому, объясняется повы- шенными избытками воздуха при горении. Образование окислов азота в топках котлоагрегатов зависит от конст- руктивного оформления и расположения горелочных устройств, их мощно- сти, тепловой нагрузки на ярус горелок, типа топлива, тепловой мощности топки, скорости охлаждения газов и других показателей. При сжигании мазута и, тем более, при сжигании угля определенную роль играет содержание азота в топливе, а также режим горения, определяе- мый конструкцией горелки и параметрами топливовоздушной смеси на вы- ходе из горелки. 36. Способы снижения содержания окислов азота в продуктах сгорания. Частичное подавление генерации окислов азота может осуществляться соответствующей организацией топочного процесса при возможно более низкой температуре в зоне горения и малом избытке воздуха. Ниже приводятся некоторые способы подавления образования окислов азота. Уменьшение избытка воздуха в топке до минимального по условиям полного сгорания топлива размера; Понижение температуры подогрева воздуха, поступающего в топку, в пределах, допустимых по условиям эффективного его сжигания; Рециркуляция дымовых газов (рис. 11-12,6). При подмешивании в дутьевой воздух некоторого количества охлажденных дымовых газов, забираемых из конвективной шахты, понижаются температурный уровень и концентрация кислорода в зоне горения. Наибольший эффект снижения образования окислов азота получается при вводе дымовых газов непосредственно в горелочные устройства; Применение двухступенчатого горения: в нижние горелки подается топливо при недостаточном количестве воздуха, что приводит к газификации топлива, а в верхние горелки подается обедненная смесь или чистый воздух для дожигания топлива. При этом уменьшается наивысшая температура в топке и концентрация окислов азота; Снижение теплового напряжения в топочной камере; Увеличение степени экранирования топки с применением двухсветных экранов; Установка горелочных устройств, обеспечивающих пониженный выход окислов азота. В СССР для организации двухстадийного горения или получения растянутого по длине топочной камеры факела нашли применение горелочные устройства Южного отделения ОРГРЭС, Ф. А. Липинского, Института газа АН УССР и др. ; Применение топок с гранулированным шлакоудалением, имеющих более низкий температурный уровень, вместо топок с жидким шлакоудалением и циклонных топок. Наиболее полно большинство мероприятий (поз. 1, 2, 3, 4, 6) может быть реализовано в котлах, работающих на природном газе, частично — при сжигании мазута. В случае твердых топлив не удается достигнуть значительного эффекта по подавлению образования окислов азота, так как большинство мероприятий ухудшает воспламенение и процесс горения угольной пыли. Кроме окислов серы и азота на ТЭС могут образовываться при определенных условиях другие вредные вещества (например, угарный газ СО). При недостатке кислорода в отдельных частях топки может протекать высокотемпературный пиролиз с образованием высокомолекулярных соединений, в частности бензапирена С20Н12, обладающего канцерогенными свойствами. Предельная его концентрация в атмосферном воздухе населенных мест — 0,1 мкг/ 100 м3. Основным способом подавлени 37. Золоулавливание на тепловых электростанциях. Все котлоагрегаты, сжигающие твердое топливо, оборудуются золоулавливающими установками. Коэффициент золоулавливания в зависимости от мощности электростанции и приведенной зольности сжигаемого топлива принимается соответственно: - для конденсационных электростанций модностью 2400 тыс. кВт и выше и ТЭЦ мощностью 500 тыс. кВт и выше должны применяться высокоэффективные электрофильтры со степенью очистки газов не ниже 99% при приведенной зольности 4% и менее и, 99,5% при приведенной зольности выше 4%; - для конденсационных электростанций мощностью 1000-2400 тыс. кВт и ТЭЦ мощностью 300-500 тыс. кВт — не ниже 98% и 99% соответственно приведенной зольности; - для конденсационных электростанций мощностью 500-1000 тыс. кВт и ТЭЦ мощностью 150-300 тыс. кВт не ниже 96% и 98% соответственно приведенной зольности; - для КЭС и ТЭЦ меньшей мощности коэффициент очистки газов принимается 93% и 96% соответственно приведенной зольности. Высота дымовых труб выбирается в соответствии с утвержденной методикой расчета рассеивания в атмосфере выбросов и проверяется по допустимой запыленности перед дымососом. Расчет ведется по расходу топлива при максимальной электрической нагрузке электростанции и тепловой нагрузке при средней температуре наиболее холодного месяца. При летнем режиме, в случае установки пяти турбин и более, расчет ведется с учетом остановки одной из них на ремонт. В качестве золоуловителей на электростанциях, как правило, применяются: - для очистки газов со степенью выше 97% — электрофильтры; - для очистки газов со степенью 95-97% — мокрые золоуловителя типа МС-ВТИ и МВ-УООР ГРЭС. При невозможности применения мокрых аппаратов (из-за свойств золы или для дальнейшего ее использования и др.) устанавливаются электрофильтры со степенью очистки не менее 98%; - для очистки газов со степенью 93-95% — батарейные циклоны типа БЦУ-М или БЦРН. Применение золоуловителей других типов допускается при соответствующем обосновании. Как правило, следует применять открытую установку золоуловителей с закрытием во всех климатических зонах нижней бункерной части и верхних сопел орошения мокрых золоуловителей. В районах с расчетной температурой отопления минус 20°С и ниже мокрые золоуловители устанавливаются в помещении. Система газоходов перед и после золоуловителей, а также их компоновка, должны обеспечивать равномерную раздачу дымовых газов по аппаратам при минимальном сопротивлении газового тракта. В газоходах, при необходимости, устанавливаются направляющие лопатки или другие газораспределительные устройства. . Температура и влагосодержание дымовых газов, поступающих в электрофильтры, должны обеспечивать возможность высокоэффективной очистки газов от золы сжигаемого топлива, с учетом ее электрофизических свойств. Если температура и влагосодержание дымовых газов за парогенератором не обеспечивают благоприятных электрофизических свойств золы, необходимых для эффективной работы электрофильтров, требуемые температура и влагосодержание газов достигаются соответствующими мероприятиями по котлу или устройством специальной установки перед электрофильтром. . Высоковольтные агрегаты питания электрофильтров размещаются в специальном помещении. . Не допускается сброс в бункера электрофильтров воздуха или газов из системы аспирации, дробеочистки и др. Сброс сушильного агента из разомкнутой системы пылеприготовления в дымовые газы перед электрофильтром допускается при условии выполнения требований взрыво — и пожаробезопасности. Температура дымовых газов за мокрыми золоуловителями при любых режимах работы парогенератора должна быть не менее, чем на 15°С выше точки росы газов по водяным парам. . На газоходах каждого золоуловителя по заданию организации, проектирующей золоуловители, предусматриваются люки и площадки для определения эффективности золоулавливания. Электрофильтры и батарейные циклоны оборудуются системой сбора и транспорта сухой золы. Под бункерами золоуловителей устанавливаются устройства, исключающие присосы воздуха в бункера. Эти устройства должны обеспечивать нормальную работу систем сухого и мокрого золоудаления при всех режимах встряхивания осадительных электродов. Сухие золоуловители должны иметь теплоизоляцию и систему обогрева нижней части бункера, обеспечивающий температуру стенки бункеров не менее, чем на 15°С выше точки росы дымовых газов по водяным парам. 38. Возобновляемые источники энергии и окружающая среда. Имеются диаметрально противоположные мнения о влиянии возобнов- ляемых источников энергии на окружающую среду. Большую роль в энергообеспечении играет биомасса. В мире приблизи- тельно половина населения готовит себе пищу, используя топливо из био- массы. Использование биомассы в виде топлива дает преимущества для эко- логии, так как при сгорании биомассы выделяется не больше СО2, чем при ее естественном разложении в природе. Переработка навоза путем анаэробного сбраживания уменьшает выде- ление азота в грунтовые воды и метана в атмосферу. Биомасса может быть использована в сочетании с органическим топливом – углем, торфом. Для утилизации биомассы с целью получения энергии используются современ- ные устройства: топки с «кипящим» слоем, газогенераторы. Однако необхо- димо уделять внимание способам сжигания биомассы, так как некоторые из них в быту могут приводить к высокому уровню загрязнения в помещении, например использование очагов без установки труб, каминов с неправильно сконструированными дымоходами. Наряду с биомассой в улучшении экологической обстановки значимую роль могут сыграть и другие возобновляемые источники энергии, например Солнце и ветер. Гелиоустановки оказывают минимальное воздействие на окружающую среду. Следует, однако, указать, что под его влиянием происходит разруше- ние некоторых материалов, что требует их замещения, связанного с исполь- зованием энергии. К таким материалам, например, относятся некоторые по- лимеры. Кроме дополнительного потребления энергии на их воспроизводст- во возникает проблема захоронения и переработки. Ветроэнергетические установки оказывают значительно меньшее от- рицательное воздействие на окружающую среду, чем замещаемые ими энер- гогенерирующие технологии на основе углеводородного топлива. Вместе с тем строительство и эксплуатация ветроэнергетических уста- новок связаны с необходимостью отчуждения земель (в том числе и сельско- хозяйственного назначения) и изменением окружающего ландшафта. Кроме того, ветроэнергетические установки создают шум и вибрации, являются ис- точником электромагнитного излучения. Шум вызывает раздражение, меша- ет работе, может приводить к функциональным изменениям в организме че- ловека. Электромагнитное излучение создает радио- и телепомехи. Чтобы избежать этих воздействий, требуется создание санитарной зоны от несколь- ких сот метров до 2 км._ Наивысшая выносливость к шуму у человека составляет 130 дБ. Иссле- дования показывают, что животные уживаются с ВЭУ, а удачно выбранное для их размещения место создает минимальную опасность для птиц. Соблю- дение требований по шуму и благоприятное размещение ВЭУ сводит ущерб, наносимый окружающей среде, к минимуму. Развитие гидроэнергетики требует создания водохранилищ, что сопря- жено с отчуждением земель, в том числе ценных для производства сельхоз- продукции и развития животноводства, и их затоплением. В результате этого меняется инфраструктура в районе гидроэлектростанции, возрастает поверх- ность зеркала воды, изменяется ее температура по течению ниже плотины. Летом вода более холодная, а зимой – теплая. Это воздействует на микро- климат, так как повышается влажность. Кроме того, плотины препятствуют продвижению рыбы в верховье рек во время нереста. Чтобы возместить ущерб, требуется строить специальные водоводы. Одной из проблем использования геотермальных источников для нужд теплоснабжения является то, что они работают по разомкнутой схеме. И если засоление термальных вод значительное, сбросные воды будут также приво- дить к засолению земли. В целом при соблюдении всех требований по охране окружающей сре- ды возобновляемые источники энергии оказывают на нее минимальное воз- действие. Кроме того, затраты на производство возобновляемой энергии по- стоянно снижаются, и она со временем может стать конкурентоспособной с источниками на ископаемом топливе Сами установки, использующие альтернативные энергоисточники, при их эксплуатации со временем выявляют специфичное влияние на природную среду и человека. Например, ветрогенераторы создают акустические шумы, влияющие на фауну, а через нее на флору; солнечные генераторы затеняют большие территории суши, уничтожая на них жизнь; геотермальные станции извлекают из недр высокосоленые агрессивные растворы, опустынивая места их сброса. Другие источники энергии по мере их освоения выявляют новые, неожиданные способы их влияния на природу. Тем не менее отрицательное влияние альтернативных способов полу- чения энергии на природу можно считать незначительным. Существенным отличием от традиционных способов является то, что в технологии альтерна- тивных энергоустановок отсутствуют процессы окисления и процессы ядер- ных превращений, которые являются источниками веществ-загрязнителей в опасных для природы неравновесных концентрациях. В этом смысле аль- тернативная энергетика более гармонично вписана в природу. Даже внешний вид самих установок альтернативной энергетики не противоречит окружаю- щей среде. Все недостатки альтернативной энергетики связаны с ее слабым развитием, но у этого направления все впереди. 39. Особенности воздействия объектов гидроэнергетики на окружаю- щую среду. Гидроэнергетические объекты оказывают существенное влияние на окружающую природную среду. Это влияние является локальным. Однако сооружение каскадов крупных водохранилищ, намечая переброска части стока рек Сибири в Среднюю Азию и другие крупные водохозяйственные мероприятия могут изменить природные условия в региональном масштабе. При рассмотрении влияния гидроэнергетических объектов на окружающую среду необходимо различать период строительства гидроэнергетических объектов и период их эксплуатации. Первый период сравнительно кратковременный – несколько лет. В это время в районе строительства нарушается естественный ландшафт. В связи с прокладкой дорог, постройкой промышленной базы и посёлка резко повышается уровень шума. Вода, используемая для разнообразных строительных работ, возвращается в реку с механическими примесями – частицами песка, глины и т. п. Возможно загрязнение воды коммунально-бытовыми стоками строительного посёлка. Подъём уровня воды в верхнем бьефе начинается обычно в период строительства. В результате производного при этом наполнении водохранилища изменяются расходы и уровни воды в нижнем бьефе. В период эксплуатации происходит разносторонне влияние гидроэнергетических объектов на окружающую среду. Наиболее существенное влияние на природу оказывают водохранилища: 1. Затопление в верхнем бьефе. Создание водохранилищ ведёт за собой затопление территории (см. рис. 9) В зону затопления могут попасть сельскохозяйственные угодья, месторождения полезных ископаемых, промышленные и гражданские сооружения, памятники старины, дороги, лесные массивы, места постоянного обитания животных и растений и т. д. Наиболее заселены и освоены прирусловые участки реки и районы в устьях притоков. На склонах гор мало сельскохозяйственных угодий, обычно там отсутствуют промышленные объекты. Поэтому создание водохранилищ в горных условиях приносит значительно меньший ущерб, чем на равнинах. 2. Подтопление. Подтопление прилежащих к водохранилищу земель происходит вследствие подъёма уровня грунтовых вод. В зоне избыточного увлажнения подтопление влечёт за собой негативны последствия – переувлажнение корней растений и их отмирание. С изменением водно-воздушного режима почвы может произойти заболачивание и оглеение почв, что ухудшает качество почвы и снижает её продуктивность. В засушливых районах подтопление улучшает условия произрастания растений при соответствующих глубинах почвенных вод. В неблагоприятных условиях может происходить засоление почвы. 3. Переработка берегов. Вследствие подъёма и снижения уровня воды в водохранилище при регулировании стока и волновых явлений проходит переработка берегов водохранилища, Она заключается в размыве и обрушении крутых склонов, срезке мысов и кос. Размеры переработки берегов зависят от их геологического строения, режима уровней воды и глубины водохранилища, конфигурации берегов, господствующих ветров и т. п. Относительная стабилизация берегов происходит через 5-20 лет после наполнения водохранилища. 4. Качество воды. Вследствие снижения скорости течения и уменьшения перемещения воды по глубине существенно изменяются физико-химические характеристики воды по отношению к бытовым условиям реки до создания водохранилища. На качество в годы в водохранилище влияет заселённость зоны затопления, видовой и возрастной состав леса, подлеска и лесной подстилки, наличие притоков, режим и глубина сработки водохранилища и т. п. Качество воды ухудшают сточные воды промышленных, горнорудных и животноводческих комплексов, комунально-бытовые сточные воды и вынос удобрений с сельскохозяйственных угодий. Для южных районов неприятным следствием перенасыщения воды в водохранилищах органическими и биогенными веществами(в основном ионами азота и фосфора) является бурное развитие в тёплой воде сине-зелёны водорослей. При создании водохранилищ необходимо тщательно изучить Совместное влияние всех факторов с учётом перспектив строительства каскадов ГЭС и принимать меры для поддержания качества воды. Качество воды – характеристика состава и свойств воды, определяющая пригодность её для конкретных видов водопользования.. Должна производиться тщательная очистка сточных вод, поступающих в водохранилище. Использовать прилегающие земли в сельском хозяйстве надо, применяя передовые методы агротехники, ограничивающие вынос удобрений в водохранилище. 5. Влияние водохранилищ на микроклимат. Водохранилища повышают влажность воздуха, изменяют ветровой режим прибрежной зоны, а также температурный и ледяной режим водотока. Это приводит к изменению природных условий, а также жизни и хозяйственной деятельности населения, обитания животных, рыб. Степень влияния крупных водохранилищ на микроклимат различна для отдельных регионов страны. Интегральное влияние, оказываемое акваторией на развитие растительности, благоприятно в условиях степной и лесостепной зоны и неблагоприятно в лесной. 6. Влияние водохранилищ на фауну. Многие животные из зоны затопления вынуждены мигрировать на территорию с более с высокими отметками. При этом видовой состав и численность животных значительно уменьшается. В ряде случаев водохранилища способствуют обогащению фауны новыми видами водоплавающих птиц и в особенности рыб: карасёвых, сазана, щуки и т. п. При ранней сработке водохранилища после весеннего половодья осушаются мелководья, что отрицательно влияет на нерест рыбы в верхнем бьефе. Глубокая зимняя сработка водохранилища в средней полосе страны может повлечь за собой замор рыбы на мелководных участках водохранилища. Также на окружающую среду влияют гидротехнические сооружения. Возведение платин гидроузлов приводит к подъёму уровней воды в верхнем бьефе и образованию водохранилищ. Плотины, перегораживающие реки затрудняют проход рыб к местам естественных нерестилищ в верховьях рек. Но платины, здания ГЭС шлюзы каналы и т. п., удачно вписанные в рельеф местности и хорошо архитектурно оформленные, создают вместе с акваторией верхнего бьефа монументальные и живописные ансамбли. Разрушения ГЭС при военных действиях приведёт к спуску воды водохранилища, возникновению волны высотой десятки метров, которая может уничтожить города, расположенные ниже ГЭС. Строительство ГЭС приводит к наведённой сейсмичности, в частности в США и Индии возникали землетрясения, разрушившие ГЭС. Мероприятия по охране природы Производство работ по возведению гидроэнергетических объектов следует проектировать с минимальным ущербом природе. При разработке стройгенпланов необходимо рационально выбирать карьеры, месторасположение дорог и т. п. К моменту завершения строительства должны быть проведены необходимые работы по рекультивации нарушения земель и озеленении территории. По водохранилищу наиболее эффективным природоохранным мероприятием является инженерная защита. Например, строительство дамб обвалования уменьшает площадь затопления и сохраняет для хозяйственного использования земли, месторождения полезных ископаемых, уменьшает площадь мелководий и улучшает санитарные условия водохранилища, сохраняет природные естественные комплексы. Если постройка дамб экономически не оправдана, то мелководья могут быть использованы для разведения птиц и для других хозяйственных нужд. При поддержании необходимых уровней воды мелководья могут быть использованы для рыбного хозяйства, как нерестилище и кормовая база. Для предотвращения или уменьшения переработки берегов производят берегоукрепления. Предприятия, железные дороги, жилые и комунально-бытовые постройки, памятники старины выносятся из зоны затопления. Для обеспечения высокого качества воды необходима санитарная очистка ложа водохранилища до его затопления водой. С этой целью производят агротехнические мероприятия для уменьшения загрязненного поверхностного стока и строятся очистные сооружения. В случаях необходимости организуются заповедники, заказники, отлов и перемещение животных, производятся лесопосадки. В целях рыборазведения создают искусственные нерестилища, нерестно-выростные хозяйства, строятся рыбопропускные сооружения для прохода рыбы на нерест из нижнего бьефа в верхний. Большие работы по инженерной защите проводятся в нижнем бьефе. 40. Влияние АЭС на окружающую среду. Иллюзия о безопасности атомной энергетики была разрушена после нескольких больших аварий в Великобритании, США и СССР, апофеозом которых стала катастрофа на чернобыльской АЭС. В эпицентре аварии уровень загрязнения был настолько высок, что население ряда районов пришлось эвакуировать, а почвы, поверхностные воды, растительный покров оказались радиоактивно зараженными на многие десятилетия. Всё это обострило понимание того, что мирный атом требует особого подхода. Однако опасность атомной энергетики лежит не только в сфере аварий и катастроф. Даже когда АЭС работает нормально, она обязательно выбрасывает изрядное количество радиоактивных изотопов (углерод-14, криптон-85, стронций-90, йод-129 и 131). Нужно отметить, что состав радиоактивных отходов и их активность зависят от типа и конструкции реактора, от вида ядерного горючего и теплоносителя. Так, в выбросах водоохлаждаемых реакторов превалируют радиоизотопы криптона и ксенона, в графитогазовых реакторах – радиоизотопы криптона, ксенона, йода и цезия, в натриевых быстрых реакторах – инертные газы, йод и цезий. |