Экзаменационный билет № 8
Влияние традиционного энергопроизводства на окружающую среду.
Все возрастающий рост добычи и потребления ископаемых топлив, условия работы ТЭС и АЭС влекут за собой многочисленные и подчас чрезвычайно трудно разрешимые проблемы загрязнения окружающей среды (рис. 2.1). При сжигании ископаемых топлив образуется множество различных загрязнений — это прежде всего оксиды азота, сернистый газ, зола. Кроме того, в атмосферу попадают тяжелые металлы и канцерогенные углеводороды (их количество обратно пропорционально эффективности золоуловителей).
Оксид углерода СО не особенно вреден для растений, однако для живых существ вреден и ядовит. Он в 210 раз легче поглощается кровью, чем кислород, связывает молекулы гемоглобина и препятствует переносу кислорода от легких к тканям, в результате сердце и легкие вынуждены работать с большей нагрузкой.
Углеводороды НС представляют обширный класс органических соединений, в состав которых входят атомы водорода и углерода. Свыше половины всех углеводородов в воздухе — это молекулы метана СН4. В небольших количествах СН4 сравнительно инертен для здоровья человека. Однако другие соединения НС, принадлежащие к ряду альдегида, бензола, кетона, этилена, вызывают раздражение глаз, кожи, расстройство дыхательных органов. Предполагается, что минимальный уровень концентрации НС, отрицательно воздействующий на организм человека, составляет
130 мкг/м3.
Взвешенные частицы попадают в атмосферу в результате сжигания топлива и оседают затем на земле в виде пылинок. Они рассеиваются в зависимости от размеров (от 10 до 10 000 мкм) на очень большие расстояния. Воздействие частиц на организм зависит от их химического состава, оно может быть довольно заметным при попадании их в дыхательные пути. Одни частицы могут быть безвредны, другие — токсичны (особенно металлические микроэлементы). Они приводят к заболеваниям легких, отравлениям и пр.
Взвешенные частицы в воздухе поглощают солнечный свет, ухудшают видимость. При концентрации твердых частиц в воздухе
з
100 мкг/см солнечная радиация ослабевает примерно на 5 %.
Оксиды серы 802 (диоксид), 803 (триоксид) при сжигании органических топлив поступают в атмосферу в соотношении
30 : 1. В результате реакций с атмосферной влагой образуется серная кислота Н2804. Соединения 802 и Н2804 вредны для здоровья, так как вызывают сужение бронхов и воспаление слизистой оболочки.
Оксиды азота N0 (оксид), 1М02 (диоксид). Доля 1М02 в общем количестве оксидов составляет
0,5 %. В нормальной атмосфере массовые концентрации N0 и N0, равны соответственно 2 и 8 мкг/м3. В атмосфере N0 постепенно превращается в N0-, под действием солнечного света.
Оксид N0 безвреден для человека при нормальной концентрации, даже если воздух загрязнен. Напротив, диоксид N0;, в высшей степени вреден и может при повышенной концентрации оказаться очень опасным. Соединения N0 и N0, замедляют жизнь растений, снижают их урожайность. Эти оксиды вызывают также потускнение красок текстильных изделий, повреждение хлопковых и нейлоновых волокон.
Пороговая концентрация запаха для Ы02 составляет
225 мкг/м .
Концентрация
150 мкг/м приводит к стеснению дыхания и воспалению бронхов, повышается частота респираторных заболеваний.
Оксид N0 — бесцветный газ, диоксид ТЧ02 на вид красноватобурый (так как поглощает солнечное излучение в синей области спектра). В результате пелена сильно загрязненного воздуха, нависающего над городом, имеет цвет ржавчины.
Накапливающиеся в атмосфере твердые частицы могут вызывать инверсию температуры воздуха (с высотой она не падает, а растет). При этом загрязняющие вещества не рассеиваются в атмосфере, а остаются в зоне инверсии. Последствия могут быть тяжелыми: постепенное опускание «перегретого» воздушного слоя ведет к аномально высоким температурам на поверхности Земли.
Кислотные дожди, возникающие от выбросов оксидов серы и азота в атмосферу, губительно влияют па растительный и животный мир, приводят к значительным потерям трудоспособности среди населения и имеют тяжелые последствия.
По указанным причинам очистка дымовых газов от оксидов серы и азота представляет собой важную экологическую проблему. В настоящее время только на малой части ЭС используется система мокрой очистки с применением извести, в результате которой образуются отходы, содержащие соли азотной и серной кислот. Утилизировать их не удается, и помимо невысокой эффективности очистки (только от оксидов азота) возникает проблема захоронения большого количества таких отходов.
Тепловые сбросы от ТЭС. Отводимое в окружающую среду тепло (9Т распространяется по трем основным направлениям: тепловые потоки с водой системы охлаждения ?>со; тепловые потоки с уходящими газами в атмосферу г; тепло с продуктами сгорания в форме шлаков и недожога ?)И (при использовании твердого топлива). В общем виде:
Основная составляющая тепловых сбросов Qc 0 определяется эффективностью (КПД) термодинамического цикла электростанции г) и ее электрической мощностью N и равна
где и р2 — подводимое и отводимое тепло в цикле.
Отсюда видно, что при повышении КПД электростанции не только снижается удельный расход топлива, но и уменьшается удельный сброс тепла в окружающую среду на единицу производимой энергии.
На многих электростанциях для охлаждения циркуляционной воды используются градирни. В результате работы испарительных градирен происходит повышение влажности воздуха в больших масштабах. Эта влага способствует образованию туманов и обледенений зимой. От высокой влажности страдают жители ближайших населенных пунктов, меняются процессы развития растений; выщелачиваются минеральные вещества из почвы и т.д.
Влияние вращения Земли на изменение направления ветра (кориолисова сила).
Причиной возникновения ветра является сила барического градиента: на участках с избытком воздуха (там, где давление выше) происходит отток его в область с его недостатком (там, где давление ниже). Чем больше разность давления, тем сильнее отток. Числовое значение силы барического градиента определяется по формуле
G__1Ap
р " р AS'
F. = , (1)
где р - плотность, G - барический градиент, Дp - изменение давления, Д^ - расстояние между изобарами [1-2].
Сила барического градиента является основной движущей силой, которая приводит воздух в движение, сообщая ему ускорение. На определенных широтах выделяются области высокого и низкого давления.
При учете только силы барического давления, движение ветра совершалось бы в направлении градиента (от высокого давления к низкому) (рис. 1, б) [1-3]. Но, помимо силы барического градиента, на движение воздушных масс действует еще ряд сил, изменяющих направление и скорость ветра.
Важным фактором является отклоняющая сила Земли - сила Кориолиса. Она возникает за счет вращения Земли вокруг своей оси. Ее числовое значение можно найти по формуле:
FK = 2QV sin ф, (2)
где Q - угловая скорость Земли, V - скорость ветра, ф - широта.
од действием силы Кориолиса вектор движения воздушных масс (прямолинейный) постепенно смещается вправо (в северном полушарии; в южном вектор смещается влево), начиная двигаться по дугообразной траектории, до уравновешивания сил; после этого он направлен вдоль изобар (рис. 2). Такой вид ветра называется геострофическим.
Геострофический ветер является лишь теоретическим. На практике геострофический ветер может применяться на ряду с фактическим, так в действительных условиях его движение происходит лишь с небольшим отклонением от изобар (влияние других сил)
Сила Кориолиса многими не учитывается ввиду иногда ее низких значений, хотя оказывает влияние на самые разные процессы, включая циркуляцию атмосферы, а также движение в газожидкостных средах [4, 5], что является перспективным для нас направлением изысканий.
|
Скачать 1.44 Mb.