Перспективы использования топлива в энергетике

 

 Принятые  в аналитической части программы  приоритетные направления определят  энергетическую политику России  и вместе с механизмом реализации  – стратегию развития ее энергетики  на долгосрочный период.

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

1. Журнал "Приводная техника" N1(29) за 02.01

 

2. Корнеев  А. В., Гардаш А. В. - Государственное регулирование в энергетике США М. Наука 2004 С. 156

 

3. Неуймин  В.М.. О Концепции технической  политики ОАО РАО «ЕЭС России»,  Журнал «Трубопроводная арматура  и оборудование», № 1, 2005 г.

 

4. Российская  Газета, Москва 10 Марта 2005

 

5. Рундыгин Ю.А., Григорьев К.А., Скудицкий В.Е. Низкотемпературная вихревая технология сжигания твердых топлив: опыт внедрения, перспективы использования // Всерос. науч.-технич. семинар “Новые технологии сжигания твердого топлива: их текущее состояние и использование в будущем” (Москва, 23-24 янв. 2001 г.): Сб. докл.- М.: ВТИ, 2001.– С. 286-295.

 

6. Сараев  О.М., Ошканов Н.Н., Мальцев В.В.. Перспективы безопасной утилизации плутония в виде МОКС-топлива на Белоярской АЭС. Сборник докладов IV Международной радиоэкологической конференции: «Утилизация плутония: проблемы и решения», Красноярск, 2000 г.

 

7. Сорокина  Н., Шмаль Г.- Президент Союза нефтегазопромышленников России, "Лед и пламя", "Российская газета", 11.03.2005, стр.8.

 

8. Стерман Л.С., Лавыгин В.М., Тишин С.Г. Тепловые и атомные электрические станции МЭИ 424 стр., 2004 г.

 

9. Фролов  С. М. Перспективы использования  детонационного сжигания топлива  в энергетике и на транспорте  Тяжелое машиностроение. 2003 . N 9. - С. 19 - 22.

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

1. Введение                                                                                                               

 

2. Загрязнение атмосферы  при испытании и эксплуатации 

 

энергетических установок                                                                               4

 

3. Красноярская ГРЭС-2                                                                                 15

 

4. Загрязнение атмосферы                                                                               16

 

5. Заключение                                                                                                   26

 

Список литературы                                                                                          27

 

Приложение 1                                                                                                  28

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СНИЖЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ  АТМОСФЕРЫ ОКСИДОМ АЗОТА И  СЕРОЙ

Введение

 

 

 

          Современная цивилизация осуществляет  невиданное давление на природу.  За­грязнение природной среды промышленными выбросами оказывает вредное действие на людей, животных, растения, почву, здания и сооружения, снижает прозрачность атмосферы, повышает влажность воздуха, увеличивает число дней с туманами, уменьшает видимость, вызывает коррозию металлических изделий.

 

           Под загрязнением окружающей среды следует понимать изменение свойств среды (химических, механических, физических, биологических и связанных с ними информационных), происходящие в результате естественных или искусственных процессов и приводящие к ухудшению функций среды по отношению к любому биологическому или технологическому объекту. Используя различные элементы окружающей среды в своей деятельности, человек изменяет её качество. Часто эти изменения выражаются в неблагоприятной форме загрязнения. По масштабам антропогенные изменения становятся сопоставимыми с природными, а в ряде случаев даже превышают их.

 

           Естественные процессы загрязнения  имеют в природе антиподы, способные  нейтрализовать действие природного  загрязнителя, а многие вещества, созданные человеком, являются  инородными по отношению к  природе. Естественные источники  загрязнения обычно удалены от  среды обитания человека, а антропогенные  расположены в районах концентрации  населения.        

 

Увеличение масштабов  загрязнения атмосферы требуют  быстрых и эффективных способов защиты её от загрязнения, а также  способов предупреждения вредного воздействия  загрязнителей воздуха. Атмосфера  может содержать определённое количество загрязнителя без проявления вредного воздействия, т.к. происходит естественный процесс её очистки.

 

Загрязнение атмосферы при  испытании и эксплуатации энергетических установок

 

 

 

Наибольшие загрязнения  атмосферно воздуха поступают от энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, уголь, природный  газ и др.). Количество загрязнений  определяется составом, объёмом сжигаемого топлива и организацией процесса сгорания.[1]

 

Основными источниками загрязнения  атмосферы являются транспортные средства с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) и тепловые электрические станции (ТЭС). Доля загрязнений атмосферы  от газотурбинных двигательных установок (ГТДУ) и ракетных двигателей (РД) пока незначительно поскольку их применение в городах и крупных промышленных центров ограниченно. В местах активного использования ГТДУ и РД (аэродромы, испытательные станции, стартовые площадки) загрязнения поступающие в атмосферу от этих источников, сопоставимый с загрязнениями от ДВС и ТЭС, обслуживающих эти объекты.

 

Основные компоненты вбрасываемые в атмосферу при сжигании различных  видов топливо в энергоустановках, - не токсичные диоксид углерода СО2 и водяной пар Н2О. Однако кроме них в атмосферу выбрасываются и вредные вещества, такие, как оксид углерода, оксиды серы, азота, соединения свинца, сажа, углеводороды, в том числе концирогенный бензапирен С20Н12 и, несгоревшие частицы твердого топлива и т.п.

 

Прижигании твердого топлива в котлах ТЭС образуется большое количество золы, диоксида серы, оксида азота. Так, например, подмосковные угли имеют в своём составе 2,5 6,0 % серы и до 30 –50 % золы. Дымовые газы образующиеся при сжигании мазута, содержат оксиды азота, соединения ванадия и натрия, газообразные и твердые продукты не полного сгорания. Перевод установок на жидкое топливо существенно уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы SO2 так как мазуты, применяемые в качестве топлива, содержат 2 и более % серы.

 

При сжигании природного (неочищенного) газа в домовых выбросах также  содержаться оксид серы и оксиды азота. Следует отметить, что наибольшее количество азота образуется при  сжигании жидкого топлива. [3]

 

Выброс оксидов азота  зависит от вида и сорта сжигаемого горючего, качества и способа его  подачи, состава топлива в камере сгорания и т.д., а также от тонкостей распыления горючего форсуночным устройством и от суммарного коэффициента избытка воздуха, а на выходе из камеры сгорания. Уменьшение диаметра капель и роста сопровождается снижением содержания оксидов азота в единице массы выхлопных газов.

 

Установлено, что по сравнению  с нормативной методикой максимум приземных концентраций ниже на 15 – 25% и ближе к источнику выбросов на 5 –10 высот дымовых труб, рассеивание  примеси вдоль оси факела после  прохождения максимума происходит более интенсивно. Степень трансформации NO в NO2зависит от времени года и  принимается от 50% зимой до 80% - в  летнее время. С учетом особенностей распространения примесей разработана  модель рассеивания вредных веществ  в атмосфере для условий города. На основании результатов математического  моделирования определен вклад  выбросов городских ТЭЦ в приземную  загазованность и предложены приоритеты по реализации атмосфероохранной политики.

 

Проблема снижения вредного воздействия от энергокомплекса наиболее остро стоит для крупных городов в силу концентрации промышленности, коммунального хозяйства и населения, сосредоточения различного типа электростанций на ограниченной территории. Для решения проблемы необходим системный подход по снижению вредного экологического воздействия энергетических объектов крупных городов на основании исследования общей картины загрязнения, анализа существующей атмосфероохранной политики, определения приоритетов и разработки комплекса мер по их реализации. Рассматриваемый подход позволяет наиболее эффективно реализовать атмосфероохранные мероприятия в условиях существующих ограничений. [3]

 

Одним из важнейших вопросов является определение вклада ТЭЦ  в приземную загазованность города, поскольку уровень загрязнения  впрямую соотносится с затратами  на защиту атмосферы. Известно немало научных работ, авторы которых исследовали  рассеивание примесей от различных  типов источников. Но эти работы, главным образом, относятся к  диффузии примеси в условиях открытой местности, либо к использованию  моделей для открытой местности  с учетом ряда допущений применительно  к условиям города. Химия городской  атмосферы, особенно трансформации  таких основных загрязнителей, как  оксиды азота, изучена недостаточно. С целью определения процессов  распространения вредных примесей от дымовых труб теплоэлектроцентралей  в условиях города проведены обширные натурные исследования как от выбросов ТЭЦ, так и данных измерения городской сети мониторинга окружающей среды.

 

В качестве энергетического  объекта, на котором проводились  натурные исследования распространения  вредных выбросов в условиях города, была выбрана ТЭЦ-21 АО "Мосэнерго". Выбор ТЭЦ-21 обусловлен тем, что она  является одной из самых мощных московских электростанций с высотой труб 120 м, на долю которых приходится основное количество газообразных выбросов городского энергокомплекса.

 

Для проведения эксперимента выбиралось холодное время года, которое  характеризуется нагрузкой электростанций, близкой к номинальной, и, следовательно, максимальными выбросами исследуемых ингредиентов. В то же время, в холодный период года в топливном балансе велика доля мазута, что позволяет исследовать рассеивание как пассивных (="Arial Unicode MS" COLOR="#000000">SO2), так и химически превращающихся (NOx)примесей, а расположение ТЭЦ на окраине города – свести к минимуму влияние других источников загрязнения. Исследования носили комплексный характер и включали следующие виды работ: определение режимных параметров и выбросов из всех котлов ТЭЦ на основании измерений и расчетным путем; метеорологические измерения скорости, температуры и направления ветра в 500-метровом пограничном слое атмосферы на восьми уровнях с помощью Останкинского высотного метеокомплекса; измерение подфакельных и фоновых концентраций оксидов азота и диоксида серы, концентраций озона в приземном слое и определение трансформации NOхпри движении факела в атмосфере с помощью передвижных лабораторий. Всего проведено три серии экспериментов с участием ЭНИНа, МосЦГКС, Мосэнергоналадки, Института газа АН Украины под общим руководством МЭИ.

 

Обработка результатов измерений  фоновых значений NO2 и SO2 позволила  определить статистические параметры  фонового загрязнения – их среднюю  величину, дисперсию, коэффициенты вариации, а также зависимость от скорости ветра. Выявить зависимость величины значений фоновых концентраций от направления  скорости ветра не удалось. Получено, что изменчивость величины фоновых  значений концентраций диоксида азота  больше, чем диоксида серы, а максимальное значение приходится на диапазон скорости ветра на уровне флюгера 2-3 м/с, в  то время, как опасные скорости ветра для рассматриваемой ТЭЦ приходятся на интервал 7-11м/с. В результате установлено, что основными загрязнителями атмосферы, формирующими максимальные уровни загазованности, являются предприятия с низкими источниками выбросов, а также автотранспорт.

 

Во время натурных экспериментов  выбросы оксидов серы и азота  от ТЭЦ изменялись в широких пределах. Так, отношение максимального значения выбросов к минимальному в разных сериях экспериментов изменялось для  NOх – в 1,1 - 2,0, для SO2 - в 2,9 - 4,5 раза. Поэтому при обработке результатов подфакельные приземные концентрации были пересчитаны на одинаковый выброс вредных веществ, равный 1 г/с. Анализу подвергались данные, относящиеся к условиям с одинаковыми характеристиками турбулентного обмена. Определение устойчивости пограничного слоя атмосферы в период натурных исследований и в течение года показало, что преобладающим состоянием атмосферы является 4-й класс, т.е. нейтральная стратификация.

 

Полученные экспериментальные  данные были сопоставлены с результатами расчетов по методикам ИЭМ-МЭИ и  ОНД-86. Проведенное сравнение по SO2 показало, что модель ИЭМ-МЭИ дает завышенное значение максимума концентраций на 25 - 40 %, но более близкое совпадение по местоположению максимума концентраций вдоль оси факела. Поскольку ОНД-86 является единственной нормативной  методикой, дальнейший анализ проводился на базе сравнения с указанной  моделью. Получено, что из-за повышенной шероховатости городской подстилающей поверхности и связанной с  этим увеличенной интенсивностью турбулентности можно отметить ряд различий:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналогичный анализ данных был проведен для диоксида азота. Сопоставление результатов показало, что максимальные значения концентраций, рассчитанные по ОНД-86, отличаются от экспериментальных в 1,2 - 2,4 раза. Столь значительное расхождение объясняется тем, что в расчетах по ОНД-86 принята трансформация NO в NO2, равная 80%, в то время как в рассматриваемых условиях степень окисления NO в NO2 существенно меньше по данным натурных исследований МЭИ. [4]

 

Оксид и диоксид азота  имеют различные предельно-допустимые концентрации (ПДК): ПДК NO = 0,4 мг/м3, ПДК NO2= 0,085 мг/м3, т.е. диоксид азота в 4,7 раз токсичнее оксида азота.

 

Оценка степени трансформации  NOх согласно озонно-диффузионному методу показала, что доля NO2 в общей сумме оксидов азота от выбросов ТЭЦ в среднем составляет 31-40% для холодного времени года. Однако в условиях города возможен и радикально-смоговый механизм трансформации NOх. Для более достоверного определения процессов трансформации и содержания оксидов азота в городском воздухе были проведены дополнительные натурные исследования и статистическая обработка результатов на основании данных постов городской сети мониторинга. Результаты исследования подтвердили положение о том, что полной трансформации оксида азота в диоксид практически не наблюдается, поэтому в расчетах рассеивания оксидов азота в атмосферном воздухе необходимо учитывать частичную степень трансформации оксида азота в диоксид.