Перспективы использования топлива в энергетике

 

Распределение соотношения  моно - и диоксидов азота соответствует  логнормальному распределению, что  позволяет сделать вывод о  представительности и достоверности  полученных результатов. Определена зависимость  степени трансформации оксидов  азота от времени года. Предложено использовать переменный коэффициент  степени трансформации оксидов  азота, изменяющийся от 50% зимой до 80% летом.

 

Сравнение экспериментально полученных данных с расчетами по методике ОНД-86 с учетом частичной  трансформации выявило те же отличия  рассеивания примеси, что и для  сернистого газа.

 

Для мощных ТЭЦ крупных  городов (ТЭЦ-11,23,25,26 г.Москвы) нашли применение многоствольные дымовые трубы, подъем дымового факела от которых отличается от одноствольных труб. Для определения полного подъема факела из многоствольных дымовых труб были проведены исследования в аэродинамической трубе, а для обеспечения условий подобия использовался легкий газ гелий, плотность которого более чем в 7 раз меньше плотности воздуха. Это позволило моделировать полный подъем факела под устьем трубы и обеспечить равенство чисел Архимеда на модели и в натурных условиях. В результате проведенных лабораторных экспериментов установлено, что траектория факела имеет четко выраженные динамический и тепловой участки, что позволило проводить обработку результатов в виде двучленной зависимости, отдельно для динамической и тепловой траекторий. Полученные в результате обработки экспериментальных данных формулы траектории и полного подъема факела от многоствольных труб сравнивались с данными натурного эксперимента. Коэффициент корреляции данных = 0,89. Полученные выражения использовались в уточненной модели распространения примесей.

 

При разработке модели рассеивания  примеси в условиях города использовались подходы, принятые в ОНД-86. При этом функции распределения примесей принимают тот же вид за исключением  коэффициентов, входящих в расчетные  выражения. В модели учитываются  как особенности распространения  примеси в условиях городской  подстилающей поверхности, так и  степень трансформации оксидов  азота, а также различия подъема  дымовых факелов от одноствольных  и многоствольных дымовых труб.

 

Разработанная уточненная модель МЭИ была использована при  расчетах приземных полей загрязнения  от выбросов оксидов серы и азота  московских ТЭЦ с целью оценки вклада энергетического комплекса  в общее загрязнение воздушного бассейна города. Результаты математического  моделирования показали, что наиболее загрязненной является центральная  часть города, где расположены  электростанции с низкими дымовыми трубами, которые создают высокие  уровни приземных концентраций. [4]

 

Установлено, что совместное наложение загрязнения от всех станций  может привести к созданию на определенных участках территории концентраций SO2, близких или незначительно превышающих  ПДК. При этом вклад от выбросов мощных ТЭЦ на окраинах города (ТЭЦ-21,23,25,26), на которых максимальная доля мазута в зимнее время составляет в отдельные  дни 60-70 %, невысок благодаря эффективному отводу продуктов сгорания в атмосферу.

 

Были проведены расчеты  полей приземных концентраций от выбросов ТЭЦ по методике ОНД-86 и  модели МЭИ для трех базисных режимов  работы энергокомплекса: условий функционирования энергокомплекса 1987г., условий работы 1997г. без учета режимных мероприятий по подавлению оксидов азота и с учетом мероприятий по подавлению. Результаты моделирования позволили выявить ряд особенностей загрязнения воздушного бассейна объектами энергетики. Выявлено, что с увеличением скорости ветра вклад энергетического комплекса в общую загазованность воздуха возрастает значительно в диапазоне 3-7 м/с и практически стабилизируется при скорости больше 7м/с. Для летнего периода долю энергетики в загазованности воздушного бассейна можно считать условно постоянной, начиная со скорости ветра, равной 5 м/с.

 

В качестве второй особенности  следует выделить перераспределение  локальных вкладов выбросов электростанций с изменением величины скорости ветра. Так, при скорости ветра = 3 м/с “лидером”  по загрязнению выступает ГЭС-1. С  увеличением скорости ветра существенный вклад начинают вносить ТЭЦ-9, 22, 21, а также появляются локальные  зоны загрязнения от ГЭС-1, ТЭЦ-11, ТЭЦ-16. При скоростях ветра = 7 - 9 м/с главные  вклады вносят ТЭЦ-21 и ТЭЦ-22. Результаты моделирования показывают, что существуют площади загрязнения с уровнем  концентраций, составляющих диапазон 1,5 - 2,0 ПДК по диоксиду азота. [4]

 

В результате моделирования  по нормативной и разработанной  методикам выявлено, что по методике ОНД-86 площадь загрязнения с уровнем  загазованности выше ПДК для диоксида азота в зимний период в 4 раза больше, чем летом. При этом максимальные расчетные концентрации достигают 3,5 ПДК зимой и 2,5 ПДК летом. Результаты расчетов по уточненной модели МЭИ  показывают, что в сравнении с  ОНД-86 для зимнего периода площадь  загрязнения в 27-30 раз меньше, максимальный уровень загазованности не превышает 1,0-1,5 ПДК. Для летнего периода величина уровня загазованности существенно не отличаются от зимнего времени года, несмотря на существенное сокращение выбросов оксидов азота в атмосферу. Установлено, что основными причинами повышенного вклада в летнее время являются более высокая, нежели зимой, степень трансформации оксидов азота, достигающая 80%, и пониженный подъем дымовых факелов электростанций, в результате которого приземные концентрации увеличиваются.

 

Полученные результаты расчетных  полей приземных концентраций всего  энергокомплекса по данным 1987 г. позволили выделить теплоэлектроцентрали, на которых в первую очередь было необходимо проведение атмосфероохранных мероприятий: по загазованности сернистым газом – это ТЭЦ-7, ТЭЦ-9, ТЭЦ-11, ТЭЦ-12, ТЭЦ-22, по загазованности диоксидом азота - ГЭС-1 с филиалом, ТЭЦ-7, ТЭЦ-9, ТЭЦ-11, ТЭЦ-12. Указанные ТЭЦ (за исключением ТЭЦ - 22) имели в своем составе устаревшее оборудование и низкие дымовые трубы высотой до 100 метров.

 

Необходимость уменьшения вредного экологического воздействия  от выбросов городского энергокомплекса требовала проведения атмосфероохранных мероприятий, которые позволили бы при существующих ограничениях по генерируемым мощностям, местоположению ТЭЦ и уровню технологии процессов снизить загазованность в приземном слое воздуха. Можно выделить следующие основные пути решения проблемы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Главное направление совершенствования  топливного баланса – замещение  жидкого и твердого видов топлива  газом. Подавляющую часть в топливном  балансе г. Москвы составляет природный  газ, доля которого увеличилась с 60% в 1980 г. до 95 % в 1997 г. Установлено, что  изменение топливного баланса для  ТЭЦ, расположенных в центральной  части города, позволило практически  решить проблему защиты воздушного бассейна от воздействия сернистого ангидрида и золы. Совершенствование топливного баланса, однако, малоэффективно для снижения выбросов и уровня приземных концентраций оксидов азота.

 

Проведенный нами анализ по использованию режимных мероприятий  с целью подавления оксидов азота  в топках паровых и пиковых  котлов московского энергокомплекса показал, что из наиболее распространенных мероприятий применяются:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оценено, что в целом  за десятилетие, с 1987 по 1997гг., суммарный  выброс оксидов азота снизился на 36%, а снижение выбросов за счет применения методов подавления составляет еще 40% от уровня 1997г. Полученные результаты позволили выделить следующие приоритеты по формированию атмосфероохранной стратегии и управлению качеством воздушной среды.

 

Для ГЭС-1 с филиалом, ТЭЦ - 9, 16, 21, 22 целесообразно введение мероприятий  по подавлению оксидов азота, для  ТЭЦ-9, 21, 22 следует дополнительно  рассмотреть пути снижения приземных  концентраций за счет других методов.

 

Допустимые нормы превысило  в Бишкеке среднегодовое содержание почти всех воздушных примесей.    Анализируя материалы наблюдений за пятилетний период, химики отмечают тенденцию  к снижению загрязнения атмосферного воздуха диоксидом и оксидом  азота, аммиаком. Однако повысилось содержание диоксида серы и формальдегида. По–прежнему  самым “нечистым” районом столицы  остается ее центральная часть. [4]

 

   Бишкекская ТЭЦ, не говоря уже о многочисленных котельных, работает в основном на высокозольном, низкокалорийном топливе. Зачастую малоэффективны очистные фильтры на источниках повышенного выброса в атмосферу загрязняющих веществ. Вот и получается, что все мы на вдохе заполняем легкие не свежим воздухом, а ядовитым выдохом выхлопных и дымовых труб.

 

 

 

 

 

 

 

Красноярская ГРЭС-2

 

 

 

Красноярская ГРЭС-2 имеет утвержденный проект нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ и разрешение на выброс загрязняющих веществ в атмосферу. Санитарно-защитная зона предприятия – 1000 м.

 

Основными источниками загрязнения  атмосферного воздуха золой, оксидами серы, азота, углерода, мазутной золой  являются котельные агрегаты. Очистка  уходящих газов от золовых частиц осуществляется в золоулавливающих установках инерционного типа: БЦУ-160-896, БЦУ-М6-14х13, ЦБ-16р-82х2у-4000, ЦБ-18р-100х2у-4000 со средней эффективностью очистки 92,6 %.

 

Образование окислов азота  регулируется технологическими методами. На котлах ПК-38 организовано третичное  дутье первичным воздухом.  Красноярская ГРЭС-2 сжигает низкосернистые бурые угли Ирша-Бородинского разреза, очистка дымовых газов от сернистого ангидрида имеет приоритетное значение для высокосернистых углей. [3]

 

Источниками загрязнения  угольной пылью являются топливоподача  ГРЭС и угольный склад. На тракте топливоподачи  для улавливания угольной пыли установлены  аспирационные установки в количестве 34 штук со средней эффективностью очистки 95,3 %.

 

В составе проекта нормативов предельно допустимых выбросов (ПДВ) загрязняющих веществ выполнен расчет рассеивания загрязняющих веществ  в атмосфере с определением ожидаемых  концентраций на границе зоны жилой  застройки при максимальном расходе  топлива наихудшего качества. Расчеты  показали, что на границе зоны жилой  застройки концентрация выбросов основных загрязнителей меньше ПДК. Превышения ПДВ по контролируемым ингредиентам не выявлено.

 

Загрязнение атмосферы

 

 

 

Первым шагом в установлении вредного воздействия, связанного с  загрязнением воздуха, является разработка критерия качества воздуха, а также  стандартов качества.

 

   Стандарты качества  определяют уровни качества воздуха  и предельно допустимые выбросы  (ПДВ), которые необходимо выдерживать  для обеспечения безопасности  жизни.

 

   Контролирующие органы  обязаны осуществлять количественный  и качественный контроль. Другим  подходом к улучшению состояния  атмосферы является требование  применения передовых технологических  процессов, замена вредных материалов  безвредными, применение мокрых  способов обработки сырья вместо  сухих.

 

   Как правило, на  промышленных предприятиях используются  процессы или устройства для  газоочистки и пылеулавливания,  чтобы уменьшить или предотвратить  величину выброса. Процессы газоочистки  могут также разрушить или  менять его химические или  физические свойства так, что  он становится менее опасным

 

   В некоторых случаях  используют метод рассеивания  в атмосфере. Дымовые трубы  должны быть достаточно высокими (300-350 метров), для обеспечения хорошего  разбавления примесей путём обтекания  воздуха вокруг зданий в зоне  аэродинамических теней. Кроме  того, необходимо учитывать температуру  выбросов и месторасположение  труб. Предприятия строят с подветренной  стороны по отношению к жилым  районам. На ряде предприятий факельные газы используют для отопления зданий, а их избыток направляется на теплоцентраль.          [2]  

 

   По масштабам загрязнение  окружающей среды можно разделить  на локальное, региональное и глобальное. Эти три вида загрязнения тесно связаны между собой. Как правило, первичным является локальное загрязнение, которое, если  скорость процесса загрязнения больше скорости естественного очищения, переходит в региональное и затем при накоплении количественных изменений - в глобальное изменение качества окружающей среды. Для глобального загрязнения наиболее важным является временный фактор.

 

   Существование таких  процессов свидетельствует об  ограниченности ресурсов атмосферы  и о пределах её естественного  самовосстановления. Например, использование  воздуха в производственных процессах  издавна предполагало естественные  способности атмосферы к восстановлению  первоначальных качеств. В частности,  дымовые выбросы в атмосферу,  содержащие микрочастицы и токсичные  вещества, представляют собой не  что иное, как метод разбавления.  И даже в наши дни при  строительстве высотных и сверхвысотных  труб продолжают пользоваться  этим древним методом. Однако  резкое возрастание объемов выбросов  привело к тому, что масштабы  загрязнение вплотную приблизились  и даже часто перешагивают  пределы самовосстановления атмосферы.

 

   При современных  уровнях загрязнения вредные  вещества от источника загрязнения  распространяются на десятки  и сотни километров. И даже  само понятие источник загрязнения  несколько меняет смысл. Если  в каком-либо промышленном районе  можно выделить точечные источники  загрязнения, то в масштабе  региона целый промышленный район,  например крупный город, может  рассматриваться как единый источник  с системой точечных, линейных (автомагистрали) и групповых источников. Более  того, даже весь регион и даже  целая страна может выступать  в роли единого источника загрязнения.