Дипломная работа: Выбор природоохранных технологий для предприятий энергоснабжения

Дипломная работа

Выбор природоохранных технологий для предприятий энергоснабжения

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Предприятия теплоэнергетики и окружающая середа

1.1 Воздействие ТЕС на атмосферу

1.2 Воздействия на водные объекты

1.3 Образование отходов

Глава 2. Методические подходы к оценке воздействий ТЭС на окружающую среду

2.1 Оценка ТЭС как источника загрязнения атмосферы

2.2 Эколого-экономическая оценка загрязнения атмосферы ТЭС

2.3 Методы оценки экологических рисков, связанных с деятельностью ТЭС

Глава 3. Оценка ТЭС и обоснование природоохранных работ

3.1 Краткая характеристика вашего объекта

3.2 Оценка выбросов

3.3 Оценка эколого-экономического ущерба от загрязнения

3.4 Расчет рисков и построение зон рисков

3.5 Рекомендации по оптимизации

Выводы

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы - выбор природоохранных технологий для предприятий теплоэнергоснабжения.

Для выполнения намеченной работы поставлены следующие задачи:

-ознакомиться с литературными данными о воздействии теплоэнергетики на окружающую природную среду;

-ознакомиться с методами оценки воздействия ТЭС на окружающую природную среду;

-ознакомиться с методами эколого-экономических оценок воздействий; оценить воздействия ТЭС на окружающую природную среду;

-предложить мероприятия по уменьшению выбросов в атмосферу и оптимизации воздействия ТЭС на прилегающую территорию.

ГЛАВА 1. ПРЕДПРИЯТИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

Тепловая электрическая станция (ТЭС) представляет собой комплекс оборудования и устройств, преобразующих химическую энергию топлива в электрическую и тепловую энергию [41].

Тепловые электростанции характеризуются большим разнообразием и классифицируются по различным признакам:

- по назначению и виду отпускаемой энергии электростанции (районные и промышленные;

- по виду используемого топлива - работающие на органическом топливе и ядерном горючем. В качестве органического топлива используется газообразное, жидкое и твердое топливо - природный газ, мазут, низкокалорийный уголь или отходы высококалорийного каменного угля;

- по типу теплосиловых установок, используемых на ТЭС для преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращения роторов турбоагрегатов. Различают паротурбинные, газотурбинные и парогазовые электростанции. Парогазовые тепловые электростанции комплектуются парогазовыми установками (ПГУ), обеспечивающими высокую экономичность [30].

Загрязняющие выбросы от тепловых электростанций (ТЭС) приводят к ухудшению параметров живой и неживой природы, являющихся неотъемлемыми компонентами окружающей среды. Под загрязнением окружающей среды подразумевается изменение ее свойств - химических, механических, физических, биологических и связанных с ними информационных. Загрязнение окружающей среды от ТЭС делится на:

- локальное;

- региональное;

- глобальное.

Поскольку распространение загрязняющих веществ происходит в основном в воздушной среде, где невозможно приостановить естественные процессы диффузии воздушных масс, то все эти виды загрязнений очень взаимосвязаны между собой. Вначале происходит локальное загрязнение, которое постепенно переходит в региональное при условии, что скорость процесса загрязнения выше скорости естественного очищения. Затем оно переходит в глобальное изменение качества окружающей среды при достаточном накоплении количественных изменений. При глобальном загрязнении главным является временный фактор.

Строительство высотных и сверхвысотных труб ТЭС основано на принципах способности атмосферы к естественному самовосстановлению [32]. В атмосферу из дымовых труб поступают тепловые выбросы, токсичные вещества, твердые микрочастицы, которые рассеиваются в большом объеме воздуха. Но, вследствие резкого возрастания объемов выбросов, масштабы загрязнения очень приблизились и даже часто превышают пределы самовосстановления атмосферы. Сжигание углей на ТЭС происходит в пределах температуры 1100-1600 ^oС. При сгорании органического вещества углей образуются летучие соединения в виде пара и дыма, а негорючая минеральная часть топлива выделяется в виде твердых остатков, образующих пылевидную массу (золу) и кусковые шлаки. Количество твердых остатков от бурых и каменных углей колеблется в пределах 15-40%. При сгорании измельченного твердого топлива легкие и мелкие частицы золы уносятся с дымовыми газами, и называются «золы уноса». Размер частиц золы уноса составляет от 3-5 до100-150 мкм. Количество крупных частиц обычно не превышает 10-15%. В экономически развитых стран в структуре топливного баланса ТЭС чаще всего используется уголь, поскольку он дешевле нефти и газа, а использование современных технологий его сжигания способствует уменьшению вредных отходов [43].

В мире добыча угля составляет в среднем 25-30% топливного баланса. Степень использования угля тепловыми электростанциями в экономически развитых странах, например, таких как США, составляет 80%, а нефти и газа - 6 и 14% соответственно. В мировом масштабе происходит перевод энергоснабжения на каменный уголь. В энергетическом балансе России уголь занимает намного меньшую долю, чем в среднемировом. По статистическим отчетам в энергобалансе страны доля угля составляет не более 18% [16].

В результате промышленной деятельности ТЭС в области производства тепловой энергии в окружающей среде происходит ряд существенных изменений:

- наличие в воздухе газовых примесей увеличено 5-25 раз;

- наличие частиц, являющихся ядрами конденсации в 10 раз больше;

- количество облаков увеличивается на 5-10%;

- количество туманов зимой на 100% больше, летом на 30%;

- число осадков в различные периоды года на 5-10% больше;

- относительная влажность уменьшена летом на 2%, зимой на 8%;

- солнечное излучение уменьшено на 3-20%;

- температура повышается на 1-2 єС;

- скорость ветра на 5-30% больше.

1.1 Воздействия на атмосферу

Загрязнение атмосферы происходит при внесении в ее состав примесей, которые не содержатся в природном воздухе или изменяют соотношение между ингредиентами природного состава воздуха.

В настоящее время ТЭС оказывают наибольшее отрицательное воздействие на окружающую природную среду, которое заключается в загрязнении атмосферного воздуха мелкими твердыми частицами загрязняющих веществ - золы, выбросами окислов серы, сопутствующих выбрасываемым газам, окислов азота [12].

В год на предприятиях электроэнергетики образуется около 8,1 млн. т токсичных отходов. Различные вещества, образуемые при сгорании органического топлива и называемые примесными выбросами, выбрасываются в атмосферу и с течением времени изменяют такие параметры как: температура, фазовое и агрегатное состояние, токсические свойства, разлагаются с образованием новых соединений.

Примеси выбрасываемых в атмосферу веществ составляют продукты реакций в виде паров, газов, твердых и жидких частиц. В процессе рассеивания примесей могут происходить качественные изменения в их составе, проявляемые в виде: осаждения тяжелых фракций; химических реакций с компонентами воздуха; распада на компоненты по массе и размерам; взаимодействия с атмосферными осадками, облаками, воздушными течениями, солнечным излучением фотохимические реакции и др.

Для снижения выбросов мелких частиц золы, на ТЭС применяют фильтры с высоким КПД - около 95-99%. Но, на многих электростанциях, работающих на каменном угле, такие фильтры быстро засоряются, а их КПД снижается до 80% и ниже. Окислы серы образуются при сжигании любого вида топлива, в котором содержится сера а (природного газа, угля, мазута). При сжигании любого топлива образуются окислы азота, причем, чем выше температура, тем большее количество их выделяется. Для избежания выброса предельных концентраций SO_X и NO₂ при строительстве электростанций используются высокие выхлопные трубы - до 320-350 м. [12].

При эксплуатации тепловых электростанциях окислы углерода не создают серьезных опасений. В продуктах сгорания ТЭС практически полностью отсутствует продукт неполного сгорания углерода СО, который вредно действует на людей даже в малых концентрациях [1]. Выбросы углекислого газа СО₂ присутствуют в составе атмосферы в количестве около 0,03% по объему, зависящие не от человеческой деятельности, а вследствие парникового эффекта атмосферы и связанного с этим повышения температуры атмосферы.

ТЭС работают на органическом топливе, в качестве которого часто используют более дешевые мазут и уголь. Эти виды топлива являются невосполнимыми природными ресурсами. Сегодня в мире основными энергетическими ресурсами считаются уголь (40%), нефть (27%) и газ (21%).

По оценкам экспертов этих запасов хватит на 270, 50 и 70 лет соответственно, - при условии, что человечество будет расходовать эти ресурсы с такой же скоростью, как и сегодня. В целях экономии качественного топлива, ТЭС работают на низкосортном, в процессе сгорания которого образуются загрязняющие вещества. Эти вещества, выбрасываемые с дымом в атмосферу, неблагоприятно влияют на окружающую среду, а продукты сгорания вызывают выпадение кислотных осадков и парниковый эффект, приводящий к засухам.

При сжигании топлива на ТЭС образуются продукты сгорания, которые содержат летучую золу, частицы несгоревшего пылевидного топлива, серный и сернистый ангидриды, оксиды азота, газообразные продукты неполного сгорания, пылевые частицы различного состава, оксиды азота, оксиды серы, оксиды металлов, фтористые соединения, газообразные продукты неполного сгорания топлива [5]. Кроме того, при сжигании мазута образуются соли натрия, соединения ванадия, кокс, частицы сажи. Зола некоторых топлив содержит мышьяк, диоксид кремния, оксид кальция и т.д.

Перевод производства с твердого топлива на газовое приводит к значительному удорожанию производимой энергии и, тем не менее, не решает проблему загрязнения атмосферы. Использование жидкого топлива существенно уменьшает золообразование, но это мало снижает объемы образования выбросов окиси серы, поскольку мазуты, которые применяются в качестве топлива, содержат больше 2% серы. При сжигании газа в выбросах в больших количествах содержится оксид серы, а содержание оксида азота не меньше, чем при сжигании твердого топлива - угля.

Вредное воздействие выбросов. Помимо основных компонентов, образующихся при сжигании органического топлива, в выбросах ТЭС содержатся пылевые частицы, имеющие различный состав, оксиды азота и серы, оксиды металлов, фтористые соединения и газообразные продукты неполного сгорания топлива. Попадая в атмосферу, они наносят большой вред не только основным компонентам биосферы, но и предприятиям, другим объектам городского хозяйства, транспорту и местному населению. Но наибольший ущерб наносится здоровью человека.

Распространение перечисленных выбросов ТЭС в атмосферу зависит от скорости ветра, рельефа местности, высоты облачности, их перегрева относительно к температуре окружающей среды, фазового состояния и интенсивности осадков. Взаимодействие выбросов с туманом приводит к образованию устойчивого сильно загрязненного мелкодисперсного облака - смога, наиболее плотного у поверхности земли. Одним из видов воздействия ТЭС на атмосферу является все возрастающее потребление воздуха, необходимого для сжигания топлива [5].

Газообразные выбросы. В составе дымовых выбросов ТЭС содержатся вещества, которые относятся к категории вредных. Они несут существенную опасность для здоровья людей и окружающего животного и растительного мира. В зависимости от используемого топлива изменяется и состав вредных выбросов. Так, при сжигании твердых и жидких топлив выбрасываются вредные вещества в виде золы, сажи, оксидов серы (SO₂ и SO₃), окислов азота; при сжигании газа выбросы содержат окислы азота и сажу. Окислы азота в основном состоят из двуокиси азота (NO₂) [37].

Дымовые газы паровых котлов всегда содержат незначительные количества продуктов механического и химического недожога в виде коксовых частиц, летучих углеводородов, окиси углерода. В составе углеводородов присутствует сильнодействующее канцерогенное вещество бензапирен.

На рисунке 1.1 представлена структура выбросов загрязняющих веществ, состоящая из 27,5% оксидов азота, 36,5% диоксида серы, 3,40% оксида углерода, 31% твердых частиц (золы) и прочих - 1,7% [33].

Оксид углерода (СО) представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха. СО образуется в результате неполного сгорания топлива (угля, нефти, газа) в условиях низкой температуры и недостатка кислорода. При высоких концентрациях в воздухе СО оказывает неблагоприятное действие на организм человека - оксид углерода, соединяясь с гемоглобином крови, лишает организм кислорода и приводит к нарушению нервной системы.

Рисунок 1.1 - Структура выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от ТЭС, % [33]

Двуокись углерода СО₂ представляет собой бесцветный газ с кисловатым вкусом и запахом, продукт полного окисления углерода. Является одним из парниковых газов, поэтому увеличение его концентрации в атмосфере, приводит к возникновению так называемого «парникового эффекта». Окислы углерода почти не взаимодействуют в атмосфере с другими веществами и их время существования практически не ограничено [35].