Дипломная работа: Выбор природоохранных технологий для предприятий энергоснабжения

- воздействие выбросов и изменение характера взаимодействия водных бассейнов и суши на свойства и структуру континентальных шельфов.

Основным фактором взаимодействия ТЭС на водную среду является потребление воды техническими системами водоснабжения станций, включая безвозвратное водопотребление. Основная часть расхода воды в таких системах используется на охлаждение конденсаторов поровых турбин. Остальные потребители технической воды, такие как системы золоудаления, шлакоудаления, химводоотчистки, промывки и охлаждения оборудования, потребляют порядка 7% общего расхода воды. Эти потребители воды одновременно являются главными источниками примусного загрязнения. Водный баланс теплоэлектростанций зависит от организации системы технического водоснабжения. Для систем гидро-золоудаления используют воду из системы охлаждения подшипников, а на химводоотчистку можно использовать циркуляционную воду после ее выхода из конденсаторов.

При промывке поверхностей нагрева котлоагрегатов ТЭС мощностью 300 МВт образуется около 10 тыс. м³ разбавленных растворов едкого натра, аммиака, соляной кислоты, солей железа, аммония и других веществ. Таким образом, воздействие ТЭС на водный бассейн зависит от конструкции подводящих и отводящих каналов, сбросных устройств, фильтров и др. [33].

Кроме выбросов в атмосферный воздух и водные бассейны, существует еще одна проблема, связанная с золоотвалами от угольных ТЭС, которые требуют значительные территории для их размещения и являются источником накопления тяжелых металлов и характеризуются повышенной радиоактивностью. Тяжелые металлы и радиация загрязняют окружающую среду воздушным путем или миграцией с грунтовыми водами.

При сбрасывании ТЭС в водоемы теплой воды, происходит ее загрязнение, поскольку возникает цепная реакция: водоем зарастает водорослями, в нем нарушается кислородный баланс, что в свою очередь влечет угрозу жизни всем его обитателям. Как отмечено ранее, с охлаждающей водой тепловые электростанции сбрасывают от 4 до 7 кДж теплоты, на 1 кВт/ч вырабатываемой электроэнергии. Но, в соответствии с санитарными нормами сбросы теплой воды с теплоэлектростанций не должны повышать температуру водоема больше, чем на 3^оС в летнее время и на 5^оС зимой. Земли, расположенные непосредственно вблизи водохранилищ тепловых электростанций, постоянно подвергаются потоплению вследствие повышения уровня грунтовых вод, что приводит к заболачиванию значительных территорий. Под действием теплой воды при формировании береговой линии разрушаются значительные участки почвы и происходит абразия. Абразионные циклы длятся в течение десятилетий, во время этого происходит переработка большого объема почвогрунтов, заиливание дна водоема, загрязнение воды.

Загрязняют водоемы, как и окружающую среду в целом, и сточные производственные воды ТЭС, которые содержат нефтепродукты. Такие воды теплоэлектростанция сбрасывает после химической промывки оборудования, поверхностей нагрева паровых котлов, систем гидрозолоудаления. Объемы загрязненных производственных сточных вод, содержащих нефтепродукты, не зависят от мощностей ТЭС и типов установленного оборудования. Тем не менее, на станциях, где применяется жидкое топливо, объемы производственных сточных вод немного выше. Их количество зависит, в том числе, от качества монтажа оборудования станции и условий его эксплуатации. Снижение количества нефтепродуктов, сбрасываемых в сточные воды, зависит от усовершенствования конструкции оборудования тепловых электростанций и соблюдения норм его эксплуатации. В том числе, применение отстойников и ловушек почти полностью исключает попадание таких стоков во внешнюю среду при условии технической исправности очистных сооружений.

Строительство золошлакоотвалов и водохранилищ обязательно сопутствуют такие процессы, как рытье котлованов, буровзрывные и другие виды работ, которые характеризуются распространением негативного воздействия на окружающую среду с горизонтальными масштабами от 1 до 10 км и вертикальными масштабами в десятки метров. Аварийные ситуации могут приводить к загрязнению артезианских вод большой горизонтальной протяженностью зоны загрязнения (до сотен километров), что зависит от площади депрессионных воронок водозаборов, а глубина зоны загрязнения таких вод может достигать сотен метров [17]. При эксплуатации ТЭС в случае нарушения герметичности ложа золошлакоотвалов и миграции загрязненных вод в водонесущие горизонты при может произойти катастрофическое загрязнение артезианских и грунтовых вод. Также возможными причинами загрязнения подземных вод могут быть проливы технологических растворов, мазута из топливных резервуаров, нарушение эксплуатацииподземных вод.

Зафиксированы случаи аварийного сброса загрязненных вод, горизонтальный масштаб загрязнения которых может достигать сотен километров, а вертикальный масштаб в таких ситуациях соответствует глубине водного объекта и составляет десятки метров. К чрезвычайным ситуациям с серьезными экологическими последствиями относится прорыв дамбы мокрых золошлакоотвалов, произошедший в США в 2008 году на предприятии «TVA Kingston» по складированию угольной золы [44]. В результате прорыва дамбы потоки отходов шлама загрязнили реки Клинч и Эмори бассейна рекиТеннеси [45].

Система технического водоснабжения ТЭС обеспечивает подачу большого количества холодной воды, идущую для охлаждения конденсаторов турбин. Системы водоснабжения делятся на прямоточные, оборотные и смешанные. В прямоточных системах водоснабжения вода насосами забирается из естественного источника (например, реки), проходит конденсатор и сбрасывается обратно. За это время вода нагревается на 8-12 °C, что приводит к изменению биологического состояния водоемов. В оборотной системе вода под воздействием циркуляционных насосов циркулирует и охлаждается воздухом. Охлаждение может происходить на поверхности водохранилища-охладителя или в искусственных сооружениях: градирнях или бассейнах.

Система химической водоподготовки производит химическую очистку и глубокое обессоливание воды, которая поступает в паровые турбины и паровые котлы, что обеспечивает отложения солей на внутренних поверхностях оборудования. Помимо этого, на ТЭС создают многоступенчатые системы очистки сточных вод, которые загрязнены маслами, нефтепродуктами, водами промывки и обмывки оборудования, талыми и ливневыми стоками.

Происходит также тепловое загрязнение воды при использовании охлаждения открытого типа. Экологические последствия теплового загрязнения характеризуются отрицательным воздействием на водные организмы, включая изменение их репродуктивных функций.

Потребление воды на ТЭС. На паротурбинных электростанциях выработка энергии связана с большими расходами воды, включая максимальное потребление на конденсацию пара, образующуюся в конденсаторах турбин. На КЭС удельный расход воды зависит от начальных параметров и составляет летом 0,125-0,42 м³/кВт/ч, и в зимний период 0,09-0,3 м³/кВт/ч. При условии, что расходы воды на конденсатор турбин принимаем за 100%, расходы воды другими потребителями ТЭС будут составлять следующие значения:

- газоохладители и воздухоохладители - 2,5-12,5%;

- добавочная вода на КЭС - 0,04-0,12%;

- добавочная вода на ТЭЦ - 0,5-0,8%;

- хозяйственные нужды - 0,03-0,05%;

- масляные холодильники - 1,2-3,5%;

- охлаждение вспомогательных механизмов - 0,7-1,0%;

- система ЗШУ - 2-6%;

- восполнение потерь в системах оборотного водоснабжения - 4-7 м.

Таким образом, на все остальные потребители дополнительный расход воды составляет около 10-30%.

1.3 Образование отходов

Современная энергетика привносит ощутимый вред окружающей природной среде, ухудшая условия жизни населения. Технология производства электрической энергии на тепловых электростанциях связана с большим количеством отходов, которые сбрасываются в окружающую природную среду. На сегодняшний день проблема влияния энергетики на природу является особенно острой, поскольку загрязнение окружающей среды, в частности гидросферы и атмосферы, увеличивается с каждым годом. Учитывая, что объемы энергопотребления постоянно растут, то соответственно и увеличивается негативное воздействие энергетики на природу.

В нашей стране в период становления энергетики прежде всего руководствовались целесообразностью экономических затрат, а сегодня все чаще при проектировании и эксплуатации объектов энергетики первоочередными являются вопросы их безопасности и влияния на экологию. ТЭС работают преимущественно на относительно дешевом органическом топливе - мазуте и угле, являющимися невосполнимыми природными ресурсами. Основными невосполнимыми энергетическими ресурсами страны, как и в целом мире, являются уголь, нефть и газ. На ТЭС при сжигании топлива образуются продукты сгорания, содержащие летучую золу, оксид азота, серный и сернистый ангидрид, частички несгоревшего пылевидного топлива, газообразные продукты неполного сгорания. При сжигании мазута образуются кокс, соли натрия, соединения ванадия, сажа. В золе некоторых других видов топлива содержится мышьяк, свободный диоксид кремния, свободный диоксид кальция. При переходе с твердого топлива на газовое значительно возрастает себестоимость вырабатываемой электроэнергии, но есть и положительные стороны, например: при использовании газа не образуются золы, но такой вариант не решает основную проблему - загрязнение атмосферы.

При сжигании газа, как и мазута, в атмосферу выбрасывается окись серы, а количество выбросов оксидов азота при сжигании газа не меньше, чем при сжигании мазута. Для ТЭС не хватает качественного топлива, поэтому большинство теплостанций вынуждено использовать топливо низкого качества, при сгорании которого в атмосферу вместе с дымом выбрасывается большое количество вредных загрязняющих веществ. Кроме этого, вредные вещества с золой попадают в почву. Продукты сгорания, при попадании в атмосферу, вызывают выпадение кислотных дождей, усиливая парниковый эффект, что очень неблагоприятно сказывается на экологической обстановке в целом.

На ТЭС при сжигании угля образуется большое количество золошлаковых отходов (ЗШО), которые негативно влияют на все компоненты окружающей среды. К самым главным экологическим проблемам, возникающим при образовании и размещении ЗШО на территории золошлакоотвалов, выделяют следующие:

- накопление токсичных элементов в продуктах сжигания угля;

- выброс токсичных загрязняющих микроэлементов в атмосферный воздух, загрязнение окружающей природной среды прилегающего района;

- расположение золошлакоотвалов вблизи крупных городов (а часто и в черте города);

- загрязнение тяжелыми металлами, токсичными элементами подземных и поверхностных источников, почвы, земли при размещении и хранении золошлаковых материалов на золошлакоотвале;

- использование в большинстве электростанций технологического оборудования, которое не отвечает требованиям экологической безопасности;

- отчуждение больших территорий под строительство золошлакоотвалов для размещения ЗШО;

- низкий процент утилизации золошлаковых отходов в качестве товарной продукции.

К отрицательным последствиям влияния ЗШО также относятся:

- отчуждение территорий для размещения ЗШО;

- изменение рельефа, деформация поверхности;

- загрязнение тяжелыми металлами, токсичными элементами;

- пыление золошлакоотвалов при транспортировке, складировании, ветровой эрозии;

- загрязнение дымовыми газами;

- снижение плодородия почв, урожайности сельскохозяйственных культур;

- изменение биоразнообразия;

- сокращение численности видов лесов, животных, биоты, растительности, ихтиофауны;

- выброс токсичных микроэлементов в атмосферный воздух, загрязнение окружающей природной среды прилегающего района;

- загрязнение тяжелыми металлами, токсичными элементами подземных и поверхностных водных источников, почвы, земли при складировании, хранении ЗШО на золошлакоотвале;

- использование многими ТЭС технологического оборудования, которое не отвечает требованиям экологической безопасности;

- малый процент утилизации ЗШО в качестве товарного вторичного сырья.

В таблице 1.1 представлен химический состав золы, выбрасываемой котельней ТЭС.

Таблица 1.1 - Химический состав золы [16]

Из таблицы видно, что зола, образующаяся в процессе работы котельной ТЭС, в своем составе содержит следующие химические соединения: в преобладающем количестве содержится оксид кремния (SiO₂) - 47,0% и оксид кальция (CaO) - 26,6%. Несколько меньше окиси алюминия (Al₂O₃) - 13,0% и окиси железа (Fe₂O₃) - 8%. Еще меньше содержится окисей магния (5%), калия и натрия (по 0,5%). Микроэлементный состав в золе приведен в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Содержание микроэлементов в золе [16]