Вредные выбросы ТЭС

Современный этап научно-технической ре­волюции характеризуется широким вовлече­нием в сферу человеческой деятельности всех основных ресурсов оболочки Земли. В табл. 7.1 приведены данные о загрязняющих вы­бросах веществ в мировом масштабе в атмос­феру в целом и в том числе в результате че­ловеческой деятельности (антропогенных).

Таблица 7.1. Вредные выбросы

Из таблицы следует, что из общих антропогенных выбросов на долю энергетики приходится около 20 – 30%.

Тепловые электростанции оказывают существенное влияние на состояние воздушного бассейна в районе их расположения. Выбросы АЭС в атмосферу при нормальной эксплуатации невелики, однако существенное значение приобретают вопросы удаления, транспортировки и захоронения радиоактивных отходов, а также радиоактивные выбросы аварийных ситуациях. На рис. 7.1 показаны основные источники выбросов вредных веществ ТЭС, оказывающих влияние на состояние атмосферы в районе ее расположения. Потребляя огромное количество топлива и воздуха, котельная установка ПК выбивает в атмосферу через дымовую трубу продукты сгорания, содержащие оксиды угле­рода СО_x, сернистый ангидрид SO₂, оксиды азота NO_x.

Рис. 7.1. Схема взаимодействия ТЭС с атмосферой

Основное количество углерода выбрасыва­ется в форме СO₂ и не относится к числу токсичных компонентов, но в глобальном мас­штабе может оказывать некоторое влияние на состояние атмосферы и даже климат пла­неты. Оксид углерода СО является токсичным компонентом, однако при рационально пост­роенном процессе горения в топке парового котла он содержится в незначительном коли­честве.

Главными компонентами, определяющими загрязнение атмосферы в районе расположе­ния ТЭС, являются сернистый ангидрид SO₂ и оксиды азота NO и NO₂. В топочной каме­ре образуется в основном моно оксид азота. Однако при движении в атмосфере происхо­дит частичное до окисление, вследствие чего расчет обычно ведут на наиболее токсичный диоксид азота.

Следующим важным компонентом, загряз­няющим атмосферу в районе расположения ТЭС, работающих на твердых топливах, яв­ляется летучая зола, не уловленная в золо­уловителе (ЗУ). Уловленная зола направляется на золоотвал, на сооружение которого отво­дится значительная часть полезной террито­рии, причем в процессе хранения золы неко­торая ее часть уносится в атмосферу (пыление золоотвалов). Поступление пыли в атмос­феру может наблюдаться также со складов твердого топлива.

В атмосферу поступает вся теплота, вне­сенная топливом либо на самой ТЭС, либо у потребителей энергии. Главная часть (око­ло 50%) теплоты топлива удаляется через охлаждающие устройства циркуляционной воды (БГ — башенная градирня). В случае прямоточного водоснабжения теплота с цир­куляционной водой сбрасывается в гидросфе­ру (реки, озера); 5—7% теплоты удаляется с дымовыми газами из дымовой трубы. Ос­тальное количество теплоты выделяется у по­требителей электроэнергии и теплоты.

В районе расположения крупной ТЭС в воздушный бассейн попадают шумы в ос­новном от источников, расположенных на от­крытом воздухе. Сюда относятся периодиче­ские сбросы пара через предохранительные клапаны (ПРК), постоянный шум от повышаю­щих трансформаторов (Тр), градирен. Особен­но вреден шум от осевых дымососов (Д), кото­рый может распространяться на большой район, и из устья дымовой трубы (ДТ).

На окружающую среду могут оказывать некоторое влияние электромагнитные поля высоковольтных линий электропередачи меж­ду ТЭС и потребителями электроэнергии.

Минздравом СССР установлены предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, которые являются практически безвредными для людей, живот­ных, растительности (табл. 7.2). Максималь­ная разовая норма относится к 20-минутному времени отбора пробы, среднесуточная — к 24 ч. Поскольку максимум концентрации вредных веществ перемещается по террито­рии в зависимости от направления ветра, стратификации (состояния) атмосферы, а зна­чение максимума зависит от режима работы оборудования, погодных и других факторов, усредненные по времени значения оказыва­ются во много раз меньше максимальных ра­зовых.

Таблица 7.2. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе

Дымовые трубы ТЭС

Весьма ответ­ственным устройством в системе охраны био­сферы от вредных выбросов ТЭС являются газоотводящие устройства - дымовые трубы. Природоохранные мероприятия в отношении уменьшения концентрации токсичных веществ включают две обязательные стадии - очистка в возможных пределах дымовых газов в газо­очистных устройствах ТЭС и последующее рассеивание остаточных вредностей за счет турбулентной диффузии в больших объемах атмосферного воздуха.

Минимально допустимая высота трубы h, при которой обеспечивается необходимое рас­сеивание вредных веществ для получения ре­гламентированных ПДК при нескольких тру­бах одинаковой высоты и наличии фоновой загазованности С_ф от других источников такой же вредности, рассчитывается по формуле:

Здесь А - коэффициент, зависящий от темпе­ратурной стратификации атмосферы для не­благоприятных метеорологических условий, определяющий условия вертикального и гори­зонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе.

М - количество вредного вещества на ТЭС, выбрасываемого в атмосферу, г/с. С учетом суммирования вы­бросов серы и азота:

F - безраз­мерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе.

n и m — безразмерные коэффициенты, учиты­вающие условия выхода газовоздушной смеси из устья выброса.

z — число одина­ковых дымовых труб.

- разность между тем­пературой выбрасываемых газов Т и средней температурой воздуха T_в, в качестве которой принимается средняя дневная температура самого жаркого месяца в 14 ч по летнему времени.

V — объем дымовых газов ТЭС, м³/с.

Скорость в устье дымовой трубы ω₀ выби­рается на основании технико-экономических расчетов, и обычно она лежит в зависимости от высоты трубы в следующих пределах:

Высота трубы, м: 120 150 180 240 330

Скорость газов на выходе, м/с: 15 - 25 20 - 30 25 - 35 30 - 40 35 - 45

Диаметр устья трубы находится по выражению:

В России дымовые трубы стандартизованы. Высота дымовых труб h выбирается с шагом 30 м из ряда 120, 150, 180, 210, 240, 270. 300, 330, 360, 390, 420, 450 м. Внутренние диаметры устья дымовых труб имеют следующие значения: 6,0; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12,0; 13,8 м.

Рис. 7.2. Дымовая труба ТЭС:

1— калорифер; 2 — вентилятор: 3 — вентиляционный канал; 4 — железобетонный ствол; 5 — футе­ровка; 6 — вентиляционные окна; 7— помещение КИП; 8—фун­дамент