Лекция 7. Газоочистка на ТЭС и АЭС и золоудаление на ТЭС

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

Вещество	Загрязняющие выбросы
суммарные, Гт/год	в том числе антропогенные
всего	в том числе от энергетики
%	Гт/год	Гт/год
Твердые частицы Оксиды серы Оксиды азота Оксид углерода Диоксид углерода	3—5,5 0,25—0,35 1,2—1,5 0,3—0,38 70—150	15—50 2 5—55 3—6 60—90 15—30	1—2,6 0,1—0,15 0,04— 0,08 0,2—0,35 15—25	0,1—0,5 0,01—0,1 0,015— 0,025 0,02—0,04 1—5

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

Вещество	Предельно допустимая концентрация, мг/м³
Максимальная разовая	Среднесуточная
Пыль нетоксичная	0,50	0,15
Сернистый ангидрид	0,50	0,05
Диоксид азота	0,085	0,085
Оксид углерода	3,0	1,0
Ванадия пентаоксид	—	2*10^-3
Бенз(а)пирен	—	1*10^-5

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