«УДК 620.9 ББК 31.27 С78 Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине Методы и средства энергои ресурсосбережения подготовлен в рамках инновационной образовательной программы Создание инновационного центра ...»

Высота, ход и периодичность приливов в большинстве прибрежных районов хорошо описаны и проанализированы благодаря потребностям навигации и океанографии. Поведение приливов может быть предсказано достаточно точно, с погрешностью менее 4 %. Таким образом, приливная энергия оказывается весьма надежной формой возобновляемой энергии.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -126ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ При ее преобразовании возникают и определенные неудобства.

1. Несовпадение основных периодов возникновения приливов (12 ч 25 мин и 24 ч 50 мин), связанных с движением Луны, с привычным для человека периодом солнечных суток (24 ч), в связи с чем оптимум приливной генерации находится не в фазе с потребностями в энергии.

2. Изменение высоты прилива и мощности приливного течения с периодом в две недели, что приводит к колебаниям выработки энергии.

3. Необходимость создания потоков воды с большим расходом при сравнительно малом перепаде высот, что заставляет использовать большое число турбин, работающих параллельно.

4. Очень высокие капитальные затраты на сооружение большинства предполагаемых ПЭС.

5. Потенциальные экологические нарушения и изменения режимов морских районов.

Для оптимизации выработки электроэнергии турбины ПЭС должны использоваться в нескольких режимах, выбор которых зависит от необходимой в данный момент мощности, от потребностей и возможностей других производителей электроэнергии. Существует много вариантов режимов, но используются главным образом следующие.

1. Если ПЭС построена для обеспечения местных потребностей в энергии, то необходимы страхующие энергоустановки, подключаемые в период угасания приливов.

2. Если ПЭС включена в крупную энергосеть и является сравнительно небольшим источником в масштабах сети, то заранее определенные вариации приливной энергии могут быть приспособлены к потребностям энергосети.

3. Если требования в приливной энергии не связаны жестко с солнечным периодом, то приливную энергию можно использовать в естественном режиме.

Затраты на вырабатываемую приливными станциями электроэнергию могут быть снижены:

1) если станция будет решать несколько комплексных задач;

2) если вырабатываемая электроэнергия используется для снижения потребления дорогого дизельного топлива.

При сочетании таких экономических показателей наилучшими оказываются крупномасштабные ПЭС (мощностью порядка 1000 МВт). Но и менее крупные станции, предназначенные для снабжения удаленных районов, также могут оказаться экономически выгодными.

Экономический потенциал гидравлической энергии в мире оценивается в 8100 ТВт ч. Установленная мощность всех гидростанций составляет 669 ГВт, а вырабатываемая электроэнергия – 2691 ТВт ч. Таким образом, экономический потенциал используется на 33 %. В России экономический Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -127ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ потенциал гидроэнергии составляет 600 ТВт ч и используется на 26 % (157,5 ТВт ч). Установленная мощность ГЭС России оценивается 43 940 МВт.

Доля малых и микроГЭС в экономическом потенциале составляет примерно 10 %. Его используют только на 0,5 %. Это обусловлено сокращением числа малых ГЭС с 5000 в 50-х до 300 в 90-х гг. XX в. Сейчас начинается процесс восстановления разрушенных и строительство новых малых и микроГЭС.

Мировым лидером в малой гидроэнергетике является Китай, где с 1950 по 1996 г. общая мощность малых ГЭС выросла с 5,9 до 19 200 МВт. В ближайшем десятилетии в Китае планируется строительство более 40 000 малых ГЭС с ежегодным вводом до 1000 МВт. В Индии на конец 1998 г. установленная мощность малых ГЭС (единичной мощностью до 3 МВт) составляла 173 МВт и в стадии строительства находятся ГЭС общей мощностью в МВт. Определены места строительства еще около 4000 станций с общей проектной мощностью 8370 МВт. Эффективно работают малые ГЭС в ряде европейских стран, в том числе в Австрии, Финляндии, Норвегии, Швеции и др.

В последние годы рядом специализированных организаций России разработаны схемы использования гидроресурсов и определены первоочередные объекты возможного строительства с учетом нужд потребителей и дефицита энергопотребления, проведено обследование состояния существующих сооружений малых гидроэлектростанций (МГЭС) и определена возможность их восстановления или реконструкции.

НТА «Прогрессэлектро», отдел электроэнергетических проблем Российской академии наук и АО «Гидропроект» (г. Санкт-Петербург) разработали программу строительства на реках Камчатки малых ГЭС.

Разработчики предложили до 2010 г. построить на Камчатском полуострове 20 малых ГЭС. В первую очередь намечено ввести в эксплуатацию шесть ГЭС общей установленной мощностью 50,2 МВт. Эти электростанции будут возводиться на реках, где не развито промысловое рыболовство, или же они будут строиться без плотин.

Вторая очередь строительства охватывает период до 2008 г. За это время будут введены в строй еще 11 ГЭС общей мощностью 132,8 МВт. При проектировании также будут максимально отрабатываться вопросы экологии и сохранения рыбных запасов. С 2008 г. по 2010 г. завершится строительство еще трех ГЭС, суммарная мощность которых составит 300 МВт.

Эффективное использование вводимых энергетических мощностей возможно только в комплексе развития сети линий электропередачи. Поэтому программа предусматривает строительство десяти ЛЭП напряжением 35–220 кВ, общей протяженностью 490 км. Как только малые ГЭС первой очереди начнут входить в строй, жители Камчатки смогут более продуманно подходить к использованию близлежащих природных богатств. Очень скоро они почувствуют немалые выгоды, которые принесет им ликвидация лимитов на электроэнергию. Они свободно смогут разрабатывать небольшие, но имеющие коммерческий спрос залежи полезных ископаемых или же создавать в леспромхозах комплексы по переработке древесины, утилизовать отходы этой Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -128ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ переработки и т. д. Сооружение ГЭС будет сопровождаться развитием дополнительных объектов инфраструктуры: на полуострове появятся карьеры, жилье, производственные здания, мастерские, склады, линии связи и электропередачи, автодороги и пр. Все это может быть использовано в интересах жителей близлежащих районов.

По использованию располагаемых гидроресурсов МГЭС можно условно разделить на следующие основные группы:

новое строительство русловых, приплотинных или деривационных МГЭС с водохранилищами суточного или сезонного регулирования;

восстановление или реконструкция ранее действовавших гидроузлов;

утилизация существующих перепадов уровней в водохозяйственных объектах (ирригация, водоснабжение, судоходные сооружения, плотины и запруды в зонах отдыха) или технологических процессах (сбросы бытовых и промышленных очищенных стоков, отепленных вод ТЭС, гидросооружения водоснабжения тепловых и атомных станций и промышленных предприятий);

использование скоростной энергии свободного течения больших и малых рек, в том числе в условиях ледостава.

В связи с сокращением объемов крупного гидроэнергетического строительства в России предприятия, традиционно производившие гидроэнергетическое оборудование, частично переориентировали свое производство на нужды малой гидроэнергетики.

Одновременно в ряде промышленных центров возникли малые предприятия и акционерные компании, в том числе в рамках конверсии, производящие оборудование для МГЭС. Тем самым снята декларировавшаяся в течение ряда лет проблема с приобретением оборудования для МГЭС за рубежом.

В настоящее время в России может быть обеспечена потребность внутреннего рынка с полностью автоматизированными гидроагрегатами единичной мощностью до 1000 кВт на напоры до 500 м, по индивидуальным разработкам могут быть изготовлены агрегаты значительно большей мощности.

Номенклатура электрогенераторов также позволяет укомплектовать серийными машинами гидроагрегаты мощностью до 1000 кВт.

Стоимость комплектных гидроагрегатов мощностью свыше 100 кВт в зависимости от располагаемого напора составляет 200–400 долл. за 1 кВт установленной мощности.

В соответствии с разработанной в 1993 г. программой строительства малых ГЭС в России до 2010 г. может быть введено около 800 МВт установленных мощностей с выработкой электроэнергии свыше 3000 МВт · ч/год.

Распределение вводимых мощностей – техническое перевооружение, восстановление, модернизация списанных и законсервированных МГЭС – 250 МВт;

новое строительство в районах изолированного энергоснабжения – 200 МВт.

Наибольшие гидроресурсы и гидроузлы, подлежащие техническому перевооружению, находятся в следующих энергосистемах (мощности приведены округленно): АО «Краснодарэнерго» (45 МВт), АО «Ставропольэнерго» (100 МВт), АО «Каббалкэнерго» (115 МВт), АО «Севкавказэнерго» ( МВт), АО «Дагэнерго» (60 МВт), АО «Ростовэнерго» (65 МВт), АО «ХабаМетоды и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -129ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ровскэнерго» (70 МВт), АО «Карелэнерго» (75 МВт), АО «Красноярскэнерго»

(25 МВт).

Эта программа в зависимости от экономических условий и спроса на объекты малой гидроэнергетики может быть уточнена и существенно расширена.

Основными проблемами остаются относительно высокая себестоимость оборудования и строительно-монтажных работ, отсутствие средств у заказчиков в условиях прекращения государственной поддержки развития энергетической отрасли.

Стоимость сооружения МГЭС «под ключ» составляет от 100 до 400 % стоимости оборудования в зависимости от типа сооружения и количества агрегатов на станции. Такие стоимости бесперспективны для большинства заказчиков в регионах, где энергия малых рек могла бы обеспечить основные потребности. Предварительный маркетинг показывает, что цена электроэнергии МГЭС должна определяться из условия стоимости» 1 т у. т. не более 200 долл. в регионах децентрализованного энергоснабжения или 4–5 центов за 1 кВт · ч в регионах централизованного энергоснабжения с дефицитом электроэнергии.

2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Энергетические объекты могут отрицательно воздействовать на окружающую среду, загрязняя ее. Так, неконтролируемые выбросы в атмосферу хлорсодержащих газов и окислов азота истощают и разрушают озоновый слой, что ведет к увеличению поступающего на Землю биологически вредного солнечного ультрафиолетового излучения.

Ниже приведен перечень рекомендованных Международным бюро по защите окружающей среды приоритетных мероприятий в области энергетики, направленных на снижение отрицательного воздействия на атмосферу [31].

• Более эффективное производство, передача и распределение энергии.

• Уменьшение энергоемкости обработки основных материалов.

• Внедрение энергоэффективных моторов и приводов.

• Повышение эффективности освещения и водяного отопления и, как следствие, снижение потребления первичного топлива.

• Использование возобновляемых видов энергии, и в частности фотоэлектрической, солнечно-тепловой, ветровой.

• Производство биомассы для замены ископаемого твердого топлива, газификация биомассы.

• Внедрение совершенных, энергоэффективных газотурбинных циклов.

• Развитие малой гидроэнергетики.

• Переход на природный газ.

• Переработка городских и сельских отходов.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -130ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Одним из направлений экологизации энергосбережения может быть проведение совместного эколого-энергетического аудита и экспертизы и соблюдение экологического законодательства в области энергосбережения.

Как видим, взаимосвязь экологии и энергосбережения выражается простой формулой: экономишь энергию – уменьшается отрицательное воздействие на окружающую среду.

2.5.1. Невозобновляемые источники энергии и окружающая среда Объекты энергетики, где в качестве первичной энергии используется углеводородное топливо, являются источниками вредных выбросов в окружающую среду. В процессе горения топлива наряду с выделением тепловой энергии с отходящими газами выбрасывается ряд веществ, оказывающих отрицательное воздействие на биосферу (табл. 2.19).

Воздействие на окружающую среду оказывают также и другие газы, поступающие в атмосферу: пар, метан, хладагенты.

Диоксид серы (SO2) Оказывает влияние на процессы окисления, разрушает материалы и вредно воздействует на здоровье человека (раздражает слизистую оболочку дыхательных путей) Оксид азота (NOX) Оказывает вредное воздействие на здоровье человека и способствует образованию парникового эффекта и разрушению Моноксид углерода (СО) Выделяется в результате неполного сгорания топлива.

Взаимодействует с другими веществами и оказывает разнообразное вредное воздействие (угарный газ) Углекислый газ (СО2) Образование СО2 – необходимое условие процесса горения (производства энергии). Экологические законы ограничивают уровень выбросов СО2 (Киотский протокол 1997 г.).

Твердые частицы Включают сажу и другие несгоревшие материалы. Переносят тяжелые металлы и углеводороды. Могут являться источником выбросов в атмосферу радионуклидов при сжигании древесины из чернобыльской зоны Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -131ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Наиболее эффективным способом снижения вредных выбросов в атмосферу является уменьшение объема сжигаемого топлива за счет рационального использования вторичной энергии. Таким образом, энергосбережение способствует улучшению экологии окружающей среды.

Рассмотрим некоторые пути снижения потребления топлива.

Утилизация тепловых энергетических отходов непосредственно связана с экологическими мероприятиями, так как за счет этого достигается снижение вредных выбросов пропорционально сэкономленному топливу. Особенно наглядной и ощутимой является организация оптимальных топочных процессов и утилизации сбросной теплоты в промышленных печах, котельных установках и на других объектах энергетики. Рассмотрим некоторые аспекты данного направления. Ископаемое топливо пока остается преобладающим источником энергии, получаемой в форме теплоты при его сжигании. Исследования, проведенные в Дании, показывают, что комбинированное в снижении выбросов СО2. При этом снижение выбросов СО2 в среднем составляет 500 кг/МВт · ч при производстве 1 МВт ч электроэнергии по комбинированному циклу в сравнении с раздельным производством электрической и тепловой энергии на ТЭС и в котельных. Кроме диоксида углерода уменьшается количество вредных выбросов SO2 и NOX (рис. 2.9).

Уменьшение выбросов NOx может быть также достигнуто путем подмешивания части отходящих дымовых газов к воздуху, подаваемому на горение. Для этого следует организовать рециркуляцию дымовых газов.

Рис. 2.9. Влияние технологии производства теплоты и электроэнергии Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -132ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Внутреннее использование тепловых энергетических отходов в котельных установках и промышленных печах для подогрева питательной воды и предварительного подогрева первичного воздуха до 200–400 °С дает реальную экономию топлива. Так, при подогреве воздуха реальная экономия топлива в среднем может достигать 25 % (рис. 2.10).

Рис. 2.10. Экономия топлива за счет подогрева первичного воздуха Поддержание оптимального состава топливовоздушной смеси позволяет достичь максимально возможной температуры горения, что снижает потребление топлива. При увеличении коэффициента избытка воздуха до температура горения уменьшается на 40 % (рис. 2.11).

Кроме того, при избытке воздуха дополнительное потребление топлива возрастает до 25 % в зависимости от температуры отходящих газов. Оптимальный состав топливо-воздушной смеси можно поддерживать с помощью горелок с автоматическим управлением. Для этого дополнительно применяются системы сбора информации о химическом составе отходящих дымовых газов, ее обработка и на этой основе осуществляется автоматическое регулирование.

Контроль эффективности сгорания топлива базируется на измерении содержания СО2 в отходящих дымовых газах. Считается, что при оптимальном сгорании природного газа получается от 8 до 9,5 % СО2, а при сгорании мазута – от 10 до 12,5 %.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -133ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Рис. 2.11. Влияние коэффициента избытка и подогрева воздуха Вместе с тем данные значения концентраций углекислого газа могут быть зафиксированы как при полном сгорании топлива ( > 1), так и при его недожоге ( < 1), т. е. возможна неоднозначность определения эффективности сжигания топлива на основе измерения только СО2. Поэтому рекомендуется дополнительно измерять в отходящих дымовых газах и содержание кислорода. Для оптимального режима горения оно должно иметь минимальное значение.

Сжигание топлива с повышенной влажностью требует дополнительного избытка воздуха, что приводит к снижению температуры в зоне горения, а следовательно, и эффективности процесса горения (рис. 2.12). Подогрев же первичного воздуха до 200 °С обеспечивает повышение температуры горения на 7 %.

Значительным источником вредных выбросов является транспорт.

В некоторых странах на производство топлива для транспорта расходуется до 50 % потребляемой нефти. Автомобильные выхлопные газы содержат такие вредные вещества, как окись углерода, летучие органические соединения, окись азота и свинец. Ядовитые выхлопные газы и свинец отрицательно влияют на нервную систему человека. Разработка технологий производства чистого горючего и улучшенных двигателей с минимальным потреблением топлива позволяет уменьшить загрязнение от транспортных средств. Количество потребляемого топлива транспортными средствами, как и в энергетике, зависит от оптимального состава топливовоздушной смеси.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -134ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Рис. 2.12. Влияние влажности древесного топлива и предварительного подогрева воздуха Снижение потерь теплоты через ограждения агрегатов и устройств, которые используются при ее производстве, транспортировке и потреблении, также уменьшает расход топлива. Любые потери теплоты требуют компенсации, так как потребитель должен получить необходимое количество энергии для проведения технологических процессов или создания комфортных условий для работы, учебы, отдыха.

Уменьшение потребления энергии может быть достигнуто и за счет совершенствования технологических процессов, использования современного основного и вспомогательного энергосберегающего оборудования.

2.5.2. Снижение вредного воздействия энергетических процессов Снижение выбросов окислов серы на теплоэлектростанциях. Одним из главнейших токсичных компонентов, содержащихся в органических топливах и оказывающих существенное влияние на окружающую среду в районе расположения ТЭЦ, является сера. Различные топлива существенно отличаются по содержанию серы. В России вопросы снижения выбросов окислов серы являются весьма актуальными Уменьшение выбросов сернистых соединений в атмосферу может идти по трем направлениям:

1) очистка нефтяного топлива от серы на нефтеперерабатывающих заводах;

2) переработка топлива на ТЭС до его сжигания с целью получения малосернистого газа;

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -135ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли 3) очистка дымовых газов от окислов серы.

Сера содержится в нефти в основном в виде сложных полигетероциклических соединений. Эти соединения малоактивны и обладают высокой термостабильностью, в связи с чем их трудно разрушить воздействием кислот или щелочей. Поэтому для выделения серы топливо до сжигания либо подвергается воздействию высоких температур, либо этот процесс сочетается с воздействием химических веществ.

При переработке нефти на нефтеперерабатывающих заводах в легкие фракции переходит небольшое количество серы, а подавляющая часть сернистых соединений (70–90 %) концентрируется в высококипящих фракциях и остаточных продуктах, входящих в состав мазута.

Удаление серы из нефтяных топлив можно осуществить гидроочисткой.

При этом происходит взаимодействие водорода с сероорганическими соединениями и образуется сероводород H2S, который затем улавливается и может использоваться для получения серы и ее соединений. Процесс протекает при температуре 300–450 °С и давлении до 10 МПа в присутствии катализаторов – окислов молибдена, кобальта и никеля.

Гидроочистка фракций нефти в настоящее время достаточно хорошо разработана и экономически эффективна. Процесс гидроочистки остаточных нефтепродуктов осложнен тем, что присутствующие в них металлоорганические соединения отравляют дорогостоящие катализаторы и уменьшают длительность работы очистительной аппаратуры в связи с необходимостью частой замены катализатора. К тому же при очистке остаточных продуктов резко возрастает расход водорода. Количество водорода, получаемого как побочный продукт при нефтепереработке, становится недостаточным, и возникает необходимость в сооружении специальных дорогих установок для его генерации. Все это ведет к существенному удорожанию процесса обессеривания.

2.5.3. Переработка сернистых топлив перед сжиганием на ТЭС Удаление серы из твердого топлива. Сера в твердом топливе содержится в трех формах: в виде включений колчедана FeS2, серы, входящей в состав молекул органической массы топлива, и сульфатной серы.

В результате простейшего обогащения угля можно удалить только колчеданную серу, используя большую ее плотность по сравнению с остальной массой угля. Отделение колчедана дает ощутимый эффект, если колчеданная сера составляет значительную величину от общей серы и вкрапления колчедана достаточно крупны. Отсепарированный колчедан может быть использован для получения серной кислоты.

Для отделения от угля колчеданной и органической серы может быть применено гидротермическое обессеривание углей, заключающееся в обработке измельченного топлива в автоклавах при давлении 1,75 МПа и температуре около 300 °С щелочными растворами, содержащими гидраты окисей натрия и калия. При этом получается уголь с весьма малым содержанием сеМетоды и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -136ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли ры, который отделяется от жидкости центрифугированием и затем сушится.

Жидкость, содержащая сульфиды натрия и калия, регенерируется в результате обработки углекислотой, а из получающегося при этом сероводорода извлекается элементарная сера.

Связывание серы в кипящем слое. Топливо может сжигаться в кипящем слое частиц размолотого известняка, в который погружены поверхности нагрева котла для интенсивного охлаждения. Подобный способ сжигания может использоваться для жидкого, твердого и газового топлив, содержащих серу. При температуре около 900 °С происходит диссоциация СаСО3 на СО и СаО, а в реакцию с серой вступает СаО, образуя в конечном итоге CaSO4 – сульфат кальция. Очистка топлива от серы при этом может составлять около 90 %.

Часть кипящего слоя, поглотившего серу топлива, подается пневмотранспортом на регенерацию. При температуре 1000–1500 °С под беспровальную решетку подаются продукты сгорания, поддерживающие температуру в слое на уровне 1000–1100 °С.

Газообразные продукты содержат до 10 % сернистого ангидрида, который может быть использован для производства серной кислоты. Регенерированная окись кальция возвращается в топочное устройство котла.

Этот способ имеет существенные недостатки, препятствующие его широкому применению на ТЭС: требуется создание принципиально новых конструкций котлов, организация установок для приготовления фракций известняка, создание установок по регенерации сернистых соединений кальция, улавливание твердых частиц, уносимых из кипящего слоя, пневмотранспорт амбразивных материалов и др.

Удаление серы из жидкого топлива. Снижение сернистости сжигаемого топлива можно осуществить, подвергая его воздействию высоких температур с использованием окислителей (газификация) или без них (пиролиз).

Процесс газификации осуществляется в условиях высоких температур (900–1300 °С) при ограниченном доступе кислорода. В результате реакции образуется газ, горючими компонентами которого являются метан и его гомологи, окись углерода и водород. Из серы топлива при этом образуется сероводород, который является более активным по сравнению с SO2 и должен быть удален перед поступлением горючего газа в топку котла.

При комплексном энерготехнологическом использовании топлива, когда возникает задача получения из топлива химического сырья и чистого энергетического топлива, для термического разложения мазута можно использовать высокотемпературный пиролиз с последующей газификацией твердого продукта (нефтяного кокса).

Пиролиз мазута происходит при его нагревании до температуры 700– 1000 °С без доступа окислителя, например путем непосредственного контакта распыленного мазута с теплоносителем, находящимся либо в неподвижном, либо в движущемся состоянии.

В качестве теплоносителя используются твердые вещества в мелкозернистом и пылевидном состоянии: кварцит, нефтяной кокс, а также водяной пар.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -137ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли При высокотемпературном пиролизе мазут нагревается при контакте с теплоносителем за 0,02–0,40 с до температуры 760–920 °С. Образующийся горючий газ очищается от сернистых соединений и других нежелательных примесей и используется в качестве чистого энергетического топлива. Жидкие конденсирующиеся смолопродукты разделяются при охлаждении на легкие и тяжелые фракции. Легкие фракции используются в качестве химического сырья, а тяжелые подвергаются повторному пиролизу. Образовавшийся водяной газ после сероочистки используется в качестве чистого энергетического топлива.

Для пиролиза мазута, сырой нефти и тяжелых нефтяных остатков может также использоваться жидкий теплоноситель – расплавы солей, шлака и т. д.

Очистка горючих газов от сероводорода. В отличие от продуктов сгорания, где сера содержится в виде окислов SO2 и SO3, при термической переработке топлива сера топлива переходит в газ в основном виде сероводорода.

Очистка газа от сероводорода обычно осуществляется абсорбцией. Эффективным абсорбентом является моно- и диэтаноламин.

Абсорбция сероводорода может быть также проведена растворами солей щелочных металлов. Газ промывается раствором в противоточном абсорбере, где происходит реакция поглощения сероводорода. Раствор регенерируется продувкой сжатым воздухом. Подача воздуха приводит к понижению концентрации сероводорода в растворе.

Некоторые преимущества имеет вакуумный вариант процесса. Полнота извлечения составляет около 90 %. Имеются другие способы мокрой очистки газов от сероводорода (фенолятный, гликольаминовый, фосфатный и др.).

Несмотря на простоту и эффективность мокрых методов очистки горючего газа от сероводорода, все они связаны с его охлаждением до температуры 30 °С, что вызывает дополнительные тепловые потери. Некоторые перспективы имеют сухие методы очистки при высокой температуре газа. Для этого может быть использована, например, железная руда. При контакте с сероводородом гидроокись железа переходит в сульфиды железа. Образующиеся ферросульфиды затем регенерируются в процессе выжига в присутствии водяного пара с образованием элементарной серы.

Очистка продуктов сгорания от окислов серы. Методы очистки дымовых газов могут быть подразделены на сухие и мокрые, а также действующие по схеме с использованием и без использования улавливаемой двуокиси серы. Технико-экономические расчеты показывают, что с увеличением содержания серы в топливе и соответственно концентрации двуокиси серы в дымовых газах увеличивается целесообразность применения способов с использованием двуокиси серы, и, наоборот, когда в топливе содержится относительно небольшое количество серы, а очистка дымовых газов все же требуется, экономически более оправданной является очистка газов без использования улавливаемой двуокиси серы. Такая закономерность объясняется тем, что с уменьшением содержания серы в топливе количество очищаемых газов остается постоянным, а количество производимой в результате очистки серной кислоты или какого-либо другого реализуемого продукта соМетоды и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -138ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли кращается. В связи с этим капиталовложения в сероулавливающие установки и эксплуатационные расходы на очистку практически мало изменяются, а суммы, полученные от реализации продукции, уменьшаются.

Сухой известняковый способ очистки дымовых газов от окислов серы.

Сущность этого способа заключается в добавлении к сжигаемому твердому топливу перед его размолом известняка или доломита в количестве, примерно в 2 раза стехиометрически превышающем содержание серы в исходном топливе. Смесь угольной пыли с молотым известняком подается в горелочные устройства. В топке при горении угольной пыли известняк – углекислый кальций – диссоциирует на углекислоту и окись кальция, а последняя, двигаясь вместе с продуктами сгорания по газоходам котлоагрегата, взаимодействует с серным и сернистым ангидридами, образуя в конечном итоге сульфат кальция. Сульфат кальция совместно с золой и непрореагировавшей окисью кальция улавливается в обычных золоуловителях, например электрофильтрах.

Сухой известняковый способ очистки дымовых газов от окислов серы является технологически наиболее простым и требует наименьших капиталовложений.

Отрицательным является образование прочных отложений золы и сульфата кальция на поверхностях нагрева, расположенных в газоходах котлоагрегатов, где температура порядка 700–1000 °С. Эти отложения препятствуют нормальной работе котлоагрегатов, снижая их паропроизводительность по сравнению с номинальной, и требуют применения эффективных средств поддержания поверхностей нагрева в чистом состоянии. Малая эффективность очистки дымовых газов от окислов серы и значительное ухудшение эксплуатационных показателей работы котлоагрегатов являются причиной отказа от применения этого наиболее простого и дешевого по капитальным затратам способа очистки газов.

Применение мокрых способов очистки дымовых газов от окислов серы.

В соответствии с существующим санитарным законодательством эффект работы установок по очистке дымовых газов от вредных примесей следует оценивать по изменению их концентрации в атмосферном воздухе в районе расположения ТЭС на уровне дыхания человека. Такая оценка при наличии в очищаемых газах нескольких вредных примесей однонаправленного действия и охлаждении газов в результате очистки может существенно отличаться от степени очистки газов, определенной как отношение концентрации примесей в газах, поступающих и выходящих из газоочистительной установки.

Как показывает расчет, концентрация двуокиси серы в атмосферном воздухе не должна превышать 0,055 мг/м3 и степень очистки газов от SO2 в сероулавливающей установке должна быть не ниже 97 %.

Такую высокую степень очистки газов от двуокиси серы практически невозможно достигнуть, применяя существующие способы очистки. В связи с этим на промышленных сероулавливающих установках осуществляется подогрев очищенных мокрым способом газов перед выбросом их в атмосферу.

Подогрев очищенных газов в теплообменнике за счет тепла неочищенных гаМетоды и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -139ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли зов представляет значительные технические трудности и обычно не применяется.

Очистка дымовых газов от окислов серы известью или известняком.

Метод основан на нейтрализации сернистой кислоты, получающейся в результате растворения двуокиси серы, содержащейся в дымовых газах, щелочными реагентами: гидратом окиси кальция (известью) или карбонатом кальция (известняком). При этом протекает следующая реакция:

В результате этой реакции получается сульфит кальция, частично окисляющийся в сульфат. В большинстве случаев продукты нейтрализации не используются и направляются в отвал.

Дымовые газы очищаются от золы в золоуловителе, установленном перед дымососом, и затем направляются в скруббер, орошаемый раствором, содержащим мелкоразмолотый известняк и продукты нейтрализации.

Суспензия известняка подготавливается в специальной установке, хотя подмешивание известняка в топливо может проводиться перед его размолом;

в последнем случае возникает опасность образования отложений на поверхностях нагрева.

Очищенные газы освобождаются от брызг раствора в брызгоуловителе.

При всех мокрых способах очистки дымовых газов от окислов серы температуры уходящих газов понижаются со 130–170 до 30–50 °С. При столь низкой температуре удаляемых газов резко ухудшается рассеивание остаточных вредностей в атмосфере, так как дымовые газы слабо поднимаются над устьем дымовой трубы.

После брызгоуловителя предусмотрена установка теплообменника для повышения температуры удаляемых в атмосферу газов. Подогрев обычно осуществляется жидким или газовым топливом. Количество затрачиваемой при этом теплоты составляет около 3 % теплоты топлива, расходуемого на котел.

В кислый раствор, выходящий из скруббера, добавляется свежая известняковая суспензия для нейтрализации кислоты. После выдержки в специальных емкостях для завершения процесса кристаллизации сульфита кальция жидкость насосом направляется на орошение в скруббер. По мере накопления в орошающей жидкости сульфита и сульфата кальция часть суспензии выводится из цикла орошения и через сгуститель направляется в шлакосборник и далее на золоотвал.

Простота технологической схемы и аппаратуры, дешевизна используемых веществ способствуют достаточно широкому применению этого способа сероочистки.

Наибольшие трудности возникают из-за необходимости остановки сероулавливающей установки для очистки аппаратуры от кристаллических отложений CaSO3 и брызгоуловителей – от отложений, содержащихся в каплях взвешенных веществ.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -140ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Наиболее вероятной областью использования отходов сероулавливающих установок, работающих по известняковому способу, является их переработка на строительные материалы. При окислительном обжиге отходов совместно с золой возможно получение быстротвердеющих вяжущих строительных материалов с сопротивлением сжатию около 500 кг/см. Однако обезвоживание и сушка отходов являются дорогостоящими операциями.

Сульфит кальция может также использоваться в сульфит-целлюлозном производстве.

Сульфитный способ очистки дымовых газов от окислов серы. Данный способ очистки осуществляется при низкой температуре (порядка 40 °С) по реакции Образующийся раствор сульфит-бисульфит натрия поступает в испаритель-кристаллизатор, где при нагреве его до 110 °С происходит разложение бисульфита на сульфит натрия и двуокись серы. Выпар, состоящий из смеси двуокиси серы с парами воды, для конденсации паров воды охлаждается и подается на компремирование в качестве товарного продукта.

Сульфит натрия, образовавшийся в виде кристаллов, окисляется до сульфата натрия и выводится из системы; другая часть в виде раствора направляется снова в абсорбер. Степень очистки дымовых газов от SO2 достигает 90 %.

Аммиачно-циклический способ очистки дымовых газов от окислов серы. Достаточно близким к сульфитному методу является аммиачноциклический метод, при котором газ, охлажденный до 30–35 °С, подвергается очистке раствором сульфита аммония по реакции Полученный раствор сульфит-бисульфит аммония подается в регенератор, где подвергается нагреванию до кипения, вследствие чего реакция смещается влево с выделением SO2 и сульфита аммония. После охлаждения раствор подается повторно для улавливания SO2.

Часть регенерированного раствора направляется на выпарку под вакуумом. Из раствора выделяется сульфат аммония, образовавшийся при частичном окислении SO2 в SO3.

Выделение других солей побочных реакций может быть осуществлено в автоклаве. При нагревании подаваемого в автоклав отрегенерированного раствора до 140 °С происходит разложение сульфит-бисульфит солей с образованием сульфата аммония и серы. Получаемая элементарная сера является дополнительным товарным продуктом этого метода.

Аммиачно-циклический способ очистки газа позволяет получить сжиженный 100%-ный сернистый ангидрид и сульфат аммония – продукты, которые могут найти широкое применение в народном хозяйстве. Количество отходов при этом способе очистки невелико.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -141ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли К числу недостатков способа следует отнести необходимость предварительного глубокого охлаждения дымовых газов перед абсорбцией серы. Глубокое охлаждение достигается водой, которая вступает в непосредственный контакт с газами и нагревается при этом до 40–50 °С. Такая вода не может быть сброшена в водоемы общего пользования, а ее рециркуляция в системе охлаждения требует нейтрализации кислоты известью и охлаждения в градирне. При нейтрализации образуются соли кальция, которые могут кристаллизоваться в системе охлаждения. Очищенные охлажденные газы требуют значительного количества теплоты для их подогрева перед выбросом в атмосферу.

Выбросы воздуха из градирен, охлаждающих жидкость, вытекающую из скрубберов, содержат некоторое количество аммиака, которое может загрязнять атмосферу. Дополнительный расход топлива, связанный с потреблением пара на регенерацию раствора, выпарку и сушку сульфата аммония, расход электроэнергии на установку и топлива на подогрев очищенных газов, составляет около 10 % топлива, расходуемого на ТЭС. Аппаратура сероулавливающей установки довольно громоздка и имеет высокую стоимость.

Магнезитовый способ очистки дымовых газов от окислов серы. Связывание двуокиси серы происходит при взаимодействии ее с магнезитом по реакции Образовавшийся сульфит магния снова взаимодействует с двуокисью серы и водой, образуя бисульфит магния:

Образовавшийся бисульфит нейтрализуется добавлением магнезита:

Образовавшийся сульфит магния в процессе обжига при температуре 800–900 °С подвергается термическому разложению с образованием исходных продуктов по реакции Окись магния возвращается в процесс, а концентрированный SO2 может быть переработан в серную кислоту или элементарную серу.

Газ очищается от окислов серы до концентрации 0,03 % в скруббере, а образовавшийся раствор бисульфита магния с концентрацией 50–70 г/л поступает в циркуляционный сборник, откуда часть раствора подается в напорный бак и возвращается на орошение скруббера, а другая часть – в нейтрализатор для выделения сульфита магния. Раствор из нейтрализатора выводится в гидроциклоны, затем пульпа направляется на ленточный вакуум-фильтр Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -142ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли и в обжиговую печь, где образуются двуокись серы и магнезит, повторно используемый в цикле.

Маточный раствор и промывочная вода после фильтр-пресса поступают в сборник осветленного раствора, куда добавляется магнезит из обжиговой печи. Раствор из сборника подается в напорный бак, где смешивается с кислым раствором из циркуляционного сборника, и направляется на орошение скруббера. Степень очистки газов от SO2 составляет 90–92 %.

Достоинством магнезитового способа является возможность достижения высокой степени очистки газов без предварительного их охлаждения.

Обжиг сульфита магния может производиться на химическом предприятии за пределами ТЭС, так как высушенные и обезвоженные кристаллы могут достаточно удобно транспортироваться.

Основным недостатком магнезитового способа является наличие многочисленных операций с твердыми веществами (кристаллами сульфита, окиси магния, золы), что связано с амбразивным износом аппаратуры и пылением. Для сушки кристаллов и удаления гидратной влаги требуется значительное количество тепла.

2.5.4. Снижение выбросов окислов азота на теплоэлектростанциях Образование окислов азота при горении топлива. Исследование состава атмосферного воздуха в районах расположения крупных ТЭС показывает, что большой удельный вес в общем загрязнении воздуха приходится на долю окислов азота. Вблизи некоторых электростанций наблюдается превышение ПДК окислов азота. При сжигании высокосернистых топлив, даже в тех случаях, когда благодаря применению высоких труб концентрации отдельных вредных газообразных примесей в приземном слое воздуха не превышают норм, тем не менее, с учетом суммации действия SO2 и NO2, нормы иногда превышаются в 1,5–2,0 раза. В крупных городах положение усугубляется тем, что выбросы ТЭС суммируются с выбросами окислов азота автомобилей и промышленных предприятий. Все это вынуждает рассматривать задачу снижения выбросов NOX как одну из важных проблем.

Образование окислов азота в топках происходит главным образом в результате окисления азота воздуха при высоких температурах, а также при разложении и окислении азотсодержащих соединений, входящих в состав топлива. В дымовых газах котлоагрегатов окислы азота обычно состоят на 95–99 % из окиси азота NO и лишь на 1–5 % из двуокиси азота NO2. Однако при сжигании тяжелого мазута в котле паропроизводительностью 160 т/ч в дымовых газах наблюдалось более высокое содержание двуокиси азота и соотношение NO/NO2 было близко к 1, что, по-видимому, объясняется повышенными избытками воздуха при горении.

Образование окислов азота в топках котлоагрегатов зависит от конструктивного оформления и расположения горелочных устройств, их мощности, тепловой нагрузки на ярус горелок, типа топлива, тепловой мощности топки, скорости охлаждения газов и других показателей.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -143ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли При сжигании мазута и, тем более, при сжигании угля определенную роль играет содержание азота в топливе, а также режим горения, определяемый конструкцией горелки и параметрами топливовоздушной смеси на выходе из горелки.

2.5.5. Способы снижения содержания окислов азота При разработке технологических способов снижения образования окислов азота в топках котлоагрегатов, учитывая кинетику окисления газообразного азота, необходимо стремиться снизить уровень максимальных температур в топке, уменьшить концентрацию кислорода в зоне реагирования и сократить время пребывания газов в зоне высоких температур. Для реализации перечисленных требований в промышленных условиях можно применять рециркуляцию газов, двухступенчатое сжигание, уменьшение избытка воздуха, рассредоточение зоны горения в объеме топки и повышение скорости охлаждения факела, снижение подогрева воздуха, уменьшение нагрузки котлоагрегата, впрыск воды или пара и т. д. Конкретное воплощение перечисленных способов в значительной степени зависит от конструктивного оформления котельных агрегатов и вида топлива.

Рассмотрим вкратце возможности и особенности применения этих способов на современных парогенераторах тепловых электростанций.

Снижение избытка воздуха. Снижение избытка воздуха на всех видах топлива приводит к снижению выбросов окислов азота. Предел применимости этого способа заключается в появлении продуктов неполного сгорания (СО), увеличении интенсивности шлакования поверхностей нагрева (при сжигании угля) и высокотемпературной коррозии топочных экранов. При жидком шлакоудалении иногда усложняется проблема эвакуации шлака с пода.

Рециркуляция дымовых газов. Рециркуляция дымовых газов при сжигании газа и мазута позволяет в 2–3 раза уменьшить выбросы NOX без снижения надежности котлоагрегата и при умеренном снижении его экономичности. Рекомендуемая доля рециркулирующих газов r = 15–30 %. Газы подают в горелку в смеси со всем воздухом или по прямоточному наружному каналу со скоростью, равной или выше скорости воздуха. Ввод рециркулирующих газов через сопла, расположенные ниже горелок, дает незначительный эффект, а газы, подаваемые через под топки, практически не оказывают влияния на выбросы NOX.

При сжигании твердого топлива рециркуляция дымовых газов во вторичный воздух оказывает более слабое влияние на выбросы окислов азота.

Несколько больший эффект дает рециркуляция газов в пылесистему, так как при этом, как правило, снижается доля первичного воздуха.

Двухступенчатое сжигание. Двухступенчатое сжигание заключается в подаче через работающие горелки только части необходимого для горения воздуха. Остальной воздух подается через специальные сопла или «холоМетоды и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -144ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли стые» горелки, расположенные выше работающих горелок. При сжигании газа такая организация топочного процесса приводит примерно к двукратному снижению выбросов NOX. При сжигании мазута также происходит снижение выбросов NOX на 30–40 %. Однако в отечественной практике есть пока только опыт применения этого метода на мазутных котлоагрегатах докритического давления. Перед использованием двухступенчатого горения на котлоагрегатах сверхкритического давления (СКД) необходимо оценить влияние этого способа на высокотемпературную коррозию топочных экранов, особенно при сжигании высокосернистых мазутов.

Применительно к твердому топливу двухступенчатое сжигание может быть использовано в первую очередь для малосернистых и малошлакующих углей в топках с твердым шлакоудалением. При сжигании малореакционных углей этот способ может привести к резкому увеличению горючих в уносе.

Рассредоточение зоны горения в объеме топки и повышение скорости охлаждения факела. Рассредоточение зоны горения в объеме топки и повышение скорости охлаждения факела заключается в установке большего числа сравнительно мелких горелок вместо меньшего числа крупных горелок, в расположении горелок в несколько ярусов по высоте и в установке двусветных экранов в топке. Все это дает значительный эффект при сжигании газа и мазута.

Снижение подогрева воздуха. Данный метод является эффективным средством снижения выбросов NOX при сжигании газа. На мазутных и угольных котлоагрегатах он применим в меньшей степени из-за опасности ухудшения процесса горения топлива.

Уменьшение нагрузки котлоагрегата. Этот способ заслуживает внимания только в качестве чрезвычайной меры, оправданной в редких случаях, например при особо неблагоприятных метеорологических условиях. При снижении нагрузки на 25 % снижение выбросов окислов азота составляет на газе почти 50 %, на мазуте и на твердом топливе – 20–30 %. Указанная цифра для твердого топлива относится только к топкам с высокотемпературной организацией процесса горения при Т > 1600 °С. В топках с твердым шлакоудалением при Г < 1450 °С снижение нагрузки практически не меняет концентрацию NOX.

Организация факельного процесса горения. Торможением подмешивания вторичного воздуха к аэросмеси путем, например, выбора необходимых скоростей, крутки потоков или созданием экрана из инертной среды между аэросмесью и вторичным воздухом можно добиться эффекта двухступенчатого горения внутри факела, т. е. без возможных отрицательных последствий, связанных с шлакованием топочных экранов и высокотемпературной коррозией.

Химическое воздействие на факел. Цепной характер окисления азота дает основания искать пути химического воздействия на факел с помощью различного рода присадок, разрывающих звенья цепи образования NOX, или присадок, приводящих к разложению окислов азота в топке котлоагрегата.

Исследования в этой области указывают на возможность некоторого снижения выхода NOX путем присадки определенных металлоорганических соединений к жидкому топливу.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -145ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Очистка дымовых газов. Основные трудности очистки газов от окиси азота заключаются в необходимости обработки огромных объемов газов с низкой концентрацией этого химически устойчивого и малорастворимого в воде соединения. Удалению NOX мешает также присутствие в газах реакционно-способных веществ SO2, СО2 и О2. Предложено несколько методов очистки дымовых газов от NOX.

Метод адсорбции NOX и SO2 движущимся слоем твердого поглотителя с последующей его регенерацией при повышенной температуре требует подбора дешевого и эффективного поглотителя, обладающего достаточной механической прочностью.

Метод адсорбции NOX и SO2 в скрубберах, орошаемых жидкостью, содержащей сернистокислые соли, позволяет удалить из дымовых газов лишь 20–30 % NOX. Еще один метод – окисление окиси азота озоном, получаемым в специальных озонаторных установках, в высшие окислы, которые легко поглощаются водой или щелочными растворами. Присутствие в дымовых газах двуокиси серы значительно усложняет процесс очистки дымовых газов и требует дополнительных расходов озона. Для промышленного внедрения этого метода необходимо решить задачу создания высокопроизводительных и экономичных озонаторов, а также ответить на вопросы, связанные с использованием получаемых слабых кислот. Расчеты показывают, что даже наиболее экономичные из существующих озонаторов при осуществлении этого метода требуют расхода электроэнергии около 10 % выработки электростанции.

Ряд методов, позволяющих уменьшить выбросы окиси азота с дымовыми газами, заключается в восстановлении окиси азота до азота и кислорода. Эта реакция протекает и в газоходах котлоагрегата, но, вследствие быстрого охлаждения дымовых газов, скорость ее течения и конечный эффект незначительны.

Для ускорения этой реакции необходима восстановительная среда. Это требует дожигания остатков кислорода дымовых газов, например с помощью метана и контакта обескислороженных газов с катализатором, при температуре около 600 °С. Присутствие двуокиси серы в дымовых газах является серьезным препятствием для осуществления этого метода, так как в этих условиях не исключается образование сероводорода, токсичность которого в раз выше, чем у двуокиси серы.

Таким образом, проблема очистки дымовых газов от окислов азота находится в начальной стадии разработки; это частично объясняется отсутствием в большинстве стран требований к суммации вредного действия двуокиси серы и азота при их совместном присутствии в воздухе и главным образом значительно меньшими затратами средств на подавление образования NOX в процессе сгорания топлива.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -146ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли 2.5.6. Золоулавливание на тепловых электростанциях [31] Характеристики летучей золы. Эффективность работы газоочистных устройств в большой степени зависит от физико-химических свойств улавливаемой золы и поступающих в золоуловитель дымовых газов. Основными характеристиками золы являются плотность, дисперсный состав, электрическое сопротивление (для электрофильтров), слипаемость. Плотность частиц летучей золы для большинства топлив лежит в пределах 1900–2500 кг/м3, составляя в среднем для углей 2300 кг/м3.

Для выбора и расчета золоуловителя большое значение имеет распределение частиц по размерам – дисперсный состав. О величине частицы судят по размеру наименьшего отверстия сита, через которое частица диаметром d проходит при просеивании. Просеивая золу уноса через ряд сит с различным размером ячеек, получают кривую остатков на сите.

Наименьший размер отверстий в ситах составляет 44 мкм, поэтому для определения дисперсного состава фракций меньше этого размера, представляющих наибольшие трудности при золоулавливании, используются другие методы воздушной сепарации, жидкостной седиментации и микроскопического анализа.

Дисперсный состав летучей золы связан с дисперсным составом сжигаемой угольной пыли, поступающей после размольного устройства в топку.

Для электрической очистки газов существенное влияние на эффективность работы электрофильтров оказывает величина удельного электрического сопротивления. По этому признаку золу уноса углей можно разделить на три группы.

Первая группа характеризуется < 102 Ом · м. Отличаясь высокой электропроводностью, при касании осадительного электрода зола этой группы быстро теряет отрицательный заряд и, получая положительный заряд осадительного электрода, может от него отталкиваться и снова попадать в газовый поток. Такими свойствами обладает зола, имеющая большое количество недогоревшего углерода.

Вторая группа золы имеет электрическое сопротивление в пределах 10 < < 108 Ом · м и наиболее полно улавливается в электрофильтрах.

Третья группа золы характеризуется > 108 Ом · м и является электрическим изолятором, уменьшает напряженность поля в электрическом пространстве. При золе с высоким электрическим сопротивлением может возникнуть явление обратной короны и вторичный унос осевшей золы.

Для инерционных золоуловителей существенное значение имеет свойство слипаемости золы уноса. По слипаемости зола делится на четыре группы: 1) неслипающаяся, 2) слабослипающаяся, 3) среднеслипающаяся и 4) сильнослипающаяся.

Зола с высокой слипаемостью забивает циклоны и мокрые золоуловители и плохо удаляется из бункеров.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -147ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Для мокрых золоуловителей большое значение имеет содержание в золе свободной извести СаО. При большом содержании СаО их работа становится невозможной из-за цементации золы.

Основным показателем работы золоуловителя является степень улавливания:

где Gвх – количество поступающей в золоуловитель в единицу времени золы, кг/с; Gвых – количество выходящей (неуловленной) из золоуловителя в единицу времени золы, кг/с; cвх – концентрация золы в газе на входе в золоуловитель, кг/ м3; cвых – то же на выходе, кг/м3.

Для проведения расчетов более удобна другая величина – проскок (унос) золы через золоуловитель, определяемый из соотношения Между степенью улавливания и проскоком имеет место следующее соотношение:

В зависимости от вида топлива и мощности котла улавливание золы промышленных котельных и ТЭС осуществляется следующими типами золоуловителей: механическими (инерционными), мокрыми и электрофильтрами.

Инерционные золоуловители. В качестве инерционных (механических) золоуловителей наибольшее применение получили циклоны, в которых осаждение происходит за счет центробежных сил при вращательном движении потока. Поступающий тангенциально через входной патрубок газ движется в канале, образованном наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями циклона, где под действием центробежных сил происходит отделение пыли. Затем очищенный газ удаляется через внутренний цилиндр вверх, а осевшая на наружной стенке зола ссыпается под действием силы тяжести вниз в коническую воронку и далее в общий бункер.

В настоящее время циклоны устанавливаются на котлах паропроизводительностью до 500 т/ч. Причем для повышения эффективности применяются батарейные циклоны, составленные из циклонов малого диаметра, обычно около 250 мм. Степень улавливания батарейных циклонов находится на уровне 82–90 % при гидравлическом сопротивлении 500–700 Па.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -148ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли В качестве элемента батарейных циклонов используется большое количество модификаций: с аксиальным подводом газа и лопаточными завихрителями, с тангенциальным подводом газа, прямоточные и др.

В настоящее время для энергетических установок рекомендуется применение элемента с тангенциальным улиточным типом подвода газа с внутренним диаметром 231 мм.

Противопоказанием для применения батарейных циклонов является сильная слипаемость пыли, приводящая к их замазыванию. Поэтому не рекомендуется их применение для сильнослипающейся пыли 4-й группы.

Мокрые золоуловители. Простейшим типом мокрого золоуловителя является центробежный скруббер. Отличие его работы от сухого инерционного состоит только в том, что при наличии на стенке стекающей пленки воды отсепарированная за счет центробежных сил зола лучше отводится из скруббера в бункер; при этом уменьшается вторичный захват зольных частиц со стенки газовым потоком. Степень улавливания в мокрых золоуловителях = 0,82–0,90 %.

Более высокая степень улавливания достигается при применении мокрых скрубберов с устройством для предварительного увлажнения газа (например, с предварительно включенным коагулятором в форме трубы Вентури). В этом случае частички пыли захватываются более крупными каплями воды, в результате чего происходит процесс их коагуляции. Затем эти коагулированные частицы эффективно задерживаются на стенках центробежных скрубберов.

В движущийся поток газов перед трубой Вентури вводится через разбрызгивающий насадок вода. Труба Вентури состоит из конфузора, в котором происходит разгон пылегазового потока до скорости 50–70 м/с, горловины, в которой происходит дробление капель при взаимодействии с быстро движущимся потоком, и диффузора, в котором происходят столкновение частиц золы с каплями воды и снижение скорости пылегазового потока. Далее поток тангенциально вводится в скруббер, стенки которого орошаются водой, и коагулированные частицы эффективно удаляются в золовой бункер.

Размер капель оказывается тем меньше, чем больше скорость газа в горловине. Средний диаметр капель d k можно определить по приближенному соотношению:

где uг – скорость воды в горловине трубы Вентури, м/с.

Захват частиц золы каплями может происходить двумя путями:

1) быстро несущиеся со скоростью газов частицы золы попадают в капли, которые еще не успели разогнаться потоком газа. Тогда они попадают в каплю за счет разности скоростей uг uк, где uк – скорость движения капли;

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -149ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли 2) за счет турбулентных пульсаций частиц золы, которые попадают в практически малопульсирующие капли.

Эффективность мокрых золоуловителей с трубой Вентури зависит от следующих величин: степени турбулентных пульсаций, расхода орошаемой жидкости, скорости газов в горловине трубы Вентури и расстояния между горловиной трубы Вентури и скруббером.

В отечественной практике нашли применение два типа мокрых золоуловителей с трубой Вентури: золоуловитель МВ-УО ОРГРЭС и золоуловитель МС-ВТИ. Первый тип золоуловителя выполняется с вертикальным и горизонтальным расположением трубы Вентури круглого сечения, второй – только с горизонтальным расположением трубы прямоугольного сечения.

Не рекомендуется применять мокрые золоуловители для топлив, содержащих в составе золы более 15–20 % СаО.

Электрофильтры. Наиболее перспективным типом золоуловителей для крупных ТЭС являются электрофильтры, которые могут обеспечить высокую степень очистки газов ( = 0,99–0,995 %) при гидравлическом сопротивлении не более 150 Па без снижения температуры и увлажнения дымовых газов.

В электрофильтрах запыленный газ движется в каналах, образованных осадительными электродами, между которыми расположены через определенное расстояние коронирующие электроды. К электродам подводится постоянный ток высокого напряжения (плюс – к осадительным электродам, минус – к коронирующим). При достаточной напряженности электростатического поля происходит ионизация дымовых газов и частички золы получают заряд обычно отрицательный. Под действием электростатических сил частички осаждаются на осадительном электроде. Далее с помощью ударного механизма происходит встряхивание электродов, и частички, отделившиеся от них под действием силы тяжести, попадают в бункер.

Запыленные газы после газораспределительной решетки поступают в коридоры, образованные вертикально висящими широкополосными осадительными электродами С-образной формы, к которым подведен выпрямленный ток высокого напряжения. Коронирующие электроды представляют собой профильные ленточные элементы с штампованными иглами, укрепленные в специальной рамке. Для удаления осевшей на электродах золы предусмотрены встряхивающие устройства в виде молотков, ударяющих по наковальням электродов. Осевшая зола попадает в бункера и затем через гидравлические затворы направляется в систему гидрозолоудаления.

По ходу движения газа осадительные и коронирующие электроды объединяются в электрические поля, имеющие самостоятельное питание и систему встряхивания. Это необходимо потому, что условия работы полей разные: в первом по ходу газов оседает наибольшее количество золы, в последнем – минимальное.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -150ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Важным фактором, определяющим эффективность работы электрофильтра, являются агрегаты электрического питания. Каждый агрегат обслуживает одно поле (или половину поля), состоит из трех узлов: повысительновыпрямительного блока с высоковольтным распределительным устройством, блока магнитных усилителей и дросселей и пульта управления. Для поддержания напряжения в любой момент работы электрофильтра на грани пробивного, когда обеспечивается наилучшая ионизация газов, применена автоматическая схема регулирования.

Электрофильтры выпускают следующих типов: ЭГА, ЭГВ, ЭГБ, ЭГФИ, ЭСГ. Освоено промышленное производство электрофильтров с высотой активной зоны до 12 м, длиной до 31 м, что соответствует 8 полям. Стало обычным использование в электрофильтрах от 4 до 6 полей. Площадь поперечных сечений для прохода газов на опытной установке с высотой активной зоны 15 м достигает 360 м2.

Расчет параметра золоулавливания электрофильтра осуществляется по следующей формуле:

Таким образом, степень осаждения определяется двумя факторами – скоростью дрейфа частиц золы v и удельной поверхностью осаждения f. Увеличивая f, можно получить высокую степень улавливания, однако это связано с большими расходами металла и увеличением габаритов электрофильтров.

Скорость дрейфа v определяется в основном электрическими характеристиками электрофильтра и пылегазового потока. Скорость дрейфа пропорциональна произведению напряженностей полей зарядки и осаждения и диаметру частицы (влияние остальных факторов менее существенно). Основными факторами, определяющими скорость дрейфа, являются электрические свойства пылегазового потока и, в частности, электрическое сопротивление золы. Одним из методов снижения электрического сопротивления золы является изменение температуры газов в электрофильтре (наибольшее электрическое сопротивление имеет зола при температурах около 100–200 °С, характерных для котлов). Снижение или повышение этой температуры может способствовать существенному улучшению степени улавливания золы.

Для повышения эффективности улавливания золы с высоким удельным электрическим сопротивлением разработан ряд способов. Одним из таких способов является установка электрофильтров до воздухоподогревателей на газах температурой 350–400 °С. Однако это связано с рядом трудностей: увеличением размеров электрофильтров в связи с повышением объемов газа примерно в 1,5 раза, дополнительными тепловыми потерями с горячей золой, усложнением конструкции элементов электрофильтра при высоких температурах и др.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -151ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Значительный эффект может быть достигнут за счет введения в дымовые газы присадок некоторых химических веществ, уменьшающих электрическое сопротивление золы. В качестве таких добавок применяются серный ангидрид SO3, аммиак, углекислый натрий Na2CO3. Этот способ, несмотря на значительное повышение степени улавливания, не получил широкого распространения в связи с эксплуатационными трудностями и затратами, связанными с необходимостью получения, хранения и подачи химических веществ в газоходы ТЭС.

Одним из эффективных путей повышения степени улавливания золы с неблагоприятными электрофизическими свойствами является использование температурно-влажностного кондиционирования. При добавлении влаги происходит снижение температуры газов, повышается рабочее напряжение на коронирующих электродах благодаря увеличению диэлектрической прочности дымовых газов.

На степень улавливания золы большое влияние оказывает равномерность распределения поля скоростей дымовых газов по сечению электрофильтра. Равномерность потока оценивается с помощью степени заполнения объема электрофильтра, определяемой испытаниями на моделях электрофильтра с примыкающими к нему участками тракта.

Степень заполнения объема электрофильтра зависит от принятой компоновки газового тракта на участке воздухоподогреватель – электрофильтр – дымосос (в случае котлов под наддувом вместо дымососа – начальный участок внешних газоходов).

Обеспечение эффективного газораспределения зависит от правильного выбора числа и расположения регенеративных воздухоподогревателей и дымососов. Желательно, чтобы число РВП, корпусов электрофильтра и дымососов было одинаковым. Необходимо обеспечить достаточные расстояния между РВП, электрофильтром и дымососом, а также целесообразно их размещение в плане по одной оси.

Особое значение имеет рациональное выполнение газораспределительных устройств на входе в электрофильтр.

2.5.8. Возобновляемые источники энергии и окружающая среда Имеются диаметрально противоположные мнения о влиянии возобновляемых источников энергии на окружающую среду.

Большую роль в энергообеспечении играет биомасса. В мире приблизительно половина населения готовит себе пищу, используя топливо из биомассы. Использование биомассы в виде топлива дает преимущества для экологии, так как при сгорании биомассы выделяется не больше СО2, чем при ее естественном разложении в природе.

Переработка навоза путем анаэробного сбраживания уменьшает выделение азота в грунтовые воды и метана в атмосферу. Биомасса может быть использована в сочетании с органическим топливом – углем, торфом. Для Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -152ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли утилизации биомассы с целью получения энергии используются современные устройства: топки с «кипящим» слоем, газогенераторы. Однако необходимо уделять внимание способам сжигания биомассы, так как некоторые из них в быту могут приводить к высокому уровню загрязнения в помещении, например использование очагов без установки труб, каминов с неправильно сконструированными дымоходами.

Наряду с биомассой в улучшении экологической обстановки значимую роль могут сыграть и другие возобновляемые источники энергии, например Солнце и ветер.

Гелиоустановки оказывают минимальное воздействие на окружающую среду.

Следует, однако, указать, что под его влиянием происходит разрушение некоторых материалов, что требует их замещения, связанного с использованием энергии. К таким материалам, например, относятся некоторые полимеры. Кроме дополнительного потребления энергии на их воспроизводство возникает проблема захоронения и переработки.

Ветроэнергетические установки оказывают значительно меньшее отрицательное воздействие на окружающую среду, чем замещаемые ими энергогенерирующие технологии на основе углеводородного топлива.

Вместе с тем строительство и эксплуатация ветроэнергетических установок связаны с необходимостью отчуждения земель (в том числе и сельскохозяйственного назначения) и изменением окружающего ландшафта. Кроме того, ветроэнергетические установки создают шум и вибрации, являются источником электромагнитного излучения. Шум вызывает раздражение, мешает работе, может приводить к функциональным изменениям в организме человека. Электромагнитное излучение создает радио- и телепомехи. Чтобы избежать этих воздействий, требуется создание санитарной зоны от нескольких сот метров до 2 км.

В странах, где используются ветроэнергетические установки, введены ограничения по шуму. В табл. 2.20 приведены предельные нормы по шуму ВЭУ.

Страна Германия:

Голландия:

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -153ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Наивысшая выносливость к шуму у человека составляет 130 дБ. Исследования показывают, что животные уживаются с ВЭУ, а удачно выбранное для их размещения место создает минимальную опасность для птиц. Соблюдение требований по шуму и благоприятное размещение ВЭУ сводит ущерб, наносимый окружающей среде, к минимуму.

Развитие гидроэнергетики требует создания водохранилищ, что сопряжено с отчуждением земель, в том числе ценных для производства сельхозпродукции и развития животноводства, и их затоплением. В результате этого меняется инфраструктура в районе гидроэлектростанции, возрастает поверхность зеркала воды, изменяется ее температура по течению ниже плотины.

Летом вода более холодная, а зимой – теплая. Это воздействует на микроклимат, так как повышается влажность. Кроме того, плотины препятствуют продвижению рыбы в верховье рек во время нереста. Чтобы возместить ущерб, требуется строить специальные водоводы.

Одной из проблем использования геотермальных источников для нужд теплоснабжения является то, что они работают по разомкнутой схеме. И если засоление термальных вод значительное, сбросные воды будут также приводить к засолению земли.

В целом при соблюдении всех требований по охране окружающей среды возобновляемые источники энергии оказывают на нее минимальное воздействие. Кроме того, затраты на производство возобновляемой энергии постоянно снижаются, и она со временем может стать конкурентоспособной с источниками на ископаемом топливе.

Сами установки, использующие альтернативные энергоисточники, при их эксплуатации со временем выявляют специфичное влияние на природную среду и человека. Например, ветрогенераторы создают акустические шумы, влияющие на фауну, а через нее на флору; солнечные генераторы затеняют большие территории суши, уничтожая на них жизнь; геотермальные станции извлекают из недр высокосоленые агрессивные растворы, опустынивая места их сброса. Другие источники энергии по мере их освоения выявляют новые, неожиданные способы их влияния на природу.

Тем не менее отрицательное влияние альтернативных способов получения энергии на природу можно считать незначительным. Существенным отличием от традиционных способов является то, что в технологии альтернативных энергоустановок отсутствуют процессы окисления и процессы ядерных превращений, которые являются источниками веществ-загрязнителей в опасных для природы неравновесных концентрациях. В этом смысле альтернативная энергетика более гармонично вписана в природу. Даже внешний вид самих установок альтернативной энергетики не противоречит окружающей среде. Все недостатки альтернативной энергетики связаны с ее слабым развитием, но у этого направления все впереди.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -154ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли 2.5.9. Особенности воздействия объектов гидроэнергетики Воздействие гидроэнергетических объектов на окружающую среду связано с необходимостью создания водохранилищ и изменением в связи с этим водного режима в верхнем и нижнем бьефах гидроузлов. Крупные гидроэнергетические объекты и их водохранилища воздействуют практически на все элементы биосферы.

Геологическая среда. Воздействие водохранилища на геологическую среду проявляется главным образом в виде волновой берегопереработки и в развитии подтопления на прилегающей территории. Эти процессы зависят от морфометрических особенностей долины водотока и свойств геологических пород, слагающих берега водохранилищ. После образования водохранилища возможна активизация отдельных геологических процессов, которые фиксировались на территории и до создания водохранилища. К таким процессам относятся: оползни, обвалы, просадки и др.

При создании водохранилища в районах распространения многолетнемерзлых грунтов (вечной мерзлоты) зa счет отепляющего воздействия водохранилища возможно размораживание бортов и сползание в водоем отдельных массивов береговой линии, если она сложена мягкими грунтами. При создании гидроузлов с напором более 100 м в горной местности в сейсмически опасных районах возможно возникновение явления так называемой «наведенной сейсмичности». Заключается оно в том, что по контуру водохранилища увеличивается частота землетрясений, при этом расчетная сейсмичность, как правило, не меняется.

При создании проектов гидроэлектростанций современного поколения составляется прогноз воздействия на геологическую среду, где в зависимости от конкретных условий изучаются те или иные явления и их последствия.

В рамках этого прогноза исследуется также возможное воздействие водохранилища на месторождения полезных ископаемых, расположенных в зоне его влияния.

Земельные ресурсы и наземные экосистемы. При создании водохранилищ и гидроэлектростанций проходит изъятие земель в связи с затоплением, волновой берегопереработкой, размещением объектов, вносимых из зон воздействия водохранилищ, а также для размещения основных сооружений, поселков строителей, производственных баз, карьеров, инженерных коммуникаций для строительства и эксплуатации гидроузлов.

Водохранилищами энергетического и комплексного назначения в Российской Федерации к настоящему времени затоплено порядка 4,5 млн га земли, около 0,3 % общего земельного фонда государства. Этот показатель в Канаде составляет 0,6 %, а в США – 0,8 %.

Устойчивой тенденцией отечественной гидроэнергетики является снижение площади затоплений, приходящейся на 1 млн кВт ч вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Если в прошедшие годы этот показатель в среднем Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -155ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли составлял примерно 11–15 га/(1 млн кВт ч), то по объектам, строящимся в настоящее время или намечаемым на ближайшую перспективу, он не превышает: по общим затоплениям 6 га, в том числе по затоплениям сельхозугодий 1 га, по затоплениям лесопокрытых площадей 5 га.

Сравнивая эти удельные показатели с аналогичными по зарубежным объектам [общие затопления в США 6,5 га/(млн кВт ч) и в Канаде 6,9 га/(млн кВт ч)], можно констатировать, что по расходу земельных ресурсов современные отечественные гидроэнергетические объекты сопоставимы с зарубежными.

Уменьшения воздействия на земельные ресурсы можно достичь за счет разбивки участка водотока на ступени энергетического использования. Создание средне- или низконапорных гидроузлов вместо одного с высокой подпорной отметкой может сократить площади затопления в несколько раз.

Другим направлением уменьшения воздействия водохранилищ ГЭС на земельные ресурсы является инженерная защита земель. Так, на Нижнекамском водохранилище уже осуществлена инженерная зашита земель общей площадью 19,9 тыс. га, из которых под сельхозугодья предполагаются использовать 16,6 тыс. га. На Чебоксарском водохранилище осуществлена инженерная зашита 10 массивов земель (низин) площадью более 30 тыс. га, в том числе более 15 тыс. га сельхозугодий. На этих низинах созданы системы водоотвода и водопонижения, обеспечивающие оптимальный водновоздушный режим почв для получения высоких урожаев. Защищено 7 городов и 16 сел и деревень.

Защитными дамбами и берегоукреплениями предотвращена берегопереработка на протяжении более 200 км. Защищены памятники архитектуры и истории: в Нижегородской обл. – Макарьево-Желтоводский монастырь, основанный в 1435 г.; в Чувашской республике в г. Чебоксары – Троицкий монастырь, храм Вознесения и Успенская церковь XVIII в.; в республике Марий-Эл – Юринский (Шереметьевский) замок, церковь в Коротнях, исторический центр г. Козьмодемьянска.

Для компенсации потерь и убытков, связанных с изъятием земель или утратой их свойств (зона подтопления) при строительстве гидротехнических сооружений, в смете водохранилища предусматриваются средства, которые определяются в соответствии с законодательными или директивными документами. Так, для оценки сельхозугодий применяются действующие Нормативы стоимости освоения новых земель взамен изымаемых сельхозугодий для несельскохозяйственных нужд, утвержденные постановлением Правительства РФ № 1176 от 27.11.1995. Для оценки лесных земель применяются установленные в каждом субъекте Федерации нормативы платы за перевод лесных земель в нелесные.

Воздействие гидроэнергетического объекта на животный мир выражается:

в потере мест обитания вследствие затопления и берегопереработки;

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -156ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли изменении растительности в зоне подтопления;

проявлении фактора беспокойства (коллектив строителей, карьеры, автодороги и т. п.).

При проектировании водохранилища в специальном фаунистическом прогнозе определяются количественные показатели потерь животного мира, а также производится экономическая оценка этих потерь по специальным таксам, разработанным Минприроды РФ.

Водные экосистемы. Под воздействием водохранилища и работы ГЭС происходят определенные изменения в водной экосистеме. Речная экосистема уступит место озерной на участке создания водохранилища, а в нижнем бьефе ГЭС, хотя и остаются речные условия, но и они будут существенно изменены за счет перерегулирования стока. Все это в сочетании с природными условиями, а также со сложившимися на водотоке видами водопользования и принятыми в проекте мероприятиями по подготовке зоны водохранилища влияет в первую очередь на качество воды в водохранилище и в нижнем бьефе гидроузла.

В современных проектах водохранилищ составляется прогноз качества воды, где учитываются:

природные особенности воды водотока;

влияние антропогенных источников загрязнения;

влияние внутриводоемных процессов (затопление почвы, древесины, торфяников и др.).

Результаты прогноза качества воды представляются в виде гидрохимических и гидробиологических показателей. Оценка качества воды производится путем сравнения результатов прогнозов с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) различных ингредиентов, установленными соответствующими документами для водоемов культурно-бытового или рыбохозяйственного назначения.

По результатам оценки качества воды в проекте назначаются водоохранные мероприятия, которые в общем случае могут включать:

санитарную подготовку зоны затопления;

очистку от древесно-кустарниковой растительности;

мероприятия по снижению поступления загрязнений от хозяйственных предприятий, населенных пунктов и с поверхностным стоком;

организацию водоохранных зон;

предотвращение заиления водохранилища.

Воздействие гидроэнергетического объекта на ихтиофауну выражается в преграждении путей миграции проходных и полупроходных видов рыб, изменении условий воспроизводства, кормовой базы, а также в возможном попадании рыбы в водозаборы ГЭС и ее гибели. При этом могут сократиться запасы ценных промысловых рыб, а в некоторых случаях и исчезнуть популяции тех или иных видов. Для предотвращения этих нежелательных последМетоды и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -157ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли ствий в проектах современных ГЭС предусматриваются специальные мероприятия, в том числе и строительство рыбопропускных и рыбозащитных сооружений.

В последние годы разработаны конструкции рыбопропускных сооружений для пропуска рыб к местам нереста и нагула; искусственных нерестилищ различного назначения, создаваемых в водохранилищах и в нижних бьефах гидроузлов; рыбозащитных сооружений для предотвращения гибели молоди на водозаборах и в водоприемниках. Кроме того, прорабатываются мероприятия по направленному формированию ихтиофауны и кормовой базы водоемов, создаваемых при энергетических объектах.

Для проектирования рыбопропускных и рыбозащитных сооружений разработаны СНиП 2.06.07–87 и специальное пособие.

Микроклиматические последствия. Воздействие крупных водохранилищ на микроклимат прилегающих территорий проявляется, как правило, в некотором снижении экстремальных температур. Незначительно снижаются летние максимумы (на 2–3 °С) и повышаются зимние минимумы (на 1– °С), кроме того, возможно локальное изменение влажности. Отрицательные последствия влияния ГЭС на микроклимат проявились в нижних бьефах крупных сибирских водохранилищ (Красноярское, Усть-Илимское). Там при сбросе в нижний бьеф теплой воды в зимнее время на достаточно большом протяжении образуется незамерзающая полынья, которая вызывает туманы парения. Это, в свою очередь, негативно сказывается на условиях проживания населения и земных экосистемах.

Для борьбы с отрицательными последствиями микроклиматических изменений, которые проявляются в нижних бьефах глубоководных сибирских водохранилищ, разработаны конструкции специальных селективных водозаборов, позволяющих регулировать температурный режим воды в нижнем бьефе путем ее забора с различных глубин водохранилищ и за счет этого сокращать длину полыньи.

Социальные последствия. Воздействие энергетического объекта на сложившуюся социальную обстановку района строительства обусловлено необходимостью переселять людей из зон затопления, подтопления, берегопереработки, неблагоприятных климатических или других условий, отрицательно сказывающихся на здоровье и жизнедеятельности населения. Кроме того, возможны изменения хозяйствования вследствие воздействия объекта на природную среду, а также в результате появления нового производственного объекта (ГЭС) и водного объекта (водохранилища), которые открывают новые возможности для развития производительных сил и использования близлежащих сырьевых районов. Определенное воздействие на социальную сферу оказывает появление коллектива строителей, особенно если он формируется из людей, не проживающих на данной территории.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -158ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли За весь период гидроэнергетического строительства в России переселено около 880 тыс. чел., из них при создании Волжско-Камского каскада – 665 тыс. чел., Ангаро-Енисейского каскада – 165 тыс. чел. и прочих гидроузлов – 50 тыс. чел.

Хорошо представляя, что процесс переселения с обжитых мест является одним из наиболее сложных в социальном отношении и болезненным мероприятием, проектировщики современных ГЭС стремятся максимально снизить количество переселяемых людей путем оптимизации подпорных отметок водохранилищ или организации инженерной защиты населенных пунктов. Одновременно с постоянным снижением удельных показателей затопления земель при гидроэнергетическом строительстве также имеет место и снижение удельного показателя (на 1 млн кВтч выработанной электроэнергии) переселяемого населения с 11 чел. в 1950-е гг. до 1 чел. в настоящее время.

Для переселяемого населения предусматривается строительство благоустроенных населенных пунктов, оснащенных современными инженерными коммуникациями и необходимым набором социально-культурных объектов.

Кроме того, в проектах ГЭС в соответствии с действующими законами предусматриваются средства по компенсации сносимых строений, садовых насаждений и т. п.

В проектах современных ГЭС предусмотрен целый комплекс мероприятий, объединенных в специальный раздел «Социальная программа строительства», которые направлены на снятие социальной напряженности, уменьшение возможного негативного воздействия объекта на социальную сферу, а также на улучшение условий проживания местного населения. Среди таких мероприятий следует назвать:

организационные мероприятия: проведение определенной кадровой политики при формировании коллектива строителей, организацию системы учета общественного мнения, выполнение работ по переселению по юридическим договорам заказчика с каждой семьей;

мероприятия, связанные с материальными затратами: проведение периодических медицинских обследований местных жителей не только в период строительства объекта, но и в первые годы его эксплуатации; строительство по согласованному с местными властями списку объектов жилищного хозяйства, соцкультбыта, коммуникаций, домов отдыха, подсобных хозяйств и др.; археологические исследования и раскопки, вынос памятников культуры и истории из зоны водохранилища;

мероприятия в период эксплуатации объекта: отчисление части прибыли от реализации электроэнергии в местный бюджет, уменьшение платы за электроэнергию в населенных пунктах, расположенных вблизи водохранилища, перевод на электроотопление домов в зоне влияния объекта.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -159ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли Сторонники атомных станций обычно подчеркивают минимальное, по сравнению с другими энергоисточниками, влияние этих объектов на окружающую среду при нормальных условиях эксплуатации. В этом случае, как правило, учитываются только выбросы и сбросы от самой атомной электростанции и не рассматривается экологическое влияние многочисленных предприятий ядерного топливного цикла, обеспечивающих нормальную работу АЭС. Очевидно, что для более полного исследования влияния атомной энергетики на природу и человека необходима комплексная оценка всех стадий этого вида энергетического производства.

Еще до начала эксплуатации АЭС необходимо получить топливо. В качестве топлива обычно используется обогащенный уран U235. Запасы естественного урана на Земле значительны, но он довольно равномерно распределен в гранитных породах и морской воде и почти не имеет концентрированных месторождений. Сегодня наиболее рентабельными считают месторождения урана с содержанием не менее 0,005 %. Получение чернового урана из такой руды требует значительных энергозатрат и создает большое количество отходов вмещающих пород, а также способствует поверхностному загрязнению территории естественными радионуклидами и, как всегда, образованию промышленных стоков, атмосферных выбросов. Обогащение урана изотопом, содержание которого не превышает 0,7 %, представляет собой сложную инженерную задачу, требующую высоких технологий, огромных энергозатрат, неизбежных выбросов и сбросов, а также появления радиоактивных отходов во всех состояниях.

Изготовление из обогащенного урана тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) и топливных кассет для АЭС доступно не всем даже относительно развитым странам из-за бесконтактной технологии, довольно высокой токсичности изготовления, высокой энергоемкости и трудностей решения вопросов долговременного хранения радиоактивных отходов.

Нормальная (безаварийная) эксплуатация АЭС порождает множество радиоактивных жидких, газообразных, твердых отходов. Сброс этих радиоактивных искусственных элементов вызывает их сорбцию в природных объектах до недопустимых концентраций и далее миграцию по природным и трофическим системам непосредственно к человеку.

Отработанное топливо АЭС после нескольких лет хранения должно поступить на перерабатывающие заводы. Такие страны, как США, Германия, Англия, Канада, сегодня не готовы полномасштабно перерабатывать отработанное топливо и предполагают долговременное хранение его на АЭС. При переработке отработанного топлива требуются современные мощные высокотехнологичные промышленные конгломерации типа «Маяк» (ЧелябинскЧелябинская область), последствия работы которых влияют на окружающую среду и создают новые проблемы по долговременному захоронению радиоактивных отходов. Сегодня эти проблемы не разрешены даже в теоретиМетоды и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -160ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ 2.5. Утилизация отходов электроэнергетической отрасли ческом плане. И, наконец, отработавшие атомные объекты в отличие от любых других технических сооружений не могут быть оставлены без постоянного наблюдения во избежание естественного и искусственного распространения радиоактивности. Эти объекты должны быть уничтожены, упакованы в химически стойкие и физически крепкие контейнеры и помещены на долгие годы (геологические периоды) в недоступные или труднодоступные природные или техногенные образования. Катастрофы на АЭС способны уничтожить любую выгоду АЭС. Авария на АЭС Три-Майл-Айленд (США) обошлась налогоплательщику в 300 млрд долл. это больше капитальных затрат на все АЭС США. Чернобыльская авария несоизмеримо серьезнее по своим последствиям, расходы мирового сообщества на ликвидацию этих последствий превысили десятки триллионов долларов. Нескоро существующие АЭС окупят эти затраты.

К сожалению, неизвестны проекты полномасштабного атомнопромышленного комплекса, выполненного полностью в соответствии с существующими нормами и правилами, а также нет общей экономической оценки его работы с учетом всех факторов влияния на окружающую среду.

Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Учеб. пособие -161ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ

3.1. Общие направления энергосбережения По прогнозам потенциал энергосбережения в России на уровне 2010 г.

уценивается порядка 500–600 млн т у. т, причем на долю промышленности приходится около 40 %. Для определения потенциала энергосбережения на действующих промышленных предприятиях необходимо проведение энергоаудитов предприятий [32].

При разработке мероприятий по энергосбережению на промышленных предприятиях следует помнить, что имеются два направления экономии:

1) экономия ТЭР путем совершенствования энергоснабжения;

2) экономия ТЭР путем совершенствования энергоиспользования.

Если мероприятия первой группы разрабатываются энергетиками, то для разработки мероприятий второй группы необходимо привлекать технологов.

Во многих публикациях при рекомендациях по энергосберегающим мероприятиям не учитывается фактор переходного периода в нашей экономике и промышленности. Как показывают многочисленные исследования, загрузка технологического оборудования на действующих промышленных предприятиях упала до значений 0,1–0,2 от проектной производительности, что привело к резкому возрастанию удельных расходов энергоносителей.

Этим объясняется, что при спаде промышленного производства за период с 1992 по 1999 г. более чем на 50 % энергопотребление промышленности снизилось всего на 20–25 %.

Экономия ТЭР путем совершенствования энергоснабжения. Мероприятия данной группы могут снизить потребление ТЭР на 10–15 %. Они являются мало- или среднезатратными, и их надо внедрять в первую очередь.

К этой группе мероприятий относят:

1. Снижение потерь энергоносителей в системах энергоснабжения.

Основные причины больших потерь энергоносителей в системах энергоснабжения связаны с нерациональным устройством и эксплуатацией этих систем. Протяженность тепловых сетей на ряде предприятий превышает км, что приводит к большим потерям тепловой энергии. Несовершенство топливоподачи приводит к большим потерям топлива. Наблюдаются большие потери в сетях сжатого воздуха и водоснабжения. Низкая загрузка трансформаторов и электрических сетей также увеличивает потери в системах энергоснабжения.