Учебник по Природоохранным технологиям на ТЭС

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

В.И. Беспалов, С.У. Беспалова, М.А. Вагнер

ПРИРОДООХРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ТЭС

Допущено УМО по образованию в области энергетики и электротехники в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 140101 «Тепловые электрические станции» направления подготовки 140100 «Теплоэнергетика»

2:е издание

Издательство Томского политехнического университета

2010

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

1. РАЗВИТИЕ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ . . . . . . . . . . . . . .6 1.1. Роль теплоэнергетики России в загрязнении окружающей среды . . . . . . . . . .6 1.2. Экономические механизмы рационального

природопользования в России . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 1.3. Взаимодействие ТЭС и окружающей среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8 1.4. Основные направления снижения выбросов

и сбросов ТЭС в окружающую среду . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11 1.5. Особенности энергетических топлив,

определяющие экологические характеристики ТЭС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

2. ЗАЩИТА ВОЗДУШНОГО БАССЕЙНА ОТ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17

2.1. Нормативные требования к вредным выбросам ТЭС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17 2.2. Снижение выбросов твердых частиц . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23 2.3. Снижение выбросов диоксида серы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56 2.4. Снижение выбросов окислов азота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80 2.5. Выбросы в атмосферу продуктов неполного сгорания топлива . . . . . . . . . . .116 2.6. Снижение выбросов в атмосферу парниковых газов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120 2.7. Расчет максимальной приземной концентрации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122 2.8. Расчет выбросов в атмосферу

от неорганизованных источников ТЭС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126 2.9. Утилизация и переработка золошлаковых отходов ТЭС . . . . . . . . . . . . . . . . .133

3. ЗАЩИТА ВОДНОГО БАССЕЙНА ОТ СБРОСОВ СТОЧНЫХ ВОД ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142 3.1. Водопотребление ТЭС и основные направления

рационального водопользования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142 3.2. Классификация и характеристика сточных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145 3.3. Нормирование загрязняющих веществ в сбросных водах ТЭС . . . . . . . . . . . .162 3.4. Методы очистки сточных вод, схемы очистки

и утилизации очищенных вод . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .164

5.ЗАРУБЕЖНЫЕ И ОТЕЧЕСТВЕННЫЕ ПРОГРАММЫ В ОБЛАСТИ ЭКОЛОГИЧЕСКИ

ЧИСТЫХ УГОЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200 5.1. Зарубежные программы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .200 5.2. Отечественные программы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .205

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .222

ПРИЛОЖЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .226

3

ПРЕДИСЛОВИЕ

Развитие энергетики, базирующейся на тепловых электрических станциях, неизбежно сопровождается увеличением использования природных ресурсов – органического топлива, природной воды, возду% ха, почвы, а стало быть, и увеличением количества отходов производ% ства в окружающую среду. Создать полностью безотходную технологию производства электрической и тепловой энергий согласно экологиче% ским законам невозможно. Взять у Природы эти ресурсы и вернуть их в виде «безопасных» для жизни человека и всего живого на Земле отхо% дов производства – важнейшая задача энергетиков. Необходимо при% нятие таких научных, технических, экономических решений и внедре% ние таких технологий в энергетике, которые способствовали бы пре% дотвращению глобального загрязнения природной среды.

В данном учебном пособии материал излагается в соответствии с типовой программой по дисциплине «Природоохранные технологии на ТЭС», с использованием существующей учебной и периодической литературы, новых нормативных документов и дополнен сведениями о новых природоохранных технологиях и очистном оборудовании.

Последовательность изложения материала в пособии позволяет изучить источники выбросов (сбросов) в технологиях ТЭС, их характе% ристики и воздействие на окружающую среду, нормативы на выбросы (сбросы). Достаточно подробно описаны существующие газоочистные установки, методики определения эффективности их работы, рекомен% дации по выбору и варианты повышения их эксплуатационных качеств. Приведены методики расчета массовых выбросов загрязнений и их рас% сеивание в атмосфере. Большое внимание уделено схемам по использо% ванию твердых отходов и сточных вод технологических процессов.

Приведенные балансы по воде ТЭС позволяют студентам проана% лизировать статьи расходов воды и выявить способы рационального водопотребления. Изложены безреагентные технологии обработки во% ды. Методики, изложенные в четвертом разделе, позволяют определить экологический ущерб окружающей среде, а также платы за выбросы.

4

Рассмотрены зарубежные и отечественные перспективные природоох% ранные технологии на ТЭС.

Природоохранная деятельность инженерного персонала ТЭС за% ключается в подготовке экологически обоснованных решений по орга% низации эксплуатации и совершенствованию оборудования ТЭС. Уме% ние анализировать экологическую ситуацию, состояние оборудования и осуществлять производственный экологический контроль – таковы современные требования к инженеру%энергетику.

5

1.РАЗВИТИЕ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

1.1.Роль теплоэнергетики России

взагрязнении окружающей среды

Вразработанной «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» предполагается устойчивый рост электропотребления в стране. Так за период 2000–2005 гг. среднегодовой прирост составил 1,7 %, а в 2006 году – 4,2 %. В дальнейшем эта тенденция сохранится.

Производство и отпуск тепла от электростанций к 2010 году возрос по сравнению с уровнем 2000 г. на 15 %.

Выработка электроэнергии в стране в основном осуществляется на тепловых электростанциях (ТЭС) – 68 % от суммарной выработки, на

долю атомных электростанций (АЭС) приходится 17 и 15 % на гидро% электростанциях. Как видим, б льшая часть производства электро% энергии приходится на ТЭС, работающих на органическом топливе, хотя и доля их в энергобалансе России в перспективе будет несколько снижаться.

Вперспективе предполагается территориальное развитие генери% рующих мощностей:

•в европейской части России – максимальное развитие АЭС и ГАЭС, реконструкция паросиловых электростанций, работающих на газе в ПГУ;

•на Урале развитие тепловых электростанций преимущественно на привозном угле и ГАЭС;

•в Сибири – развитие гидроэлектростанций и тепловых электро% станций на угле, а также газе (ПГУ%ТЭЦ в крупных городах с уче% том перспектив разработки газовых месторождений Восточной Сибири);

•на Дальнем Востоке – развитие гидроэлектростанций, тепловых электростанций на угле, а также газе (ПГУ%ТЭЦ в крупных горо% дах) с учетом перспектив разработки газовых месторождений Са% халина.

6

Российские генерирующие мощности к 2030%му году должны со% стоять из энергоустановок, работающих с использованием передовых технологий мирового уровня, гарантирующего их эффективную эксплуатацию, надёжное функционирование и минимизацию негатив% ного воздействия на окружающую среду. Структура генерирующих мощностей должна быть сформирована с учётом требований по дивер% сификации топливного баланса электроэнергетики в целях обеспече% ния энергетической и экологической безопасности страны. Целесооб% разно наличие в энергосистемах электростанций, работающих на раз% ных видах топлива для обеспечения надежности топливоснабжения ге% нерирующего оборудования и энергосистемы в целом.

В европейской части России на ТЭС используется и будет исполь% зоваться в перспективе природный газ, на Урале, в Сибири и на Даль% нем Востоке в основном – уголь. Мазут предполагается использовать в качестве резервного растопочного топлива.

Предприятия энергетики в результате сжигания топлива дают 38 % выбросов твердых веществ, 35 % сернистого ангидрида, 3 % оксида углерода (СО) и 40 % оксидов азота из числа суммарных выбросов этих веществ по России. Основная часть этих выбросов связана с работой ТЭС (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Выбросы вредных веществ в атмосферу предприятиями России в год

*Числитель – выброс в тыс. т; знаменатель – выброс в процентах по отно# шению к суммарному выбросу предприятиями РФ.

Поэтому снижение вредных выбросов в атмосферу есть и остается первостепенной задачей для теплоэнергетиков.

7

1.2. Экономические механизмы рационального природопользования в России

Для уменьшения техногенного воздействия ТЭС на окружающую среду следует использовать природоохранные технологии и выполнять требования нормативных документов и законов Российской Федера% ции об охране окружающей среды.

Для стимулирования рационального природопользования на предприятиях энергетики применяются организационно%правовые и экономические механизмы, элементами которых являются:

•учет и оценка эффективности использования природных ресурсов;

•планирование и разработка экологических программ (в целях умень% шения вредного воздействия на окружающую среду региональные энергосистемы ежегодно разрабатывают планы, содержащие при% родоохранные мероприятия);

•лицензирование природопользования (ТЭС должны иметь лицен% зии на водопользование и обращение с опасными отходами);

•лимиты природопользования (лимиты на природопользование – предельные нормы пользования природными ресурсами и нормы выброса вредных веществ в атмосферу и со стоками в водоёмы, установленные для ТЭС на определенный срок);

•плата за природопользование (она состоит из платы за использова% ние природных ресурсов и платы за загрязнение природной среды – атмосферного воздуха, недр, земли, водных и лесных ресурсов);

•экологические фонды (экологические фонды – единая система эко% логических фондов, объединяющая федеральный, республикан% ские, краевые, областные и местные специализированные фон% ды). Эти фонды предназначены для целевого сбора и расходования средств на решение природоохранных задач, восстановление по% терь в окружающей природной среде, компенсации причиненного вреда и других природоохранных мероприятий в энергетике.

1.3. Взаимодействие ТЭС и окружающей среды

ТЭС можно рассматривать в качестве объекта производства элек% трической и тепловой энергии использующего первичные ресурсы – органическое топливо, атмосферный воздух и воду. В результате техно% логического процесса на ТЭС образуются отходы производства как ма% териальные, так и энергетические, оказывающие негативное воздей% ствие на окружающую природную среду. Материальные отходы можно разделить на две группы:

8

•организованные, попадающие в окружающую среду через спе% циальные устройства (дымовые трубы, отводящие каналы, пульпо% проводы и т. д.) и зависящие от режима работы станции;

•неорганизованные, которые в большей степени зависят от погод% ных условий (скорости ветра, осадков и т. д.) и от времени года, чем от режимных факторов.

Техническая политика в области экологии определяется необходи% мостью ограничения выбросов и сбросов загрязняющих веществ, обра% зования отходов, а также физических воздействий, при соблюдении ко% торых обеспечиваются нормативы качества окружающей среды в зоне расположения электростанции.

На (рис. 1.1) приведена схема взаимодействия ТЭС с окружающей средой и структура материальных и физических отходов, которые загряз% няют атмосферный воздух, поверхностные и грунтовые воды, почву.

ɗɥɟɤɬɪɢɱɟɫɤɚɹ ɷɧɟɪɝɢɹ Ƚɨɪɹɱɚɹ ɜɨɞɚ Ɍɟɯɧɨɥɨɝɢɱɟɫɤɢɣ ɩɚɪ

Ɉɬɯɨɞɵ ɩɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɚ

ɚɜɬɨɬɪɚɧɫɩɨɪɬɚ

Рис. 1.1. Схема ресурсопотребления и отведения отходов деятельности ТЭС в окружающую среду

9

При анализе негативного воздействия ТЭС на окружающую среду учитываются в комплексе следующие факторы:

10