2 Балла

25. Одним из способов снижения выбросов SO₂ на сланцевых ТЭС является использование новой технологии – сжигание сланца в кипящем слое. Объясните сущность технологии.

Сжигание твердых топлив в кипящем слое – новейшее направление в практике топливосжигающих электростанций и находится в стадии развития. В настоящее время практически внедрено три технологии сжигания в кипящем слое:

1. классический кипящий слой ( применяется в основном в котлах малой мощности),

2. циркулирующий кипящий слой ,

3. кипящий слой под избыточным давлением.

Сжигание сланца в кипящем слое более перспективно в циркулирующем кипящем слое или в кипящем слое под избыточным давлением. Это определяется свойствами сланца.

Кипящий слой – это плавающая (витающая) система мелких твердых частиц в газовом потоке, внутреннее движение которой схоже со свойствами жидкости, возникает т.н. псевдосжиженный слой.

Слой твердых частиц превращается в гравитационном поле в кипящий в том случае, если динамическое давление на частицы газового потока, который проходит через слой, уравновешивается силой тяжести. Если направить в слой золовых частиц, температура которого равна как минимум температуре воспламенения топлива, тонкого помола топливо, то оно будет устойчиво гореть без необходимости увеличения температуры. Поэтому горение топлива в кипящем слое относится к низкотемпературной технологии сжигания топлива.

В случае топлива с низким содержанием минеральной части материалом кипящего слоя служит обыкновенный песок. Сланец – топливо, содержащее большoе количество минералов, поэтому зола сланца выполняет роль кипящего слоя.

Особенность цикрулирующего кипящего слоя состоит в том, что газы горения выходящие из топки вместе с частицами золы направляются в сепаратор, где частицы золы отделяются от газов и снова направляются в топку. Таким способом создается циркуляционный контур твердой фазы, в котором поддерживается равновесие между подаваемым в топку топливом и циркулирующей золой, что обеспечивается непрерывным удалением частиц из сепаратора и золы со дна топки.

Основная часть топки кипящего слоя – это топочная камера с решеткой распределения воздуха, где мелкое топливо направляют или в непосредственно кипящий на решетке слой, или в объем около кипящего слоя, туда же соплами с большой скоростью подается вторичный воздух. Стена топочной камеры экранирована поверхностью теплообмена, существует возможность дополнительного использования объема топочной камеры в виде размещения там обширной ширмовой поверхности нагрева. Горение топлива, выделение теплоты горения, процессы в минеральной части и образование золы происходят как в слое, так и в надслойном объеме и частично могут продолжаться и после выхода из топки.

В циркулирующем кипящем слое концентрация топлива низкая ( около 0,5 -2%), поэтому теплота горения высвобождается распределенно по всему объему топки, это уравновешивает воспринимаемое поверхностями нагрева тепло и по этой причине в топке не возникает высокотемпературных зон и поэтому отсутствует надобность раполагать в слое дополнительную поверхность нагрева.

Топку с циркулирующим кипящим слоем в настоящее время оборудуют «воздух-кипящий слой» теплообменником, который установлен в обратном потоке частиц золы из сепаратора, и особенностью которого является интенсивная теплоотдача от кипящего слоя к расположенной там поверхности нагрева.

При сжигании сланца в кипящем слое серу полностью связывают с золой и поэтому двуокиси серы в уходящих газах практически нет. Таким образом, для связывания серы не нужно ни абсорбент добавлять в топливо, ни чистить уходящие газы от двуокиси серы. Это объясняется высоким мольным соотношением Са/S и тем, что при термическом разложении карбонатных минералов образуется свободная известь, которая является активным связующим серы. Это является серьезным преимуществом технологии сжигания сланца в кипящем слое. При этой технологии сжигания проявляются значительные её отличия от пылевидной технологии сжигания: 1. в температуре в топке, 2. во фракционном составе частиц золы в газоходах за топкой.

Очень перспективным считается сжигание твердого топлива в кипящем слое под избыточным давлением. Преимущество этой технологии выражается в том, что энергию газов горения можно полностью преобразовать в полезную работу в газовой турбине и конечным результатом является скачкоообразное увеличение к.п.д. теплосиловой установки. В таких установках с двумя турбинами (паровой и газовой) находит применение термодинамический бинарный цикл. Технология сжигания твердого топлива в кипящем слое под давлением уже нашла значительное применение в нескольких странах.

Технология сжигания сланца в кипящем слое под давлением пока отсутствует, но возможности её применения и связанные с этим явления были исследованы на лабораторных установках и пилотной установке класического кипящего слоя тепловой мощностью 1МW. Результаты позволяют сделать вывод, что сжигание в кипящем слое под давлением подходит для сжигания сланца. Особенно важным при этом является то обстоятельство, что при сжигании сланца с высоким карбонатным содержанием карбонатные минералы не разлагаются из-за высокого противодавления углекислого газа СО₂ и поэтому при сжигании сланца значительно возрастает количество выделяющейся теплоты горения и снижается эмиссия (выбросы) СО₂ в оркужающую среду. И также зола связывает практически полностью серу.

5 баллов

26. Что такое эвтрофирование водоемов? Какие факторы влияют на процесс эвтрофирования?

Эвтрофирование вод — повышение биологической продуктивности водных объектов в результате накопления в воде биогенных элементов под воздействием антропогенных или естественных (природных) факторов. Процесс эвтрофирования ухудшает физико-химические условия среды обитания рыб и других гидробионтов за счет массового развития микроскопических водорослей и других микроорганизмов.

Именно «цветение» воды относят к числу самых серьезных проблем ухудшения качества воды в водоеме. Процесс «цветения» воды происходит в результате интенсивного развития сине-зеленых водорослей. Особенно интенсивно водоросли развиваются при повышении трофности¹ водоема в результате накопления биогенных элементов, поступающих с площади водосбора, донных отложений при взмучивании.

В теплое время года при повышении температуры воды в загрязненном водоеме происходит массовое разложение органических соединений, которые становятся питательной средой для аэробных бактерий, приводя к резкому снижению содержания в воде кислорода.

Именно дефицит кислорода в водоеме вызывает серьезные отрицательные последствия для водных экосистем: резко снижается интенсивность процессов самоочищения, усиливается токсичность ряда загрязняющих веществ, ухудшается качество воды и экологическое состояние водоема.

Ухудшение качества воды в свою очередь ограничивает возможности использования водоемов.

Токсины, накапливающиеся при «цветении» воды, приводят к гибели ихтиофауны, накапливаются в рыбе, моллюсках и ракообразных.

Основная причина евтрофирования водоемов (по существу, вторичного загрязнения) — это повышенное поступление в них фосфора и азота. Источником вторичного загрязнения являются сбросы сточных вод, эрозия почв, сток воды с полей при высоких нормах внесения удобрений, сбросы вод некоторых видов промышленных предприятий.