Выбросы загрязняющих веществ на тэс при выработке 1 мВт.Ч (при сжигании угля и газа)

Топливо	Выбросы загрязняющих веществ, кг/МВт.ч
	Зола	NОx	SO2
Уголь	5,5	2,4	6,7
Газ	-	0,8	-

Поэтому основное внимание при разработке природоохранных технологий уделяется ТЭС, использующих уголь.

Как показано в п. 1.4, в целом ряде подотраслей и видов производства имеет место отставание технического уровня российской электроэнергетики от мировых образцов. Без внедрения нового и модернизации существующего природоохранного оборудования на действующих российских ТЭС при номинальной их загрузке нормативы предельно допустимых выбросов (ПДВ) могут быть превышены уже к 2015 году: по зольным твердым частицам - на 50% ТЭС, по оксидам азота - на 44% ТЭС, по оксиду серы - на 25% ТЭС.

Перечень решений экологических проблем на действующих ТЭС включает в себя технологические методы подавления оксидов азота и внедрение систем азотоочистки, специальные сероочистные установки, высокоэффективные золоуловители, передовые технологии обработки воды и утилизации золошлаков. В целом для ТЭС следует использовать дифференцированный подход - в зависимости от вида топлива, мощности и срока эксплуатации оборудования:

• котельные установки с пониженными параметрами (9 МПа/510 °С и 2,9 МПа/420 °С) и сданные в эксплуатацию еще в 50-е гг. прошлого века должны быть демонтированы, как только появится возможность обеспечить потребителей тепловой и электрической энергией из других источников;

• на котлах, которые еще длительное время будут работать на твердом и газомазутном топливе, провести набор мероприятий для снижения выбросов NO_x в атмосферу (табл. 1.5.2). Эти мероприятия в большинстве случаев могут быть реализованы ремонтными компаниями за счет некоторого увеличения стоимости и сроков проведения капитального ремонта;

• на этой же группе оборудования (пылеугольные котлы на параметры пара 13,8 МПа со сроком остаточной эксплуатации более 10 лет) необходимо реализовать малозатратные мероприятия по повышению эффективности золоулавливания и (в случае сжигания высокосернистых углей) упрощенные схемы сероочистки.

Таблица 1.5.2

Способы снижения выбросов NO_x для действующих котлов с длительным сроком их последующей эксплуатации

Название метода	Эффективность, %	Рекомендуемое топливо	Ограничение применимости	Примечание
Модернизация топочного процесса
Малотоксичные горелки	30—50	Все виды топлива	Стабильность факела и полнота сгорания топлива	Ступенчатый ввод воздуха или топлива на горизонтальном участке факела требует определенного расстояния до противоположного экрана
Рециркуляция дымовых газов	20—60	Бòльшая цифра — для газа, меньшая — для высокореакционных углей. Не годится для АШ, Т и СС	Стабильность факела, на барабанных котлах — рост температуры перегрева	Подача газов рециркуляции — через горелки. При сжигании угля — через пылесистему (вместе с первичным воздухом).
Двухступенчатое сжигание	20—50	Все виды топлива	Повышение содержания горючих в уносе, коррозия НРЧ	При сжигании серосодержащего топлива, особенно в котлах СКД, появляется опасность высокотемпературной коррозии топочных экранов
Концентрическое сжигание	20—50	Бурые угли и каменные угли с высоким выходом летучих	Появление СО и рост горючих в уносе	При реконструкции тангенциальных топок можно ограничиться заменой горелок. Одновременно снижается шлакование и коррозия топочных экранов
Трехступенчатое сжигание с восстановлением NOx (Reburning)	30—60	Все виды топлива (для АШ и Т необходимо 10—15 % газа по теплу)	Появление СО и рост горючих в уносе	Больший эффект достигается при использовании газа для создания восстановительной зоны (10—15 % по теплу).

Для улучшения экологической обстановки на действующих ТЭС, с учетом возможного увеличения доли твердого топлива в структуре их топливного баланса:

• на высокоэкономичных блоках 300—800 МВт на канско-ачинских углях для снижения образования оксидов азота целесообразно использовать оправдавший себя на многих действующих котлах (П-67, БКЗ-500-140) принцип низкотемпературного сжигания;

• при использовании на блоках 300—500 МВт каменных углей Кузнецкого бассейна для уменьшения образования NO_x, необходимо применять малотоксичные горелки и ступенчатое сжигание топлива. При сочетании этих мероприятий возможно обеспечить концентрацию NO_x менее 350 мг/м3 и удовлетворить нормы на вновь вводимое оборудование ТЭС;

• при сжигании малореакционных топлив (уголь АШ и кузнецкий тощий) в котлах с жидким шлакоудалением, при наличии на электростанциях природного газа целесообразно организовывать трехступенчатое сжигание с восстановлением NO_x в верхней части топки (ребенинг-процесс).

Там, где не удается с помощью технологических методов снизить концентрацию NO_x до требуемого уровня, должны применяться системы азотоочистки. Перспективу промышленного применения имеют две азотоочистные технологии: селективного некаталитического восстановления и селективного каталитического восстановления оксидов азота.

Для снижения образования оксидов серы следует использовать мокрые известковые и аммиачно-сульфатные или упрощенные мокро-сухие технологии. Первые две целесообразны при приведенной сернистости топлива около 0,15 % кг/МДж, когда необходимо связывание более 90—95 % SO₂, а упрощенная мокросухая технология (уменьшение выбросов SO₂ на 50—70 %) — при сжигании мало- и среднесернистых топлив.

Обеспечить требуемую эффективность золоулавливания (концентрация твердых частиц (золы) в дымовых газах после очистки — 50 мг/м³) и отпуск золы потребителю на действующих ТЭС можно с помощью многопольных горизонтальных электрофильтров.

Электрофильтры со стандартным (непрерывным) режимом электропитания целесообразно применять для улавливания золы канско-ачинских и донецких углей, а с прерывистым и импульсным питанием — для улавливания золы экибастузских и кузнецких углей. Электрофильтры реконструируются так, чтобы их можно было разместить на имеющихся фундаментах. Применение микросекундного питания при улавливании золы кузнецких углей позволяет разместить аппараты в один ярус.

В результате планомерного внедрения природоохранных мероприятий на действующих котлах, которые еще останутся в эксплуатации до 2015 г., должны быть достигнуты концентрации вредных веществ, приведенные в табл. 1.5.3.

Таблица 1.5.3

Прогнозируемые достижимые максимальные концентрации вредных выбросов для действующего оборудования к 2015 г.

Выбросы (в пересчете на О2 = 15 %)	Концентрация, мг/м3 при О2 = 6 %	Топливо
Твердые частицы	50—100	Все виды углей
Оксиды серы	200—2400*)	Уголь и мазут
Оксиды азота при установке котлов	80—120	Природный газ
	200—250	Мазут
	250—350	Бурые угли
	350—450	Каменные угли
	550—700	Тощие угли и АШ
Оксиды азота при установке ГТУ	50**	Природный газ

^*) Минимальная цифра — для для котлов тепловой мощностью более 500 МВт, максимальная —менее 100 МВт.

Решение экологических проблем ТЭС для действующего парка электростанций существенно отличается от мер, применяемых для вновь сооружаемых электростанций.

В табл. 1.5.4 содержатся прогнозируемые экологические показатели для вновь сооружаемых угольных блоков ТЭС России до 2030 г. Для их достижения необходимо совершенствовать известные в настоящее время газоочистные технологии и создавать новые, более эффективные. Прогноз использования этих технологий до 2030 г. приведен в табл. 1.5.5.

Таблица 1.5.4

Достижимые экологические показатели для вновь сооружаемых угольных блоков ТЭС России

Показатель	2010 г.	2020 г.	2030 г.
Степень улавливания SO2, %	3050	8090	9598
Концентрация оксидов азота (О2 = 6 %), мг/м3	200600	200400	50100
Твердые частицы, мг/м3	5080	2030; ограничение по содержанию частиц размером менее 10 мкм (РМ-10)	510; ограничение по содержанию частиц размером менее 2,5 мкм (РМ 2,5)
Степень улавливания ртути (тяжелых металлов), %	—	5060	90
Использование золошлаковых отходов, %	15	3050	6080

Вновь строящиеся угольные энергоблоки необходимо оснащать полным набором природоохранного оборудования, включая установки для очистки дымовых газов от твердых частиц, оксидов серы (SO₂) и оксидов азота (NO_x).

В качестве золоуловителей на новых котлах должны использоваться многопольные электрофильтры, которые способны обеспечить сегодняшние нормы по допустимым выбросам в атмосферу (массовые концентрации золы в дымовых газах после очистки 30— 50 мг/м³).

Дополнительный эффект при сжигании кузнецких и экибастузских углей может быть получен при снижении температуры и кондиционировании дымовых газов.

Для использования сложного оборудования в стесненных условиях может применяться двухзонный электрофильтр. Перспективными для использования в энергетике являются комбинированные золоулавливающие аппараты (электрофильтр плюс рукавный фильтр, электрофильтр плюс водяной аппарат для улавливания в том числе и мелких частиц).

Для успешного решения проблемы утилизации золошлаковых материалов и нанесения минимального экологического ущерба окружающей среде при разработке систем золошлакоудаления для новых угольных ТЭС должны быть заложены конструктивные решения, направленные на раздельное удаление золы и шлака. Необходимо предусмотреть возможность 100%-го сбора и отгрузки сухой золы (в том числе — по группам фракций), а также максимальную механизацию и автоматизацию всех технологических процессов.

Обязательным элементом новых угольных энергоблоков, как уже отмечалось ранее, должны стать установки сероочистки дымовых газов. В настоящее время на зарубежных ТЭС наиболее распространены мокрые известняковые сероочистки, снижающие выбросы SO₂ в среднем на 95 %. На новых российских энергоблоках при сжигании высокосернистых углей для обеспечения принятых и перспективных норм по допустимым выбросам SO₂ необходимо будет использовать такие же схемы или уже внедренную на Дорогобужской ТЭЦ аммиачно-сульфатную технологию сероочистки.

При сжигании средне- и малосернистых топлив (к которым относится большинство угольных месторождений в России, включая угли Кузнецкого и Канско-Ачинского бассейнов) достаточно эффективной является менее капиталоемкая упрощенная мокросухая технология сероочистки. В настоящее время исследуются новые технологии сероочисток с более эффективными сорбентами, позволяющими решать проблемы удаления вредных веществ комплексно (в том числе — и тяжелых металлов).

Снижение выбросов оксидов азота при сооружении ПГУ, так и при установке мощных пылеугольных котлов осуществляется за счет следующих технологических решений. Нормативные выбросы NO_x при сжигании природного газа в ГТУ могут быть обеспечены путем использования «сухих» камер сгорания последнего поколения. Вероятно, для энергоблоков с ПГУ не потребуется установка азотоочистки выбрасываемых в атмосферу дымовых газов. Сложнее обстоит дело с пылеугольными котлами мощных энергоблоков. Разработанные и проверенные в промышленности технологические методы позволяют в настоящее время уложиться в отечественные нормы по допустимым выбросам NO_x только при сжигании бурых углей, а также каменных углей марок Д и Г. Для других каменных углей, и особенно для антрацитов, задача может быть решена только в результате установки за котлом каталитического реактора и восстановления образовавшихся оксидов азота путем подачи в газовый тракт аминосодержащих реагентов (аммиачной воды или мочевины).

В перспективе, учитывая необходимость приближения отечественных норм к европейским (где концентрация NO_x в дымовых газах за угольным котлом не должна превышать 200 мг/м³ при 6 % O₂), придется, очевидно, применить на новых пылеугольных котлах не только комплекс технологических методов (малотоксичные горелки, различные варианты двух- и трехступенчатого сжигания), но и системы азотоочистки дымовых газов от NO_x. Не исключено, что в ближайшие годы появятся новые технологии очистки дымовых газов от NO_x. Например, при установке на новом блоке мокроизвестняковой системы сероочистки, значительное (до 90 %) снижение выбросов NO_x можно будет обеспечить путем вдувания элементарного фосфора P₄ в газоход перед скруббером при температуре 121—280 °С.

В области технологий улавливания субмикронных твердых частиц введение вышеназванных требований означает необходимость добавления к сухим электрофильтрам новых аппаратов, позволяющих более эффективно (при приемлемых затратах) улавливать субмикронные частицы: рукавных фильтров, гибридных аппаратов, состоящих из ступени электроочистки и ступени фильтрации, и даже мокрых электрофильтров. Применение перечисленных новых технологий помимо субмикронных твердых частиц позволяет улавливать еще и ртуть, а также ее соединения. Все это необходимо будет учитывать при выборе газоочистного оборудования, поскольку в промышленно развитых странах уже в настоящее время уделяется большое внимание уменьшению выбросов ртути с дымовыми газами ТЭС.

Таблица 1.5.5.

Перспективные технологии по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от ТЭС

Наименова­ние загряз­няю­щих веществ	До 2010 г.	До 2020 г.	До 2030 г.
Технология, ее эффективность
Оксиды азота	Технологические методы
	для котлов на угле — 30÷50 %; для ПГУ на природном газе — 50 мг/м3	для котлов на угле — 40÷60 %; для ПГУ — 20÷30 мг/м3	для котлов на угле — 50÷70 %; для ПГУ — 10÷15 мг/м3
	СНКВ — 30÷50 %	СНКВ-М — 50÷80 %	СКВ — 90÷95 %
	СКВ — 70÷80 %	СКВ — 80÷90 %
Оксиды серы	Малосернистые топлива
	Использование мокрых золоуловителей  = 30÷60 %; упрощенная мокросухая технология —  = = 50÷60 %	Мокрая известняковая (известковая) технология  = 80÷90 %	Мокрая известняковая (известковая) технология  = 90÷95 %
	Сернистые топлива
	— мокрые (известняковая, аммиачно-сульфатная, сульфатно-магниевая) технологии
	SO2 = 90÷95 %	SO2 = 95÷98 %	SO2  99 %
	— мокросухая технология с циркулирующей инертной массой SO2 = 90 %	- мокросухая технология с ЦКС SO2 = 92÷95 %	- аммиачно-циклическая технология SO2 = 99 %
			Мокрые технологии с новыми эффективными сорбентами SO2 = 99 %
Зольные частицы	Электрофильтры  = 98 %; Модернизированные мокрые золоуловители  > 95 %	Электрофильтры  = 98÷99 %; Рукавные фильтры  = 98÷99 %; Комбинированные сухие аппараты (электрофильтр + тканевый фильтр)  = 99,0 %	Электрофильтры  > 99,5 %; Мокрые электрофильтры  > 99,5 %; Сухие гибридные аппараты  > 99,5 %; Комплексная очистка в мокрых ЭФ с импульсным электропитанием
Ртуть (тяжелые металлы)	—	Ввод сорбентов (активированный уголь и др.) перед электрофильтром;  = 50÷60 %	Ввод галогеносодержащих сорбентов в газовый тракт + сероочистка;  = 90÷95 %
СО2	Повышение экономичности энергоблоков, в т.ч. при комбинированной выработке электроэнергии и тепла	Пилотные проекты с выводом СО2 из цикла энергоустановок и последующего его захоронения	Крупные демонстрационные установки с различными технологиями вывода из цикла и захоронения СО2:

Основной проблемой действующих ГЭС отрасли является обязательность одновременного выполнения следующих требований:

- безусловное обеспечение выработки объемов электроэнергии, заданных диспетчерским графиком;

- соблюдение приоритетов питьевого и хозяйственно-бытового водоснабжения, судоходства, рыбного хозяйства на участках рек и водохранилищ, имеющих важное значение для сохранения и воспроизводства рыбных ресурсов, выполнение режима наполнения и сработки водохранилищ, недопущение эрозии береговой линии водохранилищ и сброса в них масел.

При этом на строящихся ГЭС необходимо своевременное решение проблем лесосводки, затопления земель, перекрытия путей миграции рыб, переселение населения из зоны затопления и др.

Применительно к объектам гидроэнергетики природоохранные меры включают в себя:

• выбор створов новых ГЭС с учетом экологического благополучия региона с обеспечением приоритета сохранения биоразнообразия и охраны особо охраняемых природных территорий при проектировании и размещении новых ГЭС;

• обеспечение полной и своевременной компенсации ущерба водным биологическим ресурсам;

• проведение мелиоративных работ и обвалование мелководных зон водохранилищ для комплексного (сельскохозяйственного и рыбохозяйственного) их использования;

• строительство компенсационных рыбохозяйственных объектов, рыбопропускных и защитных сооружений, разработка мероприятий для сохранения рыбных запасов, мест размножения и нагула, внедрение технических устройств для сохранения путей миграции рыб в целях уменьшения негативного воздействия гидроузлов на ихтиофауну;

• разработка и внедрение селективных водозаборов ГЭС, позволяющих регулировать температурный режим воды в нижнем бьефе, путем ее забора с различных глубин водохранилища и уменьшения тем самым влияния на микроклимат;

• реконструкция систем водоотведения с целью полного прекращения сбросов в водные объекты неочищенных хозбытовых стоков;

• применение современных материалов в различных элементах гидросилового и гидромеханического оборудования, возведение каскадов ГЭС и малых ГЭС из блок-модулей заводского изготовления с использованием наплавной технологии;

• использование рабочих колес, исключающих протечки экологически опасных жидкостей в проточную часть;

• применение самосмазывающихся материалов в узлах трения механизмов кинематики (без использования масел);

• организация обеспечения комфортным жильем населения, переселяемого из зон затопления.