Экологические аспекты энергетики атмосферный воздух
.pdf
и . и . Стриха, Н. Б. Карницкий
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ:
АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ
Допущено Министерством образования Республики Бечарусь в качестве учебного пособия для студентов специальности «Теплоэнергетика» высших учебных заведений
Ми н с к
УП « Т е х н о п р и н т »
2001
У Д К 62W- : 6 2 8 . 5 ( 0 7 5 . 8)
ББК-З+гЗ-
С85
Р е ц е н з е н т ы :
кафедра промышленной экологии Белорусского государственного технологического университета (зав. кафедрой
канд. техн. наук, доцент Марцуль В. Н.); главный научный сотрудник РУП «БелНИПИэнергопром»,
докт. техн. наук, профессор Внуков А. К.; главный научный сотрудник Института проблем использования природных
ресурсов и экологии НАНБ, докт. техн. наук, профессор Фалюшин ГГ. Л.
Стриха И. И.
С 8 5 Экологические аспекты энергетики: А т м о с ф е р н ы й воздух: Учеб . п о с о б и е /И . И. Стриха, Н . Б. К а р н и ц к и й , — Мн . : У П «Технопринт», 2 0 0 1 . — 375 с.
I S B N 985 - 464 - 105 - 8
На основе результатов проведенных исследований, а также с использованием отечественных и зарубежных литературных источников выполнен анализ воздействия современных ТЭС на состояние атмосферного воздуха. Рассмотрены варианты совершенствования государственного управления охраной атмосферного воздуха, природоохранительное планирование, организация сжигания органических топлив на ТЭС и влияние его на генерацию загрязняющих веществ, очистка от них продуктов сгорания топлив, оценка экономического ущерба, причиняемою окружающей среде, и пути его минимизации. Приведены справочные сведения и некоторые нормативные акты по охране атмосферного воздуха.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности Т 01.02.00 «Теплоэнергетика» высших учебных заведений, а также других специальностей технического профиля.
Представляет интерес для широкого круга специалистов, инженерно-техноло- гического персонала ТЭС и котельных промпредприятий, научных работников и аспирантов.
УДК 621.1:628.5(075.8) ББК 31.3
|
© С т р и х а И. И., К а р н и ц к и й Н . Б., 2001 |
ISBN 985-464-105-8 |
© УП «Технопринт», 2001 |
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ |
6 |
1. СУЩНОСТЬ, ЗАДАЧИ И ОРГАНИЗАЦИЯ |
|
ПРИРОДООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЭНЕРГЕТИКЕ |
9 |
1.1. Основные положения |
9 |
1.2. Правовое и нормативное обеспечение |
20 |
1.3. Термины и их определение |
23 |
2. СОСТАВ И СТРУКТУРА АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА |
|
И ВИДЫ ЕГО ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ |
29 |
2.1. Атмосферный воздух |
29 |
2.2. Классификация загрязняющих веществ....; |
39 |
2.3. Характеристика основных загрязняющих веществ |
39 |
3. НОРМИРОВАНИЕ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ. 50
3.1. |
Предельно допустимые |
концентрации |
50 |
3.2. |
Предельно допустимые |
выбросы |
53 |
4. РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ |
|
|
ВАЛОВЫХ ВЫБРОСОВ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ |
70 |
|
4 |
.1. Расчет выбросов твердых частиц |
70 |
4 |
.2. Расчет выбросов оксидов серы |
71 |
4 |
.3. Расчет выбросов оксидов углерода |
73 |
4 |
.4. Расчет выбросов оксидов ванадия |
74 |
4 |
.5. Расчет выбросов оксидов азота от котлов |
75 |
4 |
.6. Расчет выбросов бенз(а)пирена |
78 |
4 |
.7. Расчет выбросов диоксида углерода при сжигании |
|
|
органического топлива |
82 |
4 |
.8. Расчет выбросов оксидов азота от газотурбинных установок |
87 |
4 |
.9. Расчет выбросов оксида углерода и несгоревших углеводородов |
|
|
от газотурбинных установок |
91 |
4.10. Расчет валовых выбросов вредных веществ по данным |
|
|
|
инструментальных измерений |
92 |
5.ИНВЕНТАРИЗАЦИЯ ВЫБРОСОВ И КОНТРОЛЬ ВОЗДУХООХРЛННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ТЭС И КОТЕЛЬНЫХ 96
5.1. Инвентаризация выбросов загрязняющих веществ в атмосферу... 96
5.2. Экологический паспорт проекта |
98 |
5.3. Экологический паспорт действующего объекта |
105 |
5.4. Ведомственный контроль воздухоохранной деятельности |
107 |
5.5. Структура и рекомендации по оформлению и содержанию |
|
ведомственного проекта нормативов П Д В для предприятий |
112 |
6. РАСЧЕТ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ |
|
В АТМОСФЕРНОМ ВОЗДУХЕ |
130 |
6.1. О б щ и е положения |
130 |
6.2. Расчет загрязнения атмосферы выбросами |
|
одиночного источника |
131 |
6.3. Расчет загрязнения атмосферы выбросами группы источников .. |
137 |
6.4. Расчет загрязнения атмосферы с учетом суммации |
|
вредного действия нескольких ингредиентов |
143 |
6.5. Учет фоновых концентраций |
|
при расчетах загрязнения атмосферы |
145 |
6.6. Определение минимальной высоты источников выбросов |
147 |
6.7. Типы д ы м о в ы х труб |
151 |
6.8. Оценка ущерба от загрязнения атмосферы |
161 |
7.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ПРОДУКТАХ
СГОРАНИЯ ТОПЛИВ |
179 |
7.1. Общая характеристика методов |
179 |
7.2. Оксиды азота |
182 |
7.3. Оксиды серы |
184 |
7.4. Продукты химнедожога |
188 |
7.5. Газоанализаторы |
^191 |
7.6. Подсистема «Экология» в составе задач АСУ ТП ТЭС |
210 |
8. ОЧИСТКА УХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ТВЕРДЫХ ВЫБРОСОВ |
227 |
8.1. О б щ и е сведения |
227 |
8.2. Циклоны и батарейные циклоны |
232 |
8.3. Ж а л ю з и й н ы е золоуловители |
246 |
8.4. Мокрые золоуловители |
248 |
8.5. Электрофильтры |
255 |
8.6. Кондиционирование дымовых газов перед электрофильтрами.... |
266 |
8,7- Тканевые фильтры |
275 |
8.8. Результаты эксплуатации золоуловителей |
279 |
9. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ |
|
ОКСИДОВ АЗОТА ОТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОТЛОВ |
289 |
9.1. Образование оксидов азота |
289 |
9.2. Зависимость выхода оксидов азота от избытков воздуха |
|
в топочной камере |
298 |
9.3. Ступенчатое сжигание топлив |
300 |
9.4. Рециркуляция дымовых газов |
314 |
9.5. Ввод влаги в топку и сжигание водомазутных эмульсий |
321 |
9.6. Распределение нагрузок между котлами |
324 |
10. ДЕСУЛЬФУРИЗАЦИЯ И ДЕНИТРИФИКАФИЯ ТОПЛИВ |
|
И ИХ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ |
332 |
10.1. Газификазия сернистых мазутов |
332 |
10.2. Газификация твердых топлив |
337 |
10.3. Очистка дымовых газов от оксидов серы и азота |
345 |
] 1. ТЕНДЕНЦИИ В РЕШЕНИИ ЗАДАЧ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ |
|
СРЕДЫ ПУТЕМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ |
354 |
11.1. Зарубежный опыт |
354 |
11.2. Направление и состояние работ по энергосбережению |
360 |
12. ШУМОВОЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ТЭС .. 367
ЛИТЕРАТУРА |
373 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Данная книга является учебным пособием по дисциплинам «Экологические аспекты энергетики» и «Охрана воздушного бассейна от выбросов ТЭС» для студентов теплоэнергетических специальностей вузов.
На тепловых электростанциях (ТЭС) страны ставится задача существенно повысить эффективность использования органических топлив с обеспечением высоких экологических показателей энергетического оборудования. В составе задач, которые требуют безотлагательного решения на ТЭС, важное место принадлежит вопросам разработки и реализации высокоэффективных способов и средств снижения экологического воздействия ТЭС на окружающую среду.
Несмотря на развитие новых источников энергии, выработка тепловой и электрической энергии на ТЭС длительное время будет преобладающей. Эксплуатация ТЭС, как действующих, так и вновь сооружаемых, должна осуществляться с учетом возрастающих требований к их эколого-экономичееким характеристикам. Результаты эксплуатации энергетических объектов подтверждают несоответствие достигнутых ими экологических показателей современным требованиям и реальным возможностям.
Энергетика играет ведущую роль в развитии всех отраслей народного хозяйства, в реализации достижений современного научно-тех- нического прогресса. Энергетическая программа п р е д у с м а т р и в а е т достаточные гемпы и объемы производства электроэнергии для осуществления электрификации всех сфер деятельности и жизни л ю д е й . При интенсивном способе общественного производства возможны и желательны замедления темпов энергопотребления. Однако экологические проблемы в энергетике не будут менее актуальными.
Развитие энергетики все в большей степени становится зависимым не только от экономических и социальных условий, наличия топ- ливно-энергетических ресурсов, но и от экологических факторов, к
которым в первую очередь относится степень загрязнения окружающей среды, в особенности атмосферного воздуха, различными отходами Более 30% всех загрязняющих веществ поступает в воздушный от тепловых электростанций. В ближайшей перспективе в энергетике страны не произойдет значительных качественных изме-
нений в системах очистки газовых выбросов и сточных вод от ТЭС. Д а л ь н е й ш и й научно-технический прогресс в области разработки способов снижения содержания загрязняющих веществ в продуктах сгорания топлив на ТЭС позволит обеспечить их минимальное экологическое воздействие на окружающую среду.
Проблема защиты атмосферного воздуха от загрязнения его выбросами ТЭС решается по основным направлениям:
-разработка и реализация способов сжигания топлив, позволяющих исключить или существенно снизить количество образующихся и выбрасываемых в атмосферу загрязняющих веществ;
-создание способов и средств для очистки, в первую очередь, запыленных газовых выбросов.
Проблема рационального использования природных ресурсов, энергии и защиты окружающей среды относится к приоритетным в социально-экономическом развитии общественного производства. В перспективных планах развития экономики страны разрабатываются прогнозы изменения состояния окружающей среды с ориентацией на малоотходные и безотходные технологии производства электрической
итепловой энергии.
Внастоящем пособии рассмотрены вопросы, связанные с экологическим воздействием ТЭС на атмосферный воздух, и основные направления работ по снижению отрицательных последствий этого воздействия. Наряду с традиционно применяемыми технологиями снижения выбросов в атмосферу загрязняющих веществ представлены перспективные «экологически чистые» технологии, а также разработки по созданию систем автоматизированного контроля за выброса- '^и ТЭС и мониторинга состояния атмосферного воздуха.
При подготовке учебного пособия использованы источники, спи- '^ок которых приведен в конце книги.
Н а р я д у с р е з у л ь т а т а м и н а у ч н о - и с с л е д о в а т е л ь с к и х р а б о т в о с н о в у Учебного п о с о б и я п о л о ж е н ы м а т е р и а л ы к у р с а л е к ц и й , ч и т а е м ы х авто-
рами по дисциплине «Экологические аспекты энергетики» для студентов специальности Т 01.02.00 «Теплоэнергетика» и Т 01.03.02 «Автоматизация и управление теплоэнергетическими процессами на ТЭС» Разделы 2, 3, 7, 9, Ш, П написаны докт техн. наук И. И. Стрихой 1,4, 5, 8, 12 — докт. техн. наук Н. Б. Карницким, раздел 6 подготовлеь
авторами совместно.
Авторы признательны коллективу кафедры промышленной эко логии Белорусского государственного технологического университета, возглавляемому канд. техн. наук, доц. В. Н. Марцулем, докт техн наук, проф. А. К. Внукову, докт. техн. наук П. Л. Фалюшину за глубокий анализ структуры и содержания пособия и ряд полезных замечаний, сделанных при ее рецензировании.
Авторы выражают благодарность сотрудникам кафедры «Тепловьк электрические станции» БГПА Е. Г. Веремейчик, Л. А. Бурову, научноисследовательской лаборатории «Топлива и топочных процессов» РУГ «БелТЭИ» И. И. Рысейкиной, Л. М. Чайке, работникам редакционпоиздательского отдела УП «Технопринт» за их большую работу по подготовке оригинала-макета и верстку книги.
Все замечания и предложения просьба направлять по адресу 220027, г. Минск, пр. Ф. Скорины, 65, кафедра ТЭС.
1. СУЩНОСТЬ, ЗАДАЧИ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРИРОДООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
ВЭНЕРГЕТИКЕ
1.1.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Современный уровень развития общественного производства характеризуется особой актуальностью целого ряда взаимосвязанных проблем, относящихся к природопользованию — основной форме взаимодействия общества и природной среды. Термин «экология» имеет биологическое происхождение и означает учение о взаимоотношениях организмов растительного и животного мира и среды. В технической литературе этот термин давно используется для отражения взаимосвязи различных форм и проявлений современной жизни с окружающей средой. Экологические аспекты хозяйственного развития страны, включая энергетику, подчеркивают необходимость учета экологических и социальных последствий.
Научно-техническая революция во всех сферах общественного производства, а в энергетике особенно, в значительной степени усложнила характер связей в системе «человек-природа-общество» и привнесла в нее целый ряд негативных сторон. Экологические проблемы развития производительных сил приобрели глобальные мас- 1"табы. Антропогенное загрязнение атмосферы приводит к существенному изменению ее состава, который в свою очередь вызывает Изменение теплового состояния планеты, геохимические аномалии " т. п. Некоторые зарубежные ученые рассматривают вопрос о невозможности дальнейшего развития производительных сил с сохранением среды, пригодной для обитания человека, но при этом недооценивают возможности положительных изменений в связи с развитием научно-технического прогресса в области «экологически '^Истых» производств.