Экологические аспекты энергетики атмосферный воздух

ям N0^ и СО, так и для соблюдения установленных природоохранных нормативов по выбросам оксидов азота, диоксида серы и оксида угле- рода, поступающим в атмосферу через дымовую трубу. Отчетность по измеряемым компонентам можно получать за любой необходимый период времени в виде цветных графиков, таблиц, диаграмм и итого- вых рапортов о валовых выбросах.

Результаты эксплуатации системы контроля выбросов подтвердили возможность осуществления непрерывного контроля экологических нормативов на электростанциях и экономическую целесообразнось такого контроля с точки зрения платы за выбросы.

7.6. ПОДСИСТЕМА «ЭКОЛОГИЯ» В СОСТАВЕ ЗАДАЧ АСУ ТП ТЭС

7.6.1. Общие сведения

Автоматизированная система контроля выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от ТЭС должна создаваться для повышения оперативности и достовсрности информаци!! о фактических выбросах, а также возможности регулирования уровней этих выбросов в зависимости от загрязненности окружающей местности, заданных нормативов выбросов и метеоусловий.

Значительные ycncxit в части создания и внедрения АСУ ТП с решением экологических задач достигнуты в ряде развитых зарубежных стран, включая США, Великобританию, ФРГ, Японию и др.

Разрабатываются и внедряются АСУ ТП ТЭС, в которых, наряду с задачами расчета технико-экономических показателей и контроля общестанционных систем, решаются вопросы контроля за выбросами загрязняющих веществ в окружающую среду. В системах применяется распределенная иерархическая структура с накоплением информации от блочных и общестанционных АСУ и отображением информации на дисплеях, используются графопостроители.

Как правило, разрабатываются и осваиваются системы непрерывного контроля за выбросами в атмосферу загрязняющих веществ. Контроль за выбросами осуществляется для управления технологическим процессом сжигания топлива. Контролируется выброс СО, NHj, SO^, N0^. Наблюдается тенденция расщирения перечня контролируемых параметров.

топлив, а и условиями рассеивания этих выбросов в соответствии с метеорологическими параметрами среды и структурой местности. Paci пространение факела дымовых газов в атмосфере в значительной сте^ пени зависит от температурного градиента в инверсионных слояз^ Инверсия может иметь различную толщину слоя, быть приподнято^ или приземной. Это существенным образом сказывается на подъеме факела над устьем дымовой трубы и на результатах его рассеивания: Поэтому при построении автоматизированной системы экологичес» кого воздействия ТЭС на окружающую среду нужно исходить не только из необходимости контроля выбосов, а и учитывать необходимость создания системы контроля загазованности атмосферы этими выбросами с осуществлением управляющих воздействий на источники выбросов.

Исходными параметрами является концентрация токсичных компонентов в дымовых газах. По ним можно оценить валовые выбросы загрязняющих веществ. Подсистема сбора данных должна базироваться на автоматической аппаратуре получения значений концентраций основных токсичных компонентов, содержащихся в продуктах сгорания топлив, в частности SO^, N0^ и взвешенных частиц.

Для определения концентраций токсичных веществ, содержащихся в дымовых газах котельных установок, предпочтительнее устанавливать приборы, позволяющие осуществлять многокомпонентный анализ. Комплексные аналитические системы позволяют получить ценную информацию для оптимизации параметров процесса сжигания топлива и минимизации выбросов токсичных веществ в атмосферу.

Энергетика РБ и стран СНГ пока не располагает в достаточном количестве надежными средствами автоматического сбора информации и концентрации перечисленных выше загрязняющих веществ в продуктах сгорания топлив. Поэтому создание АСУ «Экология» может быть ориентировано на два направления; первое — получение исходных данных на базе прямых измерений с помощью приборов, второе — на основе косвенных измерений режимных параметров источников выбросов и последующего расчета содержания загрязняющих веществ в продуктах сгорания топлив. Оба подхода к определению экологических показателей источников выбросов не равноценны по представительности данных.

Особую сложность при создании АСУ «Экология» представляют чи по управлению технологическим процессом сжигания топлив

^минимальными выбросами загрязняющих веществ. На стадии раз- ботки математического обеспечения задачи нужно решить вопрос

выбора оптимального способа подавления оксидов азота применитель-

но к конструкции котельной установки. Необходимо отметить, что однозначных решений по этому вопросу нет, и он в каждом конкрет - ном случае требует специальной проработки.

Известные способы подавления в ы б р о с о в оксидов азота в паровых котлах основываются на поддержании соответствующих значений двух определяющих параметров: избытка воздуха в зоне горения и температурного уровня в зоне образования оксидов азота. Необходимо отметить, что существующие САР котлов ориентированы на достижение максимальной экономичности. В то же время работа котлов

спониженными выбросами оксидов азота преимущественно связана

сухудшением экономических показателей. Поэтому необходимо решать компромиссную комплексную и оптимизационную задачу, обеспечивая максимально возможное сокращение выбросов оксидов азота

сминимальной потерей экономичности работы котлов.

7.6.2. Функциональная структура

Подсистема «Экология» должна разрабатываться с учетом передовых достижений мировой науки и техники и рассчитываться на a j j h - тельную перспективу, а также одновременно она должна учитьшать современный уровень эксплуатации отечественных ТЭС с тем, чтобы использоваться на работающих электростанциях. Однако необходимо учесть, что именно в области экологии энергетики наблюдается значительный разрыв между фактическим уровнем эксплуатации тепловых электростанций и мировыми достижениями, внедренными в энергетике передовых зарубежных стран.

По своему назначению подсистема «Экология» должна осуществлять учет и контроль выбросов вредных веществ, а также вести управление технологическими процессами, направленными на снижение величины этих выбросов на блочном и общестанционном уровне. В зависимости от наличия средств прямого контроля и принятых технологических схем очистки структура подсистемы ИАСУ ТЭС

5 3 Требования к качеству реализации функций и обеспечению

' Подсистема «Экология» должна обеспечить возможность автономного функционирования задач блочного уровня, а также контроля и чета выбросов загрязняющих веществ на общестанционном уровне при отключении одного из звеньев технологической цепочки очистки дымовых газов.

Периодичность решения задач — 20 мин.

Периодичность опроса датчиков — 2-10 с.

функции подсистемы должны быть связаны между собой каналами обмена информацией. При отключении одного из звеньев технологической цепи очистки дымовых газов соответствующая входная информация для функционирования задач контроля и учета величины выбросов вредных веществ должна поступать независимо от задачи автоматизированного контроля и управления соответствующего вида очистки дымовых газов.

Оперативная информация о недопустимом превышении величины выбросов вредных веществ и управляющие сигналы о необходимости проведения мероприятий по профилактическому обслуживанию очистных установок, снижению нагрузки котла из-за неудовлетворительных 3KojrorH46CKHx показателей и другие сообщения должны выдаваться на дисплей оперативного персонала.

Задачи учета величины выбросов вредных веществ должны обеспечивать накопление выходной информации, которая может быть выдана на печать по требованию руководящего персонала К ГЦ, ПТО ТЭС и представлена в виде отчетов по форме 2-ТП воздух.

Оперативная информация, содержащая экологические показатели работы энергоблока и ТЭС в целом за последний оперативный интервал, должна выводиться на дисплей руководящего и оперативного персонала КТЦ, ТЭС.

Подсистема «Экология» должна быть обеспечена каналами обмена информацией с подсистемами «Управление топливоснабжением» и «Оптимизация режимов ТЭС».

Качество информационного обеспечения подсистемы АСУ Э определяет эффективность ее функционирования, а, следовательно, оказывает влияние на состояние окружающей среды. Поэтому основное требование к техническим средствам измерения и информационным

каналам — это обеспечение точности измерения контролируемых па раметров на уровне, соответствующем наиболее современным разра боткам отечественно!! и мировой науки и техники.

Основные требования к организационному обеспечению связаны с возможным несовершенством средств технического контроля и за- ключаются в своевременном обеспечении ручного ввода периодичес^ ки обновляемой информации. К таким данным относятся результаты лабораторных исследований качества топлива и содержания некоторых токсичных компонентов в уходящих дымовых газах и сбросных водах ТЭС, автоматическое измерение которых не обеспечено средствами технического контроля в принятом к реализации варианте функционирования подсистемы.

7.6.4, Характеристика комплекса задач

В зависимости от технической оснащенности объекта управления датчиками прямого контроля содержания вредных компонентов в дымовых газах эта функция может быть реализована с использованием различных алгоритмов.

Предпочтительным вариантом, характеризующимся высокой точностью и простотой программного обеспечения, является осуществление учета величины выбросов по результатам непосредственного прямого замера концентрации токсичных компонентов в дымовых газах.

При отсутствии необходимых средств технического контроля содержания всех вредных составляющих в продуктах сгорания функция может быть реализована с использованием косвенных режимных параметров, получаемых от штатных средств технического контроля, с учетом экологических характеристик энергоблоков, определенных экспериментальным путем.

Кроме того, независимо от наличия средств контроля, в соответствии с требованиями по составлению отчетов по форме 2-ТП воздух в подсистеме должна функционировать задача расчета валовых выбросов вредных веществ, основу алгоритма которой составляет «Методика определения валовых выбросов в атмосферу от котлов ТЭС». Эта задача осуществляет обработку информации как на блочном, так и на общестанционном уровне и обеспечивает оперативный

сводящий персонал ТЭС оперативной и статистической отчетной^информацией.

Среди функций управления подсистемы важными и в то же время версальпыми, не зависящими от принятых технических решений по очистке дымовых газов, являются функции контроля и управления

процессом горения топлива и распределения нагрузок между энергоблоками с учетом их экологических характеристик. Функция контроля и управления процессом горения реализуется на блочном уровне и предназначена для контроля выбросов вредных веществ и поддержания режимных параметров котла на уровне, обеспечивающем минимальные выбросы оксидов азота при данной нагрузке. В качестве регулируемых параметров, на которые оказывается управляющее воздействие, используются коэффициент избытка воздуха в топке, доля рециркуляции дымовых газов, расход воды или водяного пара, впрыскиваемых в топочную камеру, соотношение «топливо-воздух» для каждого горелочного устройства и по отдельным каналам горелки. Функция распределения нагрузок между котлоагрегатами определяет оптимальный вариант нагрузки для каждого энергоблока с учетом его экологических характеристик, определенных предварительно экспериментальным путем и обработанных в виде эмпирических зависимостей, включенных в базу нормативно-справочной информации.

Организационно-техническая сущность функций контроля и управления установками очистки дымовых газов полностью определяется технологической схемой применяемого способа очистки, однако обязательными элементами этих функций является контроль состава газов на входе и выходе из установки, управление работой регулирующих органов и дозирующих устройств, осуществляющих подачу химического реагента для восстановления N0^ и поглощения окислов серы и соответствующий вывод продуктов химической реакции из цикла очистки, а также диагностический контроль технического состояния оборудования установок с выдачей рекомендаций оперативному персоналу о необходимости своевременного проведения профилактического обслуживания.

Снижение выбросов оксидов азота энергетическими котлами представляет собой довольно сложную задачу. Возможности относительно дешевых первичных методов подавления оксидов азота ограниче-

ны. В н е д р е н и е д е н и т р и ф и к а ц и о н н ы х установок, р е а л и з у ю щ и х хими- ческие методы, сдерживается и х дороговизной, а во многом вследствие

газа и о к с и д о в азота о з о н н ы м методом, а по очистке только от оксидов азота — а м м и а ч н о - к а т а л и т и ч е с к и м м е т о д о м п у т е м восстановлений окиси азота до молекулярного азота с п р и м е н е н и е м катализаторов из пятиокиси ванадия и окиси титана.

В качестве в о з м о ж н ы х вариантов р а с с м о т р е н ы наиболее распро - страненные и т е х н и ч е с к и а п р о б и р о в а н н ы е с х е м ы восстановления ок- с и д о в азота а м м и а ч н о - к а т а л и т и ч е с к и м (рис. 7 . 3 ) и сероочистка д ы м о - в ы х газов м о к р ы м и з в е с т к о в ы м с п о с о б а м и (рис. 7.4).

£

(Г

Г

-5

X

Каталитическое восстановление азота из оксидов удовлетворительно протекает в интервале температур 300-^00° С, поэтому ввод аммиака осуществляют непосредственно в уходящие дымовые газы в зоне установки водяного экономайзера. После этого дымовые газы проходят через решетку катализатора, где каталитический эффект проявляется при диффузии N0^ и NHj, к поверхности катализатора. В результате реакции оксидов азота с аммиаком образуются молекулярный азот и водяные пары. При правильной организации процесса концентрация оксидов азота может быть снижена на 75-90%. Проскок аммиака приводит к забиванию воздухоподогревателя или решетки самого катализатора.

Для поддержания оптимального режима каталитического восстановления азота функция управления азотоочисткой должна обеспечить точную дозировку аммиака с таким расчетом, чтобы мольное отношение NH^/NO^ поддерживалось в диапазоне 0,75...0,95 в зависимости от отношения расхода газов и объема катализатора. Эта дозировка оп-