Тепловые электростанции

На долю тепловых электростанций России приходится примерно три четверти производства электроэнергии в стране. В перспективе (100-150 лет) основным источником энергии будет ископаемое топливо.

Современная ТЭС мощностью 2,4 млн. кВт расходует 20 тыс. т угля в сутки и выбрасывает в атмосферу 680 т окислов серы (SO₂ + SO₃) при содержании серы в топливе 1,7 %; 200 т окислов азота (NO_x); 120 – 240 т золы, пыли, сажи при эффективности пылеулавливания 94 – 98 %.

Тепловые электростанции потребляют газ, уголь, мазут. Вся масса сжигаемого топлива превращается в отходы, причем продукты сгорания в несколько раз превышают массу топлива за счет включения кислорода и азота воздуха. Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива: нетоксичный газ (СО₂), водяные пары (Н₂О) и вредные вещества (зола и сажа, окись углерода (СО), окислы серы (SO₂ + SO₃), окислы азота (NO_x). Если выброс всех вредных веществ принять за 100 %, то на долю окислов серы приходится до 50 %, окислов азота – 30-35 %.

Топливо состоит из трех горючих элементов: углерода (С), водорода (Н) и серы (S). При горении происходит соединение кислорода с этими горючими элементами, сопровождающееся выделением тепла. Сера заметного вклада в выделение тепла не вносит, но с точки зрения загрязнения атмосферы первое место по массе принадлежит окислам серы.

Большинство энергетических углей и мазутов имеют невысокое качество. Практически все жидкое топливо – это мазут с высоким содержанием серы. Твердое топливо разнообразно по составу, но в целом отличается высоким содержанием серы (до 3,5 % и выше). Отсутствует сера только в газообразном топливе.

По современным оценкам в мире запасов угля хватит на 250 лет, газа – на 60, нефти – на 40 лет. Таким образом, при решении проблем экологии наибольшее внимание должно уделяться ТЭС, работающим на угле.

Характеристика вредных выбросов

Наибольшую опасность для окружающей среды представляют окислы азота (NO_x), серы (SO₂, SO₃), углерода (СО).

Окислы азота. Под NO_x понимают смесь окислов азота (NO, NO₂, N₂O₄, N₂O₃, N₂O), которую обычно приводят в пересчете на NO₂. Окислы азота в топках промышленных котлов образуются из азота воздуха и азота, связанного в топливе. Образование их зависит от коэффициента избытка воздуха, от температуры и технологии сжигания топлива. Наибольшие выбросы окислов азота имеют топки, работающие на угле, далее - на мазуте и наименьшее – газовые топки.

Окислы серы. Содержание серы в угле и мазуте достигает 3,5 % и выше. Основным окислом, образующимся при сжигании топлива, является SO₂ и только 5 – 7 % - приходится на SO₃.

Сера, содержащаяся в углях, представлена в виде неорганических (сульфиды металлов, сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов) и органических соединений. Часть серы органических соединений можно отделять в процессе обогащения сырья.

Окислы углерода. Двуокись углерода (СО₂) попадает в атмосферу при сжигании всех видов топлива. Ежегодно в атмосферу сбрасывается не менее 1×10¹⁰ т СО₂, в т. ч. в % для промышленно развитых стран в 1986 г.: США –
25 %, стран СНГ – 19 %, ЕЭС – 14 %, Китай – 10 %, остальной мир – 32 %. Повышение концентрации СО₂ в атмосфере препятствует охлаждению Земли вследствие парникового эффекта [11].

Окись углерода (СО) попадает в атмосферу в количестве десятков миллионов тонн. Специальными исследованиями установлено, что постоянное воздействие даже небольших концентраций этого газа вызывает сердечно-сосудистые заболевания.

Методы борьбы за снижение поступления в атмосферу вредных выбросов, образующихся при сжигании топлива, сводятся к первичным и вторичным мероприятиям.

Первичные мероприятия:

· очистка топлива от загрязняющих примесей (обогащение исходного сырья, использование водоугольных суспензий, водомазутных эмульсий);

· подавление образования вредных веществ при горении путем совершенствования топочных процессов сжигания органического топлива.

Вторичные мероприятия: технология улавливания вредных примесей из отходящих газов.

Уменьшить выброс двуокиси углерода (СО₂) в атмосферу можно, если ограничить использование углеродосодержащих топлив за счет:

· развития атомной энергетики;

· преобразования солнечного излучения в электроэнергию и химическую энергию (сельское хозяйство, искусственный фотосинтез);

· малой энергетики (геотермальные и ветровые электростанции, мини-гидростанции).

Тепловые выбросы ТЭС

КПД существующих тепловых электростанций находится в пределах 30 – 40 % и поэтому большая часть энергии теряется с теплом. Тепло сбрасывается в атмосферу, озера, пруды, реки, изменяя естественный термический баланс и оказывая отрицательное воздействие на окружающую среду. Какие пути уменьшения такого воздействия? Это:

· увеличение КПД энергоустановок;

· бессточные технологические системы и водооборотные циклы на базе очистки сточных вод;

· использование тепла в создании энергобиологических комплексов при электростанциях для производства продуктов питания, биопрепаратов;

· использование тепла для нужд теплофикации, сельского хозяйства.

Современное состояние защиты атмосферы от выбросов SO₂ и NO_x в энергетике можно оценить как неудовлетворительное. Ни одна из мощных отечественных ТЭС не осуществляет очистку дымовых газов от окислов серы и азота, при том что в стране имеется большой выбор запатентованных и проектных разработок по снижению выбросов вредных веществ. Причиной является отсутствие финансирования создания опытных образцов и промышленного испытания технологий.

В монографии [10] описывается опыт стран, являющихся передовыми в области охраны окружающей среды, имеющих национальные программы по снижению вредных выбросов работающими электростанциями, дается подборка патентов по методам очистки дымовых газов, по методам утилизации SO₂, по методам получения полезных продуктов (серы, серной кислоты, удобрений) из отработавших дымовых газов.