Пути снижения вредных выбросов ТЭС на органическом топливе

Введение Природа не терпит неточностей и не прощает ошибок . ( Р. Эмерсон ) В жизни человека окружающая пр иродная среда является источником существования, а ископаемые при родные ресурсы и вырабатываемая из них энергия являются неотъе млемой частью развития современного общества. Без энергетики у человека нет будущего, в настоящее время эти слова очень актуальны. Но как у любой друг ой медали, у энергетики есть и обратная сторона, это её отрицательное воз действие на человека, растения и всю природу . Еще 50 лет назад люди мало задумывались об это м, ставили первоочередной задачей получение электрической и тепловой энергии. Именно сейчас можно заметить как пере плетается введение каких-либо новых технологии на ТЭС с экологическими воздействиями на природу. В данной работе рассмотрены возможные рекомендации и пут и уменьшения выбросов на ТЭС. Материал взят из конспект ов лекций .[1] Вредные выбросы Взаимодействие человека с природой, можно показать на наглядном пр имере. Человек, направляет свои усилия на природу, чтобы получить и с копаемые, которые являются сырьем для его дея тельности. Сырье попадает в общество и распределяется по производствам. В результате общество получ а ет необходи мый продукт, но, при этом, и вредное воздействие, как от самого продукта, та к и от отходов производств. Вредное воздействие испытывает та к же и природа, что опять-таки отражается на человек е: уменьшение природных продуктов питания, увеличение заболеваний (от хр онических простудных до г е нетических и д аже мутаций) и т.п. Учитывая огромный ущерб , причиняемый как окружающей среде, так и человеку, санитарным законодат ельством промышленно развитых стран уст а новлены предельно допустимые концентрации (ПДК) веществ, загрязняющих воздух, водоемы и почву. Для каждой стр ан уровни ПДК свои. Единые межд у народные с тандарты до сегодняшнего дня не выработаны. Тем не менее, большинство ст ран (такие как Германия, Великобритания, Дания, Голландия, Италия, Венгрия , Польша, Россия, Норвегия, Финляндия и т.д.) повсеместно стремятся к снижен ию вредных выбросов и ужесточению требований к пре д приятиям загрязняющим окружающую среду. ПДК – это норматив конц ентрации химического соединения, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм челов е ка не приводит к каким-либо патологическим изменениям в состоян ии здоровья человека, а также не нарушает биологического оптимума для че ловека. Таким образом под вредным понимают такое воздейств ие, которое превышает ПДК, а вредный выброс- это выброс какого-либо вещест ва в количестве превышающий ПДК. ПДК вредных веществ (т.е. веществ, которые при контакте с организмом человека могут привести к производственной т равме, профессиональным заб о леваниям ил и отклонениям в состоянии здоровья, либо химическое вещес т во, вызывающее нарушение в росте, развитии или сос тоянии здоровья орг а низмов, в том числе в цепи поколений) устанавливаются в воздухе рабочей зоны, атм о сферном воздухе и в воде водных объектов. ПДК РЗ – предельно допустимая концентрация вредного вещества в во з духе рабочей зоны, мг/м 3 . ПДК МР – максимально разовая концентрация в редного вещества в возд у хе населенных ме ст, мг/м 3 . ПДК СС – среднесуточная предельно допустим ая концентрация (т.е. ко н центрация загрязн ителя в воздухе не оказывающая на человека прямого или косвенного вредн ого воздействия при круглосуточном вдыхании), мг/м 3 . ПДК В – предельно допустимая концентрация в редных веществ в воде в о доемов, мг/дм 3 . Большинство современны х электростанций вынуждены работать в усл о виях фоновых загрязнений, создаваемых как другими предприятиями, т ак и собственно средой района функционирования. При этом фоновым загрязнен и ем атмосферного воздуха считается загрязнение без учета выб росов рассма т риваемого предприятия. Поэ тому при изучении выбросов конкретного источника сл е дует учитывать фоновое загрязне ние по каждому ингредиенту. Для каждого из выбрасыва емых веществ должно соблюдаться условие: , где с i – приземная концентрация i -го вещества, мг/м 3 ; ПДК i – значение ПДК i -го вредного вещества. Значения ПДК некоторых веществ даны в табл.2. В табл.3 показано влияние за грязнений атмосферного воздуха на состояние здоровья человека. Значение предельно допустимых концентраций вредных веществ в атмосфе ре воздуха Таблица 2 Заг рязняющее вещество ПДК М.Р. , мг/м 3 ПДК С.С. , мг/м 3 Класс опасности Зола ТЭС 0,05 0,02 2 Сажа 0,15 0,05 3 Окислы серы 0,5 0,05 3 Диоксид азота 0,085 0,04 2 Оксид азота 0,6 0,06 3 Оксид углерода 5 3 4 Пентаксид ванадия - 0,002 1 Бенз(а)пирен, С 20 Н 16 - 0,1 мкг/ 100 м 3 1 Аммиак, NH 3 0,2 0,04 4 Сероводород, H 2 S 0,008 - 2 Влияние загрязнений атмосферного воздуха на состояние здор овья человека Таблица 3 Загрязнение Повыш ение смертности и обращаем о сти в больн и цы (среднес у точная концентр а ция) Ухудшения состояния п а циентов с л е гочными з а болеваниями (средн есуточная конце н трация) Ухудшение дыхательных симптомов (среднегодовая конце н траци я) Изменение видим ости, ощущение дискомфорта (среднегодовая конце н трация) SO 2 мг / м 3 0,5 0,5…0,25 0,1 0,08 Зола, мг/м 3 0,5 0,25 0,1 0,08 На ТЭС о сновным источн и ком загрязнения являются дымовые газы . Содержание вредных веществ в них опред е ляет не только состояние атмосферы, но во многом и состояние почв ы и водн о го бассейна, влияет на жизнь флоры и фауны и, конечно, человека. Именно ч е рез а тмосферные выбросы вокруг городов Ачинска, Назарово, Канска слож и лись ареалы техногенного изменения окружающе й среды диаметром до 20...30 км, где сильно нарушена структура почв, раститель ности, био- и микроценозов. Особенно тяжелая ситуация сложилась в крупны х промышленных центрах Сибири. В г. Ачинске, например, только глиноземный комбинат выбрасывает в атмосферу ежегодно около 160 тыс. т пыли, 22 тыс. т серн истого газа, 14,5 тыс. т оксидов азота. Аналогичная обстановка и в Новокузнец ке, Назарово, Пр о копьевске, Кемерово и ряде других городов. Спос обы уменьшения вредных в ыбросов Снижение выбросов вредн ых веществ возможно двумя путями: подавление в процессе сжигания топлив а и улавливания из дымовых газов. В настоящем реферате рассмотрены некот орые способы улавливания веществ из дымовых газов, а вопросы “ подавления ” оста лись за рамками работы (это отдельная и большая тема). Из всей гаммы токсичных веществ, находящихся в дымовых газах ТЭС , на и большую опасность представляют окислы азота (NO Х ) , зола, двуокись серы (SO 2 ), . Выбросы именно этих веществ регламентируются жесткими нормами (таб л.1). Ниже рассмотрены некото рые способы очистки дымовых газов. П ути снижения выбросов окислов азота (NO Х ). Источником оксидов азота на ТЭС является молекулярный азо т воздуха и азотосодержащие компоненты топлива. Первые часто называют "т ермич е ские", вторые - "топливные" оксиды азо та. Методы химической очис тки газов от NO Х бывают: · окислительные , осн ованные на окислении оксида азота в диоксид с посл е дующим поглощением различными поглотителями; · восстановительные , основанные на восстановлении оксида азота до азота и кислорода с приме нением катализаторов; · сорбционные , основ анные на поглощении оксидов азота различными со р бентами (цеолитами, торфом, коксом, водными растворами щелочей и др.). Применительно к очист ке дымовых газов котлов наиболее перспективны восстановительные метод ы. Один из них - метод восстановления с помощью аммиака. Этот метод основан на взаимодействии аммиака с оксидами азота при определенных температу рах по следующим основным реакциям: 4NO+4NH 3 +O 2 4N 2 +6H 2 O; 6NO+8NH 3 7N 2 +12H 2 O. При высоких температурах (900...1100 О С) они протек ают без катализ а торов. Дозирование аммиа ка осуществляется в зависимости от режимов раб о ты котла, чтобы исключить его проскок в атмосферу (на практике по лностью и с ключить проскок аммиака не уда ется и он может составлять 3,8 мг/м 3 ). При более н изких температурах (573...723 К) реакция разложения оксидов азота протекает то лько в присутствии катализатора. В качестве катализаторов и с пользуются оксиды различных металлов (титан, хро м, ванадий). Они наносятся на элементы с развитой поверхностью, выполненн ые в виде сот, гранул или пластин. В связи с опасностью использования аммиака (высокая токсичность), и нео бходимостью специальных мер защиты персонала, за рубежом, в частности в Германии, проходят промышленные испытания установки с использов а нием вместо аммиака карбамида, по другому моч евины (NH 2 ) 2 СО. Степ ень во с становления оксидов азота достиг ает 80...90%. Следует отметить, что в последнее время наибольшее внимание удел я ется таким методам, которые позволяют одновр еменно снижать выбросы не только оксидов азота, но и серы. В этом направле нии изучаются возможности традиционных способов очистки и ведутся раб оты по созданию новых и в н а шей стране и за рубежом. Выбросы золы и очистка от них . Зола представляет из себя твердые частицы негорючих элементов уг ля. В основном - это оксиды кремния (SiO 2 ), железа (Fe 2 O 3 ), алюминия (Аl 2 O 3 ), ма г ния (MgO), кальция (СаО), серы (SO 3 ) и некоторые другие, в том числе незнач и тельное количество мышьяка и тяжелых металлов (свинец, ванадий, хром , цинк). Для разных углей элементарный состав золы может значительно отл и чаться друг от друга. Однако, основной параметр, характеризующий золовые частицы - это их раз меры или дисперсность. Они колеблются в широких пределах - от десятых и со тых долей микрона до 100 мкм и более, и зависят от способа сжигания. Следует отметить, что на ибольшую опасность для человека предста в ляют частицы размером 0,5...5 мкм, более крупные задерживаются в полости носа, более мелкие - выдыхаются. Аппараты золоочистки, то чнее - уловители аэрозолей, и диапазон разм е ров улавливаемых ими частиц показан на рисунке 1. Кроме предста вленных на рисунке, существует ряд перспективных пыл е улавливающих устройств. К ним относятся: конденсационный п ылеуловитель, в котором применены два механизма осаждения (во- Рис. 1. Аппараты для улавливания взвешенных частиц первых, укрупнение частиц при конденсации на них паров из п арогазовой смеси путем смешения очища е м ых газов с паром, во вторых - частицы (при охлаждении парогазовой смеси) за хватываются потоком пара, диффундирующим к центрам конденсации (ка п лям охлаждающей жидкости) или охлаждающим п оверхностям. Таким сп о собом можно осадит ь даже субмикронные частицы. В последнее время особое внимание уделяется возможн остям золоул о вителе й подавлять окислы серы и азота путем ввода в орошающую воду ра з ных добавок. В разных случаях (в зависимо сти от вида топлива, его качества, режима работы котла, типа присадок и сп особа их ввода и т.п.) можно снизить эти выбросы на 10...20%. Выбросы серы и очистка от ни х Твердое топливо может содержать серу в следующих формах: колчедан а Fe 2 S и пирита FeS 2 в со ставе молекул органической части топлива и в виде сульфатов в минеральн ой части. Соединения серы в результате горения пр е вращаются в оксиды серы, причем около 99% составляет сернистый ан гидрид SO 2 , остальная часть выделяется в виде т риоксида серы SO 3 либо сульфатов СаSO 4 . Наиболее распространенными методами сероочистки являются следу ю щие: а) мокрый известняко вый (известковый) способ б) мокро-сухой способ в) магнезитовый циклический способ г) аммиачно-циклический способ д) сухой известняковый (аддитивный) способ. В их основе лежит испол ьзование реагента для связывания оксидов с е ры. В качестве такого вещества чаще всего выступает известняк СаСО 3 (карб о нат кал ьция) или известь Са(ОН) 2 (гидрат оксида кальци я), так как они являются наиболее дешевыми щелочными реагентами. КПД серо подавления лежит в пределах 80...90% при разнице в затратах для “мокрых” спосо бов (с учетом эксплуатационных издержек) на уровне 20% . При относительно равн ых возможностях сероподавления и равных з а тратах на производство и эксплуатацию вид, сероочистки должен опре деляться как свойствами используемого угля, так и свойствами его золы. Д ля КАУ, н а пример, при высоком содержании С а в золе, неприемлемы “мокрые” способы сероподавления из-за образования в аппаратах сероочистки трудноудаляемых отложений гипса. В то же время, “сухой” известняковый способ является на и более простым и требует минимальных капиталовложений. Сущность способа заключается в добавлении к сжигаемому топливу и з вестняка или доломита в количестве, примерно в два раза превышающем ст е хиометрически содержание серы в исходном топливе. В топке под воздейств и ем температуры известняк диссоциирует на углеки слоту и оксид кальция, а п о следний взаимод ействует с сернистым ангидридом: CaCO 3 t CaO+CO 2 CaO+SO 2 +1/2O 2 CaSO 4 В результате образуется сульфат кальция, который вместе с золой ула в ливается в золоуловителях. Заключение. В данном реферате рассм отрены некоторые пути уменьшения вредных выб росов: 1) Окислов азота. Методы химической очист ки: · окислительные · восстановительн ые · сорбционные. 2) Золы. · Системы золоулавлив ания. 3) Серы. Способы: · мокрый известняковы й (известковый) способ · мокро-сухой способ · магнезитовый циклический спосо б · аммиачно-циклический способ · сухой известняковый (аддитивный ) способ. Следует и меть в виду, что сущ ествует большое разнообразие способов и методов очистки, здесь рассмотрены далеко не все. Список литературы 1) Щинников П.А., Особенно сти природоохранных мероприятий на ТЭС . Курс лекций. http :// tes . power . nstu . ru / index . php ? id =21