Особенности природоохранных мероприятий на ТЭС
1. Перспективные направления развития природоохранных технологий
В мире (и, в частности, в нашей стране) обозначилась тенденция к перераспределению общего топливного баланса, где доля использования твердых топлив, по отношению к жидким и газообразным, возрастает главным образом за счет более широкого вовлечения в энергобаланс низкосортных углей [21, 78]. Причина этого лежит в ограниченности мировых запасов нефти и газа по сравнению с углем с одной стороны, и в возможностях создания технологий сжигания угля, удовлетворяющих жестким экологическим требованиям, с другой.
В нашей стране крупнейшими из эксплуатируемых месторождений бурого угля являются канско-ачинские. Их использование во многом определяет энергетическую политику государства. Поэтому предполагается дальнейшее развитие канско-ачинского энергетического комплекса (КАТЭКа) [60, 65], включая и социальную инфраструктуру региона вместе с ее тепловыми потребителями. Кроме того, угли бассейна используются почти по всей территории Сибири и Дальнего Востока, часто в крупных промышленных центрах на ТЭЦ. В этой связи следует отметить, что снабжение ряда сибирских ТЭС канско-ачинскими углями (КАУ) характеризуется резким изменением качества поставляемого топлива относительно проектного [88]. В свою очередь, при поставках несортового топлива на ТЭС, не приспособленных к надежному его сжиганию, нарушается надежность работы оборудования, надежность энергообеспечения, ухудшаются экологические показатели, экономичность, оборудование быстрее стареет, снижается безопасность его эксплуатации. Это требует проведения комплекса работ по усреднению качественных характеристик топлива либо на месте добычи, либо, путем обогащения, в технологической схеме топливоподготовки ТЭС. При этом экологическая обстановка как в целом на КАТЭКе, так и в отдельных городах крайне тяжелая [60, 65, 69].
Таблица 1.Развитие электроэнергетической системы Сибири
| Показатель | 1990 г. | 1995 г. | 2000 г. |
| Электропотребление по Сибири в целом, млрд. кВт×ч,в т.ч. ОЭЭС Сибири | 307223 | 350...365250...258 | 410...430270...285 |
| Установленная мощность электростанций ОЭЭС Сибири, млн. кВт: | |||
| всего | 47,6 | 61...61,2 | 71...71,5 |
| в т.ч. ГЭС | 22,4 | 26,6 | 28,5 |
| ТЭЦ | 15 | 20 | 25 |
| КЭС | 10,2 | 14,4...14,6 | 17,6...18 |
| из них КЭС КАТЭКа | 1,6 | 4 | 8,8 |
Положение усугубляется тем, что парк энергетического оборудования в значительной степени морально и физически устарел. Мощность морально устаревшего оборудования в стране более 5 млн. кВт при удельных расходах топлива более 400 г/кВт×ч, причем значительная часть этого оборудования сосредоточена в Сибирьэнерго [31].
Предполагаемое развитие электроэнергетической системы Сибири показано в табл.1, откуда видно, что основное направление для обеспечения роста электротеплопотребления Сибири - строительство ТЭЦ. В то же время прогнозируемая добыча угля на КАТЭКе в 2000 г. должна составлять 110...115 млн. т/год против 60 млн. т/год в 1990 г. из которых 70% потребляет Минэнерго [60].
В то же время, в условиях увеличения потребления угля электростанциями, для предотвращения только увеличения суммарного выброса в окружающую среду вредных веществ потребуется значительное улучшение экологических показателей [132] (на базе создания новых технологий сжигания твердых топлив) не только вновь вводимых мощностей, но и действующих, так как существующий в настоящее время уровень очистки является недостаточным. Создание таких технологий особенно актуально для крупных промышленных центров с их теплоцентралями.
Отличительной особенностью ТЭЦ является комбинированная выработка электрической и тепловой энергии. Это определяет их строительство вблизи потребителей тепла, что всегда предполагает развитую жилищно-коммунальную и бытовую инфраструктуру. Именно выработка тепла и близость густонаселенных жилых районов определяет остальные особенности ТЭЦ - по выбору промплощадки, установленной и единичной мощности, несению нагрузки, включению в единую энергосистему (ЕЭС), резервированию мощности и др. Причем особенное значение приобретают такие факторы (особенно для крупных городов) как сложившаяся схема тепловых, транспортных, кабельных и др. коммуникаций, водоснабжение, фоновые загрязнения, роза ветров, другие. Сегодня, в связи с переходом к рыночной экономике, появились новые факторы требующие учета. В первую очередь - это вопросы финансирования всех видов работ от проектирования до строительства. Кроме того, часть предприятий, выпускающих энергетическую продукцию, волею судеб оказалась за границей, что, если и не ограничивает возможности выбора оборудования, то, как минимум, увеличивает капиталовложения за счет таможенных пошлин. Нельзя не отметить и возросшую роль социального фактора, так как сегодня сила общественного мнения порой может повлиять на принятие решения. С другой стороны, требования предъявляемые к экологически чистой ТЭС в какой-то мере решают вопросы безопасности граждан, на что в конечном счете влияет загрязнение окружающей среды [83], но, тем самым, осложняют (и без того непростую) проблему финансирования, так как добиться требуемой очистки выбросов без значительных финансовых затрат не представляется возможным. В то же время, нельзя забывать и возможность (а может быть и необходимость) энергообеспечения городов с учетом мнения населения, так как именно люди являются конечными потребителями электроэнергии и тепла. Такой подход предполагает наличие альтернативных вариантов энергоснабжения и еще более осложняет проблему финансирования как с точки зрения проработки нескольких альтернатив, так и с точки зрения проведения процедур по выяснению общественного мнения.
Доля загрязнения окружающей среды от действия ТЭЦ в значительной мере определяется совершенством котельного, паросилового и вспомогательного оборудования. Примечательно, что паросиловое оборудование и сопутствующие ему вспомогательные механизмы, включая и систему охлаждения конденсатора, оказывает лишь тепловое воздействие на окружающую среду и с дренажной водой через различные протечки охлаждающих жидкостей и смазывающих веществ. В то же время, от работы котельного оборудования, включая системы топливоподготовки и очистки дымовых газов, в основном зависит степень загрязнения окружающей среды. Главным образом, это связано с выбросом в атмосферу продуктов сгорания с температурой 120...150 ОС, аэрозольная часть которых в значительной степени осаждается на землю с осадками, а газовая часть может вступать во взаимодействие с атмосферной влагой, кислородом или другими элементами воздуха. Такие выбросы, кроме непосредственного воздействия на окружающую среду вблизи энергоисточника, в конечном итоге, приводят к образованию так называемых “кислотных дождей”, утонению озонового слоя Земли, увеличению толщины облачного покрова и возникновению парникового эффекта [117], и охватывают территории, расположенные за сотни, а то и тысячи [15] километров от источника выбросов. Вместе с тем, нежелательными экологическими факторами действия угольных ТЭС являются золоотвал, загрязнения с химводоочистки, промывок, другие относительно мелкие утечки от различных вспомогательных служб (мазутное хозяйство, склад ГСМ, гараж, газогенераторная, аккумуляторная, РММ и т.д.).
Очевидно, что элементная база создания новых технологий является одним из решающих факторов снижения вредных выбросов от действия ТЭС. В этой связи можно выделить два направления развития. Первое - это создание развитых систем серо-, азото- и золоочистки дымовых газов, в том числе и с утилизацией отходов в виде производства продукции для сельского хозяйства и стройиндустрии, и второе - это получение минимального содержания вредных веществ в дымовых газах за счет совершенствования топочных процессов, в том числе и создания развитых систем термической подготовки топлива.
2. Системы очистки дымовых газов - как элементная база создания новых технологий
Как уже отмечалось выше, дымовые газы являются основным источником загрязнения от действия ТЭС. Содержание вредных веществ в них определяет не только состояние атмосферы, но во многом и состояние почвы и водного бассейна, влияет на жизнь флоры и фауны и, конечно, человека. Именно через атмосферные выбросы вокруг городов Ачинска, Назарово, Канска сложились ареалы техногенного изменения окружающей среды диаметром до 20...30 км, где сильно нарушена структура почв, растительности, био- и микроценозов [60]. Особенно тяжелая ситуация сложилась в крупных промышленных центрах Сибири. В г. Ачинске, например, только глиноземный комбинат выбрасывает в атмосферу ежегодно около 160 тыс. т пыли, 22 тыс. т сернистого газа, 14,5 тыс. т оксидов азота. Аналогичная обстановка и в Новокузнецке, Назарово, Прокопьевске, Кемерово и ряде других городов [60, 65, 92].
Из всей гаммы токсичных веществ, находящихся в дымовых газах, наибольшую опасность представляют зола, двуокись серы (SO2) и окислы азота (NOХ). Выбросы именно этих веществ регламентируются жесткими нормами (Лекция№1, табл.1).
Существуют разные способы и системы очистки дымовых газов. Часто (для золы всегда) это аппараты, устанавливаемые после конвективных поверхностей нагрева котлов.
Зола представляет из себя твердые частицы негорючих элементов угля. В основном - это оксиды кремния (SiO2), железа (Fe2O3), алюминия (Аl2O3), магния (MgO), кальция (СаО), серы (SO3) и некоторые другие, в том числе незначительное количество мышьяка и тяжелых металлов (свинец, ванадий, хром, цинк). Для разных углей элементарный состав золы может значительно отличаться друг от друга. Например, в КАУ (в отличие от каменных углей Кузнецкого бассейна) окись кальция является одним из основных компонентов, но даже и для КАУ содержание СаО колеблется от 26 до 42,5% в зависимости от месторождения и разреза [88].