Проблемы экологии в энергетике Украины (стр. 2 из 4)

Радикальным путём уменьшения выбросов золы в атмосферу является оснащение отечественных ТЭС электрическими и рукавными фильтрами, соответствующими современному мировому уровню. Уже имеются примеры установки высокоэффективных электрофильтров западных фирм действующих ТЭС. Электрофильтры должны применяться не только для вновь разрабатываемых ТЭС, но и для технически перевооружаемых.

Во многих случаях существенного снижения выбросов золы удаётся достичь с помощью паллиативных мер. Для этого разрабатывают различные способы подготовки дымовых газов перед электрофильтрами. Наиболее простым является снижение их температуры путём отвода тепла в пароводяной контур в теплообменных аппаратах или прямого впрыска воды. Дополнительный эффект возникает если это стоки химводоподготовки.

Уже несколько лет эксплуатируется рукавный фильтр производительностью 9,1x10⁶ м³/ч. На нём получены вполне удовлетворительные показатели: эффективность улавливания 99,5-99,7%, потери давления меньше 1,5 кПа. Фильтр нормально регенерировался, работал при температурах газов до 180 С.

Эффективные методы снижения выбросов оксидов азота в атмосферу газомазутными котлами ТЭС

Оксиды азота снижают урожайность сельскохозяйственных культур, инициируют ряд опасных фотохимических реакций в атмосфере, «съедают» озон в дымовой струе электростанций и способствует увеличению озона до опасных концентраций на больших расстояниях от электростанций в сельскохозяйственных районах (юг Украины, Крым). Кроме того, для Украины, Белоруссии и ряда районов России имеет значение подкисление верхнего слоя почв и усиление сорбции радионуклидов в поверхностном слое. Актуальной проблемой теплоэнергетики Украины является эффективное снижение выбросов оксидов азота при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах.

Энергетика Украины поставляет в атмосферный воздух свыше 60% сернистого ангидрида и свыше 50% оксидов азота от общего выброса стационарными установками.

Ещё в 70-х годах полагали, что кислотные дожди определяются на 90-92% оксидами серы и лишь на 8-10% оксидами азота. Однако в 80-90-е годы в связи с увеличением доли природного газа, вводом в некоторых странах Европы систем сероочистки, а также с развитием автотранспорта, вклад оксидов азота в образование кислотных дождей увеличился в несколько раз и составляет 20-57%.

Обычно оксиды серы и азота находятся в атмосферном воздухе до 2-5 суток, перемещаясь с потоками воздуха на расстояния до 1000 км.

Рассеивание и трансформация некоторых веществ в атмосфере

Вещества	Масштабы трансформации Расстояние, км Время
NO	10	1 час
NO2	100-200	2 суток
HNO3	До 1000	4 суток
SO2	100-200	2 суток
H2S	100	1сутки
H2SO4	До 1000	5 суток
CH4	В глобальном масштабе	10 лет

За это время происходит их превращение в кислоты и сток из атмосферы с осадками в почву и поверхностные воды, главным образом, в виде слабых растворов серной, сернистой, а также азотной и азотистой кислот.

NO + O₃ NO₂ + O₂

NO + HO₂ NO₂ + OH

2NH₂ + H₂O ^{поверхность} HNO₂ + HNO₃

Азотная кислота оказывает существенное влияние на образование кислотных дождей. Если для ряда стран Европы её вклад в кислотные дожди 10-20%, то для Украины вклад оксидов азота в кислотные дожди находится в пределах от 35 до 50%. При этом имеется выброс с Украины на территорию России, Белоруссии, Турции, Молдовы и других стран и поступление оксидов азота из Германии, Польши, Румынии и других стран в соизмеримых количествах. Перенос оксидов азота с территории Германии в Украину, обычно в 5-7 раз превышает обратный перенос.

В 1991-94 годы за счёт снижения выработки электроэнергии и применения мероприятий по снижению образования оксидов азота выброс снизился на 36%.

Оксиды азота при горении топлив образуются по трём механизмам: «термическому», «топливному» и «быстрому». При сжигании газов образования оксидов азота идёт по двум основным механизмам: «термическому», разработанному Я.Б. Зельдовичем, имеющему очень сильную зависимость от температуры и «быстрому». Для «быстрого» механизма, разработанного С. Фенимором характерны:

а) слабая зависимость от температуры;

б) сравнительно сильная зависимость от избытка окислителя;

в) образование в начальной зоне горения.

Приведённые в Институте газа экспериментальные исследования позволили подтвердить взаимосвязь выхода «быстрых» NO с содержанием HCN в пламенах, а также подтвердить, что выход «быстрых» оксидов азота зависит от состава газообразных топлив.

По данным исследований, проведённых на специально сконструированной установке, позволяющей выделить «быстрые» NO_x, их концентрации при сжигании CO и H₂ существенно ниже, чем при горении метана и других углеводородных газов.

Основные загрязнители атмосферного воздуха

Загрязнители	Основные источники		Среднегодовая концентрация в воздухе мг / м3
	природные	искусственные
Твёрдые частицы (пыль, зола и др.)	Вулканические извержения, пылевые бури, лесные пожары, испарения морской соли и др. (94% от общего количества)	Сжигание топлива в промышленных и бытовых установках	В городских районах 0,04-0,4
Сернистый ангидрид	Вулканические извержения, окисление серы и сульфатов, рассеянных в море (50% от общего количества)	Сжигание топлива, нефтепереработка, чёрная и цветная металлургия	В городских районах до 0,5-1
Оксиды азота	Лесные пожары (93%)	Окисление атмосферного азота и азота топлива при высокой температуре – энергетика, промышленность, автомобили	В районах с развитой промышленностью и автотранспортом – до 0,2, в других до 0,05
Оксид углерода	Лесные пожары, выделения океанов, окисление терпенов (5-10% от общего количества)	Неполное сгорание топлива (автомобили, промышленность)	1-50 (в зависимости от интенсивности автотранспорта, близости металлургических производств)
Летучие углеводороды и их продукты	Лесные пожары, поступления природного метана (из почвы болот) и природных терпенов	Неполное сгорание органического топлива (автомобили), дожигание отходов, испарения растворителей и продуктов нефтепереработки	В районах с развитым автотранспортом и промышленностью – до 3

Весьма существенное значение имеет химический состав пыли. Например, содержание оксидов кремня в пыли более 10% делает её опасной для здоровья человека. По данным М. С. Гольденберга содержание оксидов кремня в пыли в воздухе большого города составляет 20,1-22,8%.

Б. П. Гуринов и Н. Я. Янышева, проводившие обследования загрязнения воздуха в районе одиннадцати ТЭЦ (теплоэлектроцентраль), работающих на угле, обнаружили, что максимальные концентрации твёрдых частиц в атмосферном воздухе имеют место на расстояниях в 8-10 раз больших высоты трубы. При отсутствии средств пылеулавливания в котельных установках малой производительности со слоевыми топками выброс твёрдых частиц в атмосферу соизмерим с выбросом их на ТЭЦ. Однако при слоевом сжигании только 3% выбрасываемых частиц имеет d< 10 мкм, а при пылеугонном – не менее 20-45%. При отсутствии систем пылеулавливания твёрдое топливо (уголь) поставляет в атмосферу в 100-200 раз больше твёрдых частиц, чем жидкое топливо. Выбросы твёрдых частиц в атмосферу всё ещё являются одним из наиболее серьёзных видов загрязнений, вносимых процессами горения в атмосферу городов.

Выброс в атмосферу твёрдых частиц

Потребитель топлива	Уголь		Жидкое топливо		Природный газ
	Кг/Гкал	%	Кг/Гкал	%	Кг/Гкал	%
Электростанции	1,83	100	0,102	5,6	0,0255	1,4
Промышленные котлы и печи	1,83	100	0,102	5,6	0,0312	1,7
Жилые здания, домовые котельные	1,83	100	0,151	8,2	0,0330	1,8

Оксиды серы

Одним из наиболее крупных и трудно поддающихся отчистке загрязнителей атмосферного воздуха, выбрасываемых главным образом энергетическими установками, являются оксиды серы. Ежегодный выброс в нижние слои атмосферы превышает 150 млн. т; при этом от 60 до 80% этого количества выбрасывается с продуктами сгорания котлов и печей.