Защита окружающей среды на предприятиях электроэнергетики
Влияние вредных выбросов электростанций на природу и человека Высокое содержание в атмосферном воздухе различных загрязнений неблагоприятно сказывается на всем комплексе живой природы. Отрицательное влияние загрязнений атмосферы выражается в ухудшении здоровья людей и животных, снижении урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животных. Воздействию вредных веществ подвержены лесные угодья. Загрязнение атмосферы влияет на коррозионные процессы строительных конструкций, ускорение износа зданий и оборудования.
Выбросы золы и очистка от них Зола представляет из себя твердые частицы негорючих элементов угля. В основном - это оксиды кремния (SiO 2 ), железа (Fe 2 O 3 ), алюминия (Аl 2 O 3 ), магния (MgO), кальция (СаО), серы (SO 3 ) 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.
Однако, основной параметр, характеризующий золовые частицы - это их размеры или дисперсность. Они колеблются в широких пределах - от десятых и сотых долей микрона до 100 мкм и более, и зависят от способа сжигания. Следует отметить, что наибольшую опасность для человека представляют частицы размером 0,5...5 мкм, более крупные задерживаются в полости носа, более мелкие - выдыхаются. Содержание именно этого диапазона частиц в приземном слое атмосферы способствует возникновению у человека болезненных симптомов, вплоть до повышения смертности
Наиболее распространенными методами сероочистки являются следующие: мокрый известняковый (известковый) способ [23, 34, 95, 101,103]; мокро-сухой способ [6, 30, 34]; магнезитовый циклический способ [10, 33]; аммиачно-циклический способ [7, 78]; сухой известняковый (аддитивный) способ [27, 34]. В их основе лежит использование реагента для связывания оксидов серы. В качестве такого вещества чаще всего выступает известняк СаСО 3 (карбонат кальция) или известь Са(ОН) 2 (гидрат оксида кальция), так как они являются наиболее дешевыми щелочными реагентами. КПД сероподавления лежит в пределах % при разнице в затратах для мокрых способов (с учетом эксплуатационных издержек) на уровне 20%
Типы и характеристики золоуловителей К основным требованиям, предъявляемым к системам золоулавливания, относятся высокая эффективность и эксплуатационная надежность. На ТЭС применяются три типа золоуловителей: аппараты сухой инерционной очистки газов (жалюзийные золоуловители, циклоны, прямоточные циклоны, батарейные циклоны): аппараты мокрой очистки газов: электрофильтры. Каждый тип золоуловителя рассчитан на определенные условия работы. К ним относятся допустимая температура уходящих газов, возможность размещения на открытом воздухе и восприятия нагрузок от подводящих газоходов и площадок обслуживания, наличие необходимого количества воды для мокрых золоуловителей, система транспорта и использования золы.
Инерционные золоуловители В качестве инерционных (механических) золоуловителей наибольшее распространение получили циклоны, в которых осаждение твердых частиц происходит за счет центробежных сил при вращательном движении потока. Поступающий тангенциально через входной патрубок (рис.4, а) газ движется в канале, образованном наружной и внутренней цилиндрическими поверхностями циклона, где под действием центробежных сил происходит отделение пыли. Затем очищенный газ удаляется через внутренний цилиндр вверх, а осевшая на наружной стенке зола ссыпается под действием силы тяжести вниз в коническую воронку и далее в общий бункер. Рис.4. Циклонные золоуловители: а – принципиальная схема циклона; б – элемент батарейного циклона БЦУ типа Энергоуголь; в – батарейный циклон; 1 – входной патрубок запыленного газа; 2 – циклонный элемент; 3 – трубные доски; 4 – выходной патрубок очищенного газа; 5 – бункер для золы
Прочие инерционные золоуловители Не так широко, как циклоны или батарейные циклоны применяются на ТЭС другие типы инерционных золоуловителей. Однако, в промышленной теплоэнергетике, металлургии, нефтегазовой промышленности, деревообрабатывающем производстве и некоторых других семейство циклонных пылеуловители представлено достаточно разнообразно. К ним относят: жалюзийные пылеуловители; вихревые пылеуловители; отражательные инерционные пылеуловители; ротационные пылеуловители.
Жалюзийные пылеуловители Жалюзийные пылеуловители - это аппараты для очистки газов от пыли инерционного действия. Движущийся в газопроводе запыленный поток встречается с жалюзийной решеткой, состоящей из ряда наклонно установленных пластин, рис.5. Рис. 5. Схема действия жалюзийного пылеуловителя
Вихревые пылеуловители Вихревые пылеуловители (ВПУ) - это аппараты центробежного действия для очистки газов от пыли. Отличительная особенность ВПУ - высокая степень очистки газов от тончайших фракций (
Отражательные инерционные пылеуловители Отражательные инерционные пылеуловители - это аппараты для выделения пыли из газового потока, в которых происходит изменение направления газового потока. Сталкиваясь с каким-нибудь телом, обтекая его, частицы пыли или капли, обладающие большей инерцией, ударяются о поверхность тела и оседают на ней. Некоторые типы отражательных пылеуловителей приведены на рис.7. Рис.7. Отражательные инерционные пылеуловители: а - с перегородкой; б - с плавным поворотом газового потока; в - с расширяющимся конусом; г - с боковым подводом газа;
Ротационные пылеуловители Ротационные пылеуловители - это аппараты для очистки газов от пыли, центробежного действия, которые одновременно с перемещением газов очищают его от фракций пыли крупнее 5 мкм. Конструктивная схема простейшего пылеуловителя ротационного типа представлена на рис.8. Рис.8. Пылеуловитель ротационного типа: 1 - вентиляторное колесо; 2 - кожух; 3 - пылеприемное отверстие; 4 - выхлопной патрубок
Классификация способов сероочистки абсорбционные, при которых сернистый ангидрид связывается химически в промывочной жидкости физическим путем посредством молекулярного притяжения (абсорбция – поглощение вещества из растворов или газов твердыми телами или жидкостями, которое происходит во всем объеме поглотителя – абсорбента), например, абсорбция на основе соединений аммиака (NН 3 ) к которым можно отнести процесс «IFP» (Французский институт нефти) по которому работает более 40 установок в мире (в том числе 10 в США), процесс Cominco (Cominco Engineering Services Limited), Британская Колумбия, Канада; процессы «Соксал», «Сульф-икс», США; процесс «Elsorb», Норвегия; процессы «E-SO X », «Lids», кампания Бабкок-Вилклкс, США [282] и др.; адсорбционные, при которых происходит связывание сернистого ангидрида с поверхностью твердого материала чисто физическими силами взаимодействия (адсорбция – поглощение вещества из растворов или газов твердыми телами или жидкостями, которое происходит только на поверхности поглотителя – адсорбента, например активированного угля); хемосорбционные, при которых происходит химическое связывание с твердым материалом. Вышеперечисленные способы можно разделить на мокрые и сухие в зависимости от того, в какой фазе происходит процесс связывания сернистого ангидрида.
Опытно-экспериментальная установка (ОЭУ) мокрого известнякового метода Губкинской ТЭЦ За три года эксплуатации (1990…1993 гг.) число часов использования установки составило около 6000, максимальная длительность непрерывной работы – 30 суток. Данный период эксплуатации показал, что: основное оборудование отделения приготовления известняковой суспензии работает надежно, что позволяет исключить из схемы некоторые элементы (мельницу мокрого помола, гидроциклоны и сборник известнякового ратсвора); степень очистки дымовых газов от диоксида серы составляет 85…90%; применение мазута для подсвета ингибирует процессы абсорбции и уменьшает степень очистки до 70%; после 6000 часов работы 80% форсунок абсорберов вышли из строя; отмечена ненадежная работа арматуры, соединительных трубок, регулирующей аппаратуры практически на всех участках установки; высокий абразивный износ насосов- дозаторов. Рис.1. схема опытно-экспериментальной установки Губкинской ТЭЦ 1 – дымовые газы от котла; 2 – абсорбер первой ступени; 3 – абсорбер второй ступени; 4 – выход очищенных газов к дымовой трубе; 5, 6 – циркуляционные сборники; 7 – линия подачи известняковой суспензии; 8 – сгуститель пульпы; 9 – сборник сгущенной пульпы; 10 – автоклав; 11 – вакуумный фильтр; 12 – сушилка; 13 – гипс на склад
Дымовые трубы С развитием энергетики дымовые трубы стали использоваться для рассеивания содержащихся в дымовых газах вредных примесей в атмосферном воздухе до допустимых концентраций. По мере повышения мощности электростанций и ухудшения качества топлива для обеспечения необходимого рассеивания потребовались трубы большой высоты 200, 300 м и более. Прогрессивным решением в отношении строительства высоких дымовых труб явилось применение монолитных железобетонных стволов, выдерживающих ветровые и весовые нагрузки. Железобетон, являясь прочным материалом, оказался не способным противостоять воздействию сернистых соединений, влаги и повышенной температуры дымовых газов. Поэтому возникла необходимость создания второй, внутренней оболочки, имеющей назначение ограждающей поверхности для агрессивных дымовых газов.
Сточные воды ТЭС и их очистка Классификация сточных вод ТЭС К сточным, или сбросным, водам кроме вод систем охлаждения относятся: сбросные воды систем гидрозолоулавливания (ГЗУ), отработавшие растворы после химических промывок теплосилового оборудования или его консервации: регенерационные и шламовые воды от водоочистительных (водоподготовительных) установок: нефтезагрязненные стоки, растворы и суспензии, возникающие при обмывах наружных поверхностей нагрева, главным образом воздухоподогревателей и водяных экономайзеров котлов, сжигающих сернистый мазут. Составы перечисленных стоков различны и определяются типом ТЭС и основного оборудования, ее мощностью, видом топлива, составом исходной воды, способом водоподготовки в основном производстве и, конечно, уровнем эксплуатации.
Обработка сбросных вод водоподготовительных установок Методы очистки сточных вод подразделяются на механические (физические), физико-химические, химические и биохимические. Непосредственное выделение примесей из сточных вод может быть осуществлено следующими путями (механические и физико- химические методы): механическое удаление крупных примесей (на решетках, сетках); микропроцеживание (мелкие сетки); отстаивание и осветление; применение гидроциклонов; центрифугирование; фильтрование; флотация; электрофорез; мембранные методы (обратный осмос, электродиализ). Выделение примесей с изменением фазового состояния воды или примеси (физико-химические методы): примесь - газовая фаза, водажидкая фаза (дегазация или отгонка с паром); примесь - жидкая или твердая фаза, вода - жидкая фаза (выпаривание); примесь и вода - две жидкие не смешивающиеся фазы (экстракция и коалесценция); примесь - твердая фаза, вода - твердая фаза (вымораживание); примесь - твердая фаза, вода - жидкая фаза (кристаллизация, сорбция, коагуляция).
Рис.1. Принципиальная схема установки для обезвоживания шлама продувки осветлителей: 1 - подвод шлама; 2 - осветленная вода на ВПУ; 3 - техническая вода; 4 - воздух; 5 - обезвоженный шлам; 6 - барабанно-вакуумный фильтр; 7 - воздуходувка; 8 - вакуум-насос; 9 - ресивер; 10 - бак постоянного уровня; 12 - насос; 12 - емкость; 13 - бункер для обезвоженного шлама Рис.5. Схема типовой нефтеловушки : 1 сточная вода; 2 приемная камера; 3 отстойная зона: 4 очищенная вода; 5 вертикальные полупогруженные перегородки; 6 нефтесборные трубы; 7 пленка всплывших нефтепродуктов
Охрана окружающей среды от вредного воздействия АЭС На АЭС различают два основных потока газов, загрязненных радиоизотопами: технологические газы, образующиеся при стационарном режиме работы оборудования и на стадиях перегрузки топлива в реактор; вентиляционные газы, поступающие в атмосферу из помещений АЭС. Существует два способа очистки технологических газов: 1) выдерживание газов в газгольдерах до тех пор, пока не произойдет естественный распад радиоактивных изотопов. После этого газы выбрасывают в атмосферу. Недостатком этого способа является необходимость длительного хранения больших количеств газов в газгольдерах; 2) сорбция радиоактивных элементов на активированном угле или других сорбирующих материалах. Через какое-то время, когда произойдет распад на сорбенте радиоактивных элементов, газ выделяют в атмосферу, а сорбирующие материалы вновь используют в процессе. Вентиляционный воздух очищают на фильтрах. Наибольшее распространение получили фильтры, выполненные на основе тканевых материалов ФПП и ФПА. Они представляют собой слой ультратонких (1,5 2,5 мкм) волокон перхлорвинила, нанесенных на марлевую подкладку. Жидкими отходами АЭС являются кубовый остаток, образующийся при выпарке высокоминерализованных трапных вод и дезактивационных растворов, отработанные ионообменные смолы и дебалластные воды. Для очистки различных видов отработанных вод применяют традиционные методы очистки ионный обмен, фильтрацию и выпаривание. Отработанные ионообменные смолы подлежат захоронению как радиоактивные отходы. Кубовый остаток битумируют, а потом передают на хранение. В настоящее время имеется 257 мест хранения и поверхностного захоронения радиоактивных отходов, на которых сосредоточено 405 млн м 3 жидких и около 300 млн т твердых отходов, суммарная активность которых превышает 1000 млн Ки. Кроме того, в глубоких геологических формациях сосредоточено свыше 1,05 млрд Ки жидких отходов.