Влияние ТЭЦ на атмосферу

19

Содержание

Введение

1. Влияние вредных выбросов ТЭС на атмосферу

2. Охрана атмосферного воздуха в России: пути решения проблемы

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Энергия - это движущая сила любого производства. Тот факт, что в распоряжении человека оказалось большое количество относительно дешевой энергии, в значительной степени способствовало индустриализации и развитию общества. Топливно-энергетический комплекс является важнейшей структурной составляющей экономики России, одним из ключевых факторов обеспечения жизнедеятельности производительных сил и населения страны. Однако влияние топливно-энергетического комплекса на окружающую среду носит отрицательный характер. Уже сейчас очевидно, что экологически «чистых» энергоносителей быть не может. Использование каждого из них неизбежно сопровождается тепловым загрязнением окружающей среды, выбросами токсичных веществ и СО₂, искажением естественных ЭМ-полей и т.д.

Одним из основных загрязнителей атмосферы являются ТЭЦ. Главными проблемами при сжигании органического топлива является загрязнение окружающей среды окислами азота, серы, золой. Также велико влияние ТЭЦ на парниковый эффект вследствие выбросов углекислого газа. С экологической точки зрения они представляют собой непрерывно действующие уже в течение десятков лет источники выбросов в атмосферу продуктов сгорания топлива и сбросов в водоемы большого количества низкопотенциального тепла.

В настоящее время мы стоим перед дилеммой: с одной стороны, без энергии нельзя обеспечить благополучия людей, а с другой - сохранение существующих темпов ее производства и потребления может привести к разрушению окружающей среды, и как следствие - к снижению жизненного уровня и даже нанести серьезный ущерб человеческой популяции, влияя на генетический код человека.

Все вышесказанное обосновывает актуальность выбранной темы.

Цель данной работы: проанализировать влияние ТЭЦ на атмосферу, а также выявить пути решения проблемы.

Работа состоит из введения, 2 глав, заключения и списка использованной литературы. Общий объем работы 15 страниц.

1. Влияние вредных выбросов ТЭЦ на атмосферу

В настоящее время именно тепловой энергетике принадлежит определяющая роль в производстве электроэнергии во всем мире. В России выработка электроэнергии к 2000 году составила 812 млрд. кВт^.ч, в том числе ТЭЦ выработали 550 млрд. кВт^.ч. Согласно «Энергетической стратегии России» основой электроэнергетики на перспективу останутся тепловые электростанции, удельный вес которых в структуре отрасли сохранится на уровне 60-70%. Выработка электроэнергии на тепловых электростанциях к 2020 году возрастет в 1,4 раза, и при этом увеличится нагрузка на окружающую среду. Поэтому будущее энергетики будет существенно зависеть от обеспечения допустимого уровня воздействия тепловых электростанций на окружающую среду.

Развитие теплоэнергетики оказывает воздействие на различные компоненты природной среды: на атмосферу (потребление кислорода воздуха (О₂), выбросы газов, паров, твёрдых частиц), на гидросферу (потребление воды, переброска стоков, создание новых водохранилищ, сбросы загрязненных и нагретых вод, жидких отходов), на литосферу (потребление ископаемых топлив, изменение водного баланса, изменение ландшафта, выбросы на поверхности и в недра твёрдых, жидких и газообразных токсичных веществ). В настоящее время это воздействие приобретает глобальный характер, затрагивая все структурные компоненты нашей планеты.

Взаимодействие теплоэнергетики и окружающей среды происходит во всех стадиях иерархии топливно-энергетического комплекса: добыче, переработке, транспортировке, преобразование и использование тепловой энергии.

Это взаимодействие обусловлено как способами добычи, переработки и транспортировки ресурсов, связанных с воздействием на структуру и ландшафты литосферы, потребление и загрязнение вод морей, озёр, рек, изменением баланса грунтовых вод, выделением теплоты, так и использованием тепловой энергии от источников.

Атмосфера воздушная среда является наиболее уязвимой составляющей окружающей среды. Без нее невозможна жизнедеятельность человека, существование и развитие животного и растительного мира, так как в ней содержится основная часть кислорода воздуха, имеющегося на планете.

Наибольшее загрязнение атмосферного воздуха происходит вследствие выбросов в атмосферу вредных веществ при работе энергетических установок, работающих на углеводородном топливе (бензин, керосин, мазут, дизельное топливо, уголь). Одним из основных и самых крупномасштабных источников загрязнения атмосферы являются ТЭЦ: на их долю приходится около 14 процентов общего загрязнения атмосферы техническими средствами.

Различные компоненты продуктов сгорания топлива, выбрасываемые в атмосферу, гидросферу, литосферу и во время пребывания ведущие себя по-разному (изменяется t, свойства) называются примесными выбросами.

При выходе в атмосферу, эти выбросы содержат продукты реакций в твёрдой, жидкой и газообразной фазах. После их выпадения могут проявляться в виде: осаждения тяжёлых фракций, распада на компоненты по массе и размерам, химических реакций с компонентами воздуха, взаимодействием с воздушными течениями, с облаками, с атмосферными осадками, фотохимические реакции. В результате, состав выбросов может существенно измениться, могут появиться новые компоненты, поведение и свойства которых (в частности, токсичность, активность, способность к новым реакциям) могут значительно отличаться от данных.

Отрицательное влияние ТЭЦ на окружающую среду в значительной степени связано с расходованием больших количеств кислорода на горение топлива и выбросом в атмосферу углекислого газа: при современном топливном балансе потребление кислорода на сжигание топлива примерно в 5 раз превосходит его потребление всем населением Земли; а также с повышением температуры окружающего воздуха - тепловые электростанции в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков. Кроме того, ТЭЦ, использующие органическое топливо, загрязняют окружающую среду окислами азота, серы, углерода, а также углеводородами. Особенно опасны окислы азота, обладающие свойством канцерогенности, сернистый ангидрид, диоксид серы и оксиды азота, поскольку они переносятся на большие расстояния и осаждаются, в частности, с осадками на поверхность земли, загрязняя гидросферу и литосферу. Одним из особенно ярких проявлений этой картины являются кислотные дожди. Эти дожди образуются вследствие поступлений от сгорающего топлива и уходящих в атмосферу на большую высоту дымовых газами в, основном двуокиси серы и окислов азота. Получающиеся при этом в атмосфере слабые растворы серной и азотной кислоты могут выпадать в виде осадков иногда через несколько дней в сотнях километров от источника выделения.

В выбросах ТЭЦ содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭЦ мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в организмы в незначительных количествах. Это, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экосистем.

В выбросах ТЭЦ присутствуют также радиоактивные элементы. Имеются данные, что тепловые электростанции в 2-4 раза сильнее загрязняют среду радиоактивными веществами, чем АЭС такой же мощности. Это обусловлено выбросами естественных радиоактивных веществ, содержащихся в каменном угле. Выбросы при сжигании угля представляют собой долгоживущие радиоактивные вещества, излучающие альфа-частицы, и поэтому их биологическая опасность выше, чем от выбросов АЭС. Кроме того, угольная зола содержит в себе большое количество токсичных металлов, таких как марганец, ртуть, никель, ванадий. Токсичные металлы приводят к возникновению проблемы долговременного заражения местности. В целом индивидуальные дозы облучения для всего населения и от ТЭЦ и АЭС приблизительно одинаковы.

Показатели загрязнений окружающей среды зависят от вида применяемого на ТЭЦ топлива. Очевидно, что для оценки экологичности теплоэнергетики важное значение имеет структура топливного баланса тепловых электростанций. В топливном балансе ТЭЦ во всем мире в целом доминирующее положение занимает уголь. Так, уголь составляет свыше 70% топлива, потребляемого в электроэнергетике в странах-членах организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР). Хотя в России угля сжигается меньше, чем природного газа, именно уголь, при существующих способах его сжигания, определяет в основном негативные экологические эффекты. Кроме того, сжигаемый на тепловых электростанциях России энергетический уголь как правило имеет низкое качество: высокая зольность и влажность угля при практическом отсутствии обогащения вызывают значительные технические и экологические трудности при его сжигания в котлах.

Серьезные проблемы связаны с твердыми отходами ТЭЦ - золой и шлаками. Хотя зола в основной массе улавливается различными фильтрами, все же в атмосферу в виде выбросов ТЭЦ ежегодно поступает около 250 млн. т мелкодисперсных аэрозолей. Последние способны заметно изменять баланс солнечной радиации у земной поверхности. Они же являются ядрами конденсации для паров воды и формирования осадков, а попадая в органы дыхания человека и других организмов, вызывают различные респираторные заболевания.

Кроме того, тепловые электростанции, работающие на каменном угле, создают значительные золоотвалы. Так, например, золоотвалы ТЭЦ мощностью в 1 ГВт ежегодно занимают площадь 0,5 км² при высоте в 2 м, которые долгое время не используются и являются очагами накопления тяжелых металлов и повышенной радиоактивности. Золоотвалы, в большинстве своём, очень плохо оборудованы и зола разносится на значительные расстояния. Кроме того, что зола загрязняет атмосферу, оседая на землю она скапливается, покрывая поверхность почвы плотным слоем, что способствует образованию техногенных пустынь.

Перевод установок на жидкое топливо уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы SO₂, так как в мазуте содержится около 2% серы.

ТЭЦ - существенный источник подогретых вод, которые используются здесь как охлаждающий агент. Эти воды нередко попадают в реки и другие водоемы, обусловливая их тепловое загрязнение и сопутствующие ему цепные природные реакции (размножение водорослей, потерю кислорода, гибель гидробионтов, превращение типично водных экосистем в болотные и т. п.).

ТЭЦ является причиной возникающего в крупных промышленных городах смога: недопустимого загрязнения обитаемой человеком наружной воздушной среды, вследствие выделения в неё указанными источниками вредных веществ при неблагоприятных погодных условиях.

2. Охрана атмосферного воздуха в России: пути решения проблемы

На долю ТЭЦ в России приходится примерно 14% объема загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу от промышленных предприятий и транспорта.

Ключевыми направлениями в России по снижению выбросов в атмосферу являются:

1. Повышение энергоэффективности предприятий теплоэнергетики.

2. Расширение использования возобновляемых источников энергии.

3. Улучшение качества сжигаемого топлива (например, сжигание угля и мазута с низким содержанием серы) и использование экологически более чистого вида топлива.

4. Применение новых технологий сжигания органического топлива.

5. Использование технологических методов подавления образования оксидов азота в топках котлов.

6. Очистка дымовых газов от загрязняющих веществ.

7. Снижение неконтролируемых выбросов.

Особое внимание уделяется борьбе за сокращение основных видов загрязняющих веществ: оксидам азота, диоксиду серы и золе. В частности, для снижения выбросов оксидов азота могут применяться как технологические мероприятия, так и различные технологии очистки дымовых газов. В качестве основного способа снижения выбросов NO_x предусматриваются технологические методы подавления образования оксидов азота. Сущность технологических методов подавления образования оксидов азота заключается в организации процесса сжигания топлива в топках таким образом, чтобы снизить скорость протекания реакций образования NO_x и создать условия для реакций по разложению уже образовавшихся NO_x. На интенсивность образования оксидов азота влияют в основном два фактора: избытки воздуха и уровень температур в топке котла. Технологические методы направлены на воздействие на указанные факторы.

Технологии подавления образования оксидов азота различаются в зависимости от типа сжигаемого топлива и конструктивных особенностей котлов. Поскольку комбинация различных методов подавления образования оксидов азота позволяет достигнуть более высоких показателей эффективности, в случае необходимости следует применять указанные методы в сочетании друг с другом.

В настоящее время на ТЭЦ могут быть применены две технологии:

- Технология селективно-каталитического восстановления (СКВ) до молекулярного азота в присутствии катализаторов. Установки СКВ встраиваются в газовый тракт котлов или устанавливаются после золоочистки с предварительным подогревом дымовых газов.

- Технология селективно-некаталитического восстановления (СНКВ) до молекулярного азота. Установки СНКВ обеспечивают эффективность очистки до 40-50%.

Методы снижения выбросов диоксида серы можно разделить на следующие группы:

1. Использование топлива с меньшим содержанием серы (сжигание малосернистых углей, использование мазута с низким содержанием серы, переход на сжигание природного газа).

2. Использование золоулавливающих установок для улавливания сернистого ангидрида.

3. Строительство установок сероочистки.

В соответствии с действующим отечественным санитарным законодательством и, учитывая предстоящую гармонизацию отечественных нормативов с европейскими и введение для действующих ТЭЦ технических нормативов на выбросы загрязняющих веществ, технологии сероочистки для отечественных ТЭЦ можно по степени улавливания SO₂ разделить на три категории:

1. Для котлов малой и средней мощности, сжигающих мало и средне сернистые топлива, требуются технологии со степенью сероочистки 30-35%.

2. Для котлов малой и средней мощности, сжигающих средне сернистые топлива, требуются технологии со степенью сероочистки 50-60%.

3. Для котлов всех мощностей, сжигающих сернистые виды топлива, требуются технологии со степенью сероочистки более 85%.

Большинство тепловых электростанций России, постоянно или периодически работающих на твердом топливе, оборудовано тремя типами золоуловителей: горизонтальными электрофильтрами, мокрыми центробежными скрубберами с коагуляторами Вентури и батарейными циклонами.

Основные технологии, рекомендуемые для отечественных ТЭЦ

Основными мерами снижения выбросов твердых частиц в атмосферу, осуществляемыми на ТЭЦ, следующие:

1. Замена существующих типов золоуловителей с низкой степенью улавливания (батарейные циклоны, мокрые золоуловители старых конструкций) на более эффективные (электрофильтры, эмульгаторы и др.).

2. Реконструкция электрофильтров и модернизация мокрых золоуловителей с целью повышения их эффективности.

3. Строительство новых типов электрофильтров ЭГА и ЭГБ с увеличенной площадью активного сечения, применение новых режимов электропитания и встряхивания полей, автоматизацией процессов золоулавливания.

4. Интенсификация процессов улавливания в мокрых золоуловителях с коагуляторами Вентури путем перевода их на режим интенсивного орошения.

5. Изменение топочного режима котла.

Помимо этого, одним из приоритетов деятельности теплоэлектростанций в области охраны окружающей среды является реализация мероприятий по сокращению выбросов парниковых газов. Цель - обеспечение предотвращения выбросов парниковых газов за счет энергосберегающих технологий на 2-3 млн. тонн в год.

Основные направления сокращения выбросов парниковых газов:

- повышение эффективности производства тепла и электроэнергии с внедрением современного оборудования (парогазовых и газотурбинных установок);

- возобновляемые источники энергии;

- перевод станций на более чистое топливо (т.е. с угля на газ или с мазута на газ), использование биотоплива, попутного газа и т. п.;

- совершенствование систем теплоснабжения и комбинированной выработки тепла и электроэнергии;

- локальное совершенствование технологий и мероприятия по энергосбережению.

В результате проведенных мероприятий в 2005 году по сравнению с 2001 воздействие ТЭЦ на окружающую среду уменьшилось:

- на 517,5 тыс. т. сократились валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух;

- на 199,5 млн. куб. м уменьшился сброс в водные объекты загрязненных сточных вод;

- на 964,7 млн. куб. м сократилось использование воды из природных источников на производственные нужды.

Основной причиной сокращения выбросов загрязняющих веществ явились уменьшение в топливном балансе ТЭЦ твердого топлива и мазута и увеличение доли газа. Благодаря этому выбросы SO₂ предприятиями электроэнергетики за последние 10 лет существенно сократились, особенно в Европейской части России. Сокращение выбросов SO₂ здесь составило почти 70.

Сокращение выбросов золы также достигнуто за счет уменьшения потребления твердого топлива и за счет очистки газов. Тепловые электростанции оснащены электрофильтрами и мокрыми золоуловителями с коагуляторами Вентури. Ведутся работы по созданию более совершенных электрофильтров с целью повышения эффективности золоулавливания. В лаборатории преобразовательной техники ЭНИН созданы новые типы источников питания для электрофильтров, позволяющие в 23 раза уменьшить выброс твердых частиц в атмосферу, в 57 раз снизить расход электроэнергии на газоочистку. В настоящее время стоит задача повышения эффективности золоулавливания до 99,299,8%.

В завершении, еще раз хочется подчеркнуть, что развитие электроэнергетики любой страны должно рассматриваться с позиций глобального взаимодействия ее с окружающей средой. Обязательность такого подхода обусловлена тем, что газообразные выбросы ТЭЦ, рассеиваясь в атмосфере и претерпевая физико-химические превращения, переносятся воздушными массами на большие расстояния. Особенности атмосферной циркуляции в северном полушарии Земли приводят к значительному трансграничному переносу газообразных выбросов из стран Западной и Восточной Европы на территорию России. В нашу страну поступает в 8 раз больше серы и в 7,3 раза больше оксидов азота, чем выносится с ее территории в другие государства. Особенно сильно подобный дисбаланс ощущается со стороны Германии, Польши, Чехии и Словакии в переносе серы на Европейскую часть России.

В последние годы все большее внимание обращают на потенциальную возможность изменения климата планеты, вызванного нарушением радиационного теплового баланса Земли в результате накопления продуктов сгорания органического топлива (СО₂) в атмосфере и усиления парникового эффекта. Следствием увеличения концентраций этих газов, создающих «парниковый эффект» является рост средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности: предполагается, что к 2100 году температура на Земле увеличится на 2-4 градуса. Масштабы потепления будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на Земле после ледникового периода, а значит, экологические последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь это связано с повышением уровня Мирового океана, вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей горного оледенения и т.д.

В настоящее время истощение озонового слоя признано всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности. Снижение концентрации озона ослабляет способность атмосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового излучения (УФ-радиация). Живые организмы весьма уязвимы, ибо энергии даже одного фотона из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в большинстве органических молекул. Не случайно в районах с пониженным содержанием озона многочисленны солнечные ожоги, наблюдается увеличение заболевания людей раком кожи и др.

По мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в России при сохранении нынешних темпов истощения озонового слоя заболеют раком кожи дополнительно 6 млн. человек. Кроме кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней (катаракта и др.), подавление иммунной системы и т. д.

Установлено также, что растения под влиянием сильного ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных экосистем, и т. д.

В России имеется самый крупный в мире массив ненарушенных экосистем, что положительно сказывается в глобальных масштабах. Считается, что леса и ветланды России играют такую же роль в стабилизации окружающей среды Северного полушария, как и вся бразильская часть Амазонки для Южного полушария.

Заключение

Исходя из вышеизложенного, автор делает вывод о том, что из всех, существующих на нынешний день видов электростанций тепловые станции, работающие на органическом топливе, более всего загрязняют атмосферу. Объёмы загрязнения окружающей среды и вид загрязнения зависят от типа и мощности станций.

Результатом работы тепловых станций является загрязнение атмосферы углекислотой, выделяющейся при сжигании топлива, окисью углерода, окислами серы, углеводородами, окислами азота, огромными количествами твёрдых частиц (зола) и другими вредными веществами.

Увеличение количества углекислоты в атмосфере Земли ведёт к возникновению так называемого «парникового эффекта». Углекислый газ поглощает длинноволновое излучение нагретой поверхности Земли, нагревается и тем самым способствует сохранению на ней тепла. Увеличение доли углекислого газа в атмосфере может привести к повышению на несколько градусов температуры низких слоёв атмосферы, а это в свою очередь, может привести к таянию ледников Гренландии и Антарктиды и затоплению части суши.

Наряду с увеличением содержания углекислого газа, происходит уменьшение доли кислорода в атмосфере, который расходуется на сжигание топлива на тепловых станциях.

Вредное воздействие на животный и растительный мир оказывает загрязнение атмосферы окисью серы. Наибольшее загрязнение атмосферы серой приходится как раз на долю электростанций и отопительных установок. Вредное воздействие окиси углерода на человека и животных состоит в том, что она, соединяясь с гемоглобином крови, очень быстро лишает организм кислорода.

Станции, работающие на угле потребляют его в больших количествах и больше всего выбрасывают загрязняющих атмосферу веществ. Выбросы в атмосферу зависят от качества сжигаемого угля.

Таким образом мы видим, что влияние ТЭЦ на биосферу огромно и неблагоприятно. Но, несмотря на это, пока тепловые электростанции и теплоэлектроцентрали остаются преобладающими при производстве электроэнергии и тепла для нужд человека.

Список использованной литературы

1. Бондарчук Е.Н., Смолин А.А. Экологический мониторинг ТЭЦ [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.boner.ru/index.php?action= topics&menu_id=225&page_id=126, свободный

2. Концепция реализации экологической политики ОАО РАО «ЕЭС России» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.rao-ees.ru/ru/

3. Кормилицын В.И. Основы экологии / В.И. Кормилицын, М.С. Цицкишвили, Ю.И. Яламов. - М.: изд-во «Интерстиль», 2000. - 368 с.

4. Коробкин В.И. Экология / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. - Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2006. - 576 с.

5. Розанов С.И. Общая экология / С.И. Розанов. - СПб.: Издательство «Лань», 2005. - 288 с.