Основы современной малой энергетики

ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ. ПРИРОДООХРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Экологические проблемы в теплоэнергетике

Справедливо высказывание: «Производство и потребление энергии – вред окружающей среде».

В экономически развитых странах смысл этого равенства понятен широкому кругу граждан. В странах же СНГ, к сожалению, над этой проблемой серьезно задумываются пока только специалисты (энергетики, экологи), несмотря на то, что энергетические объекты в этих государствах с экологической точки зрения, зачастую, являются самыми неблагополучными. В России, впрочем, как и в любом другом государстве СНГ, давно существует проблема повышения экологической безопасности энергетических объектов. Причем проблема эта становится все более острой по мере старения объектов энергетики. Сама по себе задача обеспечения экологической безопасности с технической и технологической точки зрения вполне разрешима, в проблему ее превращает экологическая сторона дела или, попросту говоря, отсутствие необходимых для этого денежных средств. Особенно ситуация эта осложнилась в последние годы. Восстановление нормальных природных условий потребует длительного времени и немалых усилий. Поэтому, чем раньше в этом направлении будут предприняты конкретные и ощутимые действия, тем больше шансов у нас и у наших потомков остановить и повернуть вспять опасную тенденцию неуклонного ухудшения экологической обстановки.

Известно, что сжигание органического топлива, особенно угля на теплоэнергообьектах, котельных, имеет крайне негативные последствия для окружающей среды. По данным Министерства энергетики РФ в процессе эксплуатации угольных ТЭЦ ежегодно выбрасывается (в расчете на 1 кВт установленной мощности) около 500 кг летучей золы и частиц несгоревшего топлива, 75 кг оксидов серы, 10 кг оксидов азота, 750 кг углекислого газа, выделяется тепло с охлаждающей водой и уходящими газами. Однако в этот перечень необходимо добавить высокотоксичные ксенобиотики такие как: бенз(а)пирен, элементы тяжелых металлов и их соединений, обладающие особыми свойствами:

– канцерогенностью (способностью вызывать злокачественные новообразования);

– мутагенностью (могут изменять наследственность у рождающихся детей);

– тератогенностью (способствуют возникновению уродства);

– аллергенностью (вызывают заболевания, связанные с повышенной чувствительностью к действию химических веществ).

Поэтому возрастание экологических требований к предприятиям топливно-энергетической отрасли вызывает необходимость решения многих проблем по охране окружающей среды и снижению вредного воздействия теплоэнергетического производства на природу и человека.

Однако оценка значимости этого воздействия для человека и природной среды представляет сложную задачу. Это определяется следующими факторами:

– ограниченностью научно-обоснованных санитарно-гигиенических нормативов, экологических ограничений, которые могли бы надежно предотвращать негативные последствия сооружения и эксплуатации теплоэнергетического обьекта ТЭО;

– недостаточным изучением методико-биологических, экологических исследований длительного воздействия существующих ТЭО, котельных и отсутствием научного прогноза;

– несовершенством методики и оценки рассеивания, осаждения, трансформации, миграции химических загрязнений, поступающих от ТЭО, котельных с выбросами и стоками;

– недостаточным изучением сложившейся экологической ситуации в различных регионах, отсутствием достоверной и полной оценки фактической и прогнозируемой экологической нагрузки технического характера, что затрудняет выделение экологических ниш для размещения новых и развития уже существующих ТЭО и котельных.

Однако, эти объективные трудности не могут служить оправданием, так как согласно новой стратегии электроэнергетики России потребность в топливе возрастает с 277 в 2000 г. до 456 млн. т. условного топлива в 2020 г. для производства электроэнергии 1200–1545 млрд кВт/ч. Наиболее быстрыми темпами (более чем в 2 раза за 20 лет), намечается увеличить потребления угля. Проектная мощность ТЭЦ АК ОмскЭНЕРГО: электрическая 1665 МВт, тепловая 6658,7 Гкал/ч, в настоящее время сжигает порядка 60 % твердого топлива (экибастузский уголь с зольностью 43–53 %). Только Омские ТЭЦ – 4, 5 сжигают в сутки, в зимний период максимум нагрузки по 30000 тонн.

Энергетические предприятия и загрязнение окружающей среды продуктами сгорания топлива (рис. 1.1).

Существенное изменение в экологической обстановке может быть достаточно за счет пересмотра структуры топливного баланса (табл. 1.1; 1.2).

Таблица 1.1

ПДК для основных загрязнителей атмосферы дымовыми газами котлов

Примечания: Под словом другие необходимо понимать те загрязнители, которые не нормируются пока в России, элементы тяжелых металлов.

Таблица 1.2

Однако развернувшиеся в последние годы в отдельных городах Сибири децентрализация систем теплоснабжения, с вводом автономных котельных, не имеющих локальных установок по очистке дымовых выбросов от газообразных загрязнителей, еще больше ухудшают экологическую обстановку, тем самым, повышая уровень заболеваемости.

Миф о том, что такие котельные будут давать более дешевое тепло и заявление о том, что работающий на природном газе источник тепловой энергии безопасен для окружающей среды, не обоснованы.

Наиболее опасными токсичными котельной являются оксиды азота (N2O; NO; NO2; N2O3; N2O5). Самым высокотоксичным является диоксид азота NO2, который в шлейфе дымовых газов находится в пределах 60−80% от всех оксидов азота.

Накопления закиси азота N2O наряду с СО2 и СН4 и другими создают парниковый эффект, кроме того, закись азота участвует в реакциях, приводящих к истощению озонного слоя земли, который защищает человека и животный мир. Содержание оксидов азота по данным исследований определяет токсичность продуктов сгорания угля и мазута на 40−50 %, а природного газа на 90−95 %.

Кроме того, оксиды азота под воздействием ультрафиолетового излучения участвует в фотохимических реакциях в атмосфере с образованием других вредных газов. Диоксид азота оказывает влияние на углеводороды, в ходе которого образуются альдегиды, кетоны, то есть совместно с выбросами автотранспорта повышают загрязненность городов до высокой степени.

Исследования, выполненные в различных странах, показали, что у людей в загрязненных оксидами азота районах снижаются дыхательные функции, повышается количество респираторных заболеваний, обнаруживаются изменения в периферической крови (появление метгемоглобина).

На необходимость сдерживать на уровне 1980 г. выбросы оксидов азота в атмосферу из-за высокой токсичности было указано конвенцией ЕЭК ООН в 1994 г., принятой в Женеве.

В России в 1997 г. введены нормативы удельных выбросов оксидов азота, которые ориентированы на современный уровень научно-технического прогресса, предусматривающие вторичные мероприятия по уменьшению выбросов NOx.

Вместе с установками по очистке, которых, тем не менее, нет на новых отопительных котельных, а используются только первичные (режимно−технологические), требуется высокое мастерство эксплуатационного персонала. Сущность заключается в подаче воздуха при сжигании. Если меньше подавать воздуха, NOx снижается, зато возрастает в дымовых газах содержание оксида углерода и бенз(а)пирена. Оксид углерода СО – это токсичное вещество, повышенная концентрация которого в воздухе, опасно для человека, возможно отравление, так как оксид углерода вступает в реакцию с гемоглобином крови.

Бенз(а)пирен по классификации Всемирной Организации Здравохранения (ВОЗ) относится к первому классу опасности. Высокотоксичный загрязнитель представляет большую опасность в связи с канцерогенными свойствами: попадая в организм человека, способен инцинировать злокачественные опухоли.

Незаметный визуально, из-за труб высотой 30−45 метров, шлейф дымовых газов котельных, расположенных в микрорайонах города с высотными зданиями больше всего навредит здоровью жителей верхних этажей в домах по соседству с теплоисточником. Кроме того на микрорайон воздействуют выбросы с теплоисточников централизованного теплоснабжения, которые так же не имеют установок по очистке газообразных загрязнителей (NOx, SO2 и других). В основу природоохранных технологий принят метод рассеивания.