Объекты энергетики, где в качестве первичной энергии используется углеводородное топливо, являются источниками вредных выбросов в окружающую среду. В процессе горения топлива наряду с выделением тепловой энергии с отходящими газами выбрасывается ряд веществ, оказывающих отрицательное воздействие на биосферу (табл. 7).
Таблица 7
Основные вещества, выбрасываемые в атмосферу энергетическими объектами
Вещества | Характеристика | |
Диоксид серы (SО2) | Оказывает влияние на процессы окисления, разрушает материалы и вредно воздействует на здоровье человека (раздражает слизистую оболочку дыхательных путей) | |
Оксид азота (NОХ) | Оказывает вредное воздействие на здоровье человека и способствует образованию парникового эффекта и разрушению озонового слоя, что также отрицательно влияет на здоровье человека. Оксид азота вызывает «вымирание лесов», «кислотные дожди» | |
Моноксид углерода (СО) | Выделяется в результате неполного сгорания топлива. Взаимодействует с другими веществами и оказывает разнообразное вредное воздействие (угарный газ) | |
Углекислый газ (СО2) | Образование СО2 - необходимое условие процесса горения (производства энергии). Экологические законы ограничивают уровень выбросов СО2 (Киотский протокол 1997 г.). Способствует созданию парникового эффекта | |
Твердые частицы | Включают сажу и другие несгоревшие материалы. Переносят тяжелые металлы и углеводороды. Могут являться источником выбросов в атмосферу радионуклидов при сжигании древесины из чернобыльской зоны | |
Воздействие на окружающую среду оказывают также и другие газы, поступающие в атмосферу: пар, метан, хладагенты.
|
|
Наиболее эффективным способом снижения вредных выбросов в атмосферу является уменьшение объема сжигаемого топлива за счет рационального использования вторичной энергии.
Таким образом, энергосбережение способствует улучшению экологии окружающей среды. Этот фактор особенно важен для Беларуси, где энергогенерирующие технологии в основном базируются на тошшвоиспользующих установках.
Рассмотрим некоторые пути снижения потребления топлива.
Утилизация тепловых энергетических отходов непосредственно связана с экологическими мероприятиями, так как за счет этого достигается снижение вредных выбросов пропорционально сэкономленному топливу.
Особенно наглядной и ощутимой является организация оптимальных топочных процессов и утилизации сбросной теплоты в промышленных печах, котельных установках и на других объектах энергетики. Рассмотрим некоторые аспекты данного направления.
Ископаемое топливо пока остается преобладающим источником энергии, получаемой в форме теплоты при его сжигании. Исследования, проведенные в Дании, показывают, что комбинированное производство электрической энергии и теплоты на ТЭЦ является самым важным направлением в снижении выбросов СО2. При этом снижение выбросов СО2 в среднем составляет 500 кг/МВт·ч при производстве 1 МВт·ч электроэнергии по комбинированному циклу в сравнении с раздельным производством электрической и тепловой энергии на ТЭС и в котельных. Кроме диоксида углерода уменьшается количество вредных выбросов SО2 и NОХ (рис. 26).
|
|
Рис. 26. Влияние технологии производства теплоты и электроэнергии на загрязнение окружающей среды
Уменьшение выбросов NОХ может быть также достигнуто путем подмешивания части отходящих дымовых газов к воздуху, подаваемому на горение. Для этого следует организовать рециркуляцию дымовых газов.
Внутреннее использование тепловых энергетических отходов в котельных установках и промышленных печах для подогрева питательной воды и предварительного подогрева первичного воздуха до 200-400 °С дает реальную экономию топлива. Так, при подогреве воздуха реальная экономия топлива в среднем может достигать 25 % (рис. 27).
Рис. 27. Экономия топлива за счет подогрева первичного воздуха в зависимости от температуры дымовых газов
Поддержание оптимального состава топливовоздушной смеси позволяет достичь максимально возможной температуры горения, что снижает потребление топлива. При увеличении коэффициента избытка воздуха до 2 температура горения уменьшается на 40% (рис. 28).
Кроме того, при избытке воздуха дополнительное потребление топлива возрастает до 25% в зависимости от температуры отходящих газов. Оптимальный состав топливо-воздушной смеси можно поддерживать с помощью горелок с автоматическим управлением. Для этого дополнительно применяются системы сбора информации о химическом составе отходящих дымовых газов, ее обработка и на этой основе осуществляется автоматическое регулирование.
Контроль эффективности сгорания топлива базируется на измерении содержания СО2 в отходящих дымовых газах. Считается, что при оптимальном сгорании природного газа получается от 8 до 9,5 % СО2, а при сгорании мазута - от 10 до 12,5 %.
Рис. 28. Влияние коэффициента избытка и подогрева воздуха на температуру горения
Вместе с тем данные значения концентраций углекислого газа могут быть зафиксированы как при полном сгорании топлива (α>1), так и при его недожоге (α <1), т.е. возможна неоднозначность определения эффективности сжигания топлива на основе измерения только СО2 (рис. 29). Поэтому рекомендуется дополнительно измерять в отходящих дымовых газах и содержание кислорода. Для оптимального режима горения оно должно иметь минимальное значение.
Сжигание топлива с повышенной влажностью требует дополнительного избытка воздуха, что приводит к снижению температуры в зоне горения, а следовательно, и эффективности процесса горения (рис. 30). Подогрев же первичного воздуха до 200 °С обеспечивает повышение температуры горения на 7 %.
Значительным источником вредных выбросов является транспорт. В некоторых странах на производство топлива для транспорта расходуется до 50 % потребляемой нефти. Автомобильные выхлопные газы содержат такие вредные вещества, как окись углерода, летучие органические соединения, окись азота и свинец. Ядовитые выхлопные газы и свинец отрицательно влияют на нервную систему человека. Разработка технологий производства чистого горючего и улучшенных двигателей с минимальным потреблением топлива позволяет уменьшить загрязнение от транспортных средств. Количество потребляемого топлива транспортными средствами, как и в энергетике, зависит от оптимального состава топливовоздушной смеси.
|
|
Рис. 29. Неоднозначность определения эффективности сжигания топлива на основе измерения только СО2
Рис. 30. Влияние влажности древесного топлива и предварительлного подогрева воздуха на температуру горения
Снижение потерь теплоты через ограждения агрегатов и устройств, которые используются при ее производстве, транспортировке и потреблении, также уменьшает расход топлива. Любые потери теплоты требуют компенсации, так как потребитель должен получить необходимое количество энергии для проведения технологических процессов или создания комфортных условий для работы, учебы, отдыха.
Уменьшение потребления энергии может быть достигнуто и за счет совершенствования технологических процессов, использования современного основного и вспомогательного энергосберегающего оборудования.