Токсичные вещества в топливе и дымовых газах. Тепловые электрические станции, потребляя свыше 1/3 добываемого в мире топлива, оказывают существенное влияние как на окружающую среду в районе их

Тепловые электрические станции, потребляя свыше 1/3 добываемого в мире топлива, оказывают существенное влияние как на окружающую среду в районе их расположения, так и на общее состояние биосферы.

Воздействие ТЭС на окружающую среду происходит в трех главных направлениях:

1) выброс дымовых газов через дымовые трубы в атмосферу;

2) тепловыделение в окружающую среду в результате сжигания большого количества топлива. Так называемое «тепловое загрязнение»;

3) сброс значительного количества минерализованных вод из золоотвалов и установок химводоподготовки, а также замазученных вод.

Токсичными (вредными) называются химические соединения, отрицательно влияющие на здоровье человека и животных. При сжигании топлив наряду с окислами основных горючих элементов углерода и водорода в атмосферу поступает летучая зола с частицами недогоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, окислы азота, соединения ванадия, некоторое количество фтористых соединений, аммиак, цианистые соединения, бенз(а)пирен, ртуть, кислоты, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Большинство этих элементов относится к числу токсичных и даже в сравнительно невысоких концентрациях оказывает вредное воздействие на природу и человека.

Элементарный состав твердого топлива на рабочую массу:

Из них основными горючими элементами являются углерод С, водород Н и сера S; кислород О и азот N являются окислителями. Негорючая (минеральная) часть топлива состоит из влаги W и золы А. Основная часть минеральной составляющей топлива в процессе сжигания переходит в летучую золу, уносимую дымовыми газами. Другая часть в зависимости от конструкции топки и физических особенностей минеральной составляющей топлива может превращаться в шлак.

При полном сгорании топлива с дымовыми газами в атмосферу выделяются: зола, СО₂, SO₂, SO₃, Н₂О↑, NO, NO₂, O₂, N₂.

При неполном сгорании (химический недожог топлива): СО, Н₂S, Н₂, углеводороды С_nH_m (наиболее распространенные СН₄ - метан, С₂₀H₁₆ бенз(а)пирен). Продукты неполного сгорания все являются вредными, однако при современной технике сжигания их образование можно исключить или свести к минимуму.

Зола состоит из оксидов кремния, алюминия, титана, калия, натрия, железа, кальция, магния. Кальций в золе присутствует в виде свободного оксида, а также в составе силикатов, сульфатов и других соединений. Более детальный анализ минеральной части твердых топлив показывает, что в золе в небольших количествах могут быть и другие элементы. Например германий, бор, мышьяк, ванадий, марганец, цинк, уран, серебро, ртуть, фтор, хлор. Микропримеси перечисленных элементов распределяются в различных по размерам частиц фракциях летучей золы неравномерно, и обычно их содержание увеличивается с уменьшением размеров этих частиц (размеры частиц золы от 1-2 до 60 мкм и более).

Вид топлива влияет на состав образующихся при его сжигании вредных веществ. На электростанциях используется твердое, жидкое и газообразное топливо. Количество сернистых выбросов в атмосферу зависит от содержания серы в исходном топливе.

Твердое топливо (бурые, каменные угли, антрацитовый штыб, горючие сланцы и торф)может содержать серу в следующих формах: колчедана Fe₂S и пирита FeS₂ в составе молекул органической части топлива и в виде сульфатов в минеральной части.

В результате горения соединения серы превращаются в оксиды серы, причем около 99 % составляет сернистый ангидрид SO₂.

В зависимости от месторождения сернистость углей составляет 0,3 – 6 %, горючих сланцев 1,4 – 1,7 %, торфа 0,1 %.

За котлом соединения ртути, фтора и хлора находятся в газообразном состоянии. В составе золы твердых топлив могут присутствовать радиоактивные изотопы калия, урана, бария. Эти выбросы практически не влияют на радиационную обстановку в районе ТЭС, хотя их общее количество может превышать выбросы радиоактивных аэрозолей на АЭС той же мощности.

Из жидкого топлива в теплоэнергетике применяется мазут, сланцевое масло, дизельное и котельно-печное топливо.

В состав золы мазута входят пентаоксид ванадия V₂O₅, а также Ni₂O₃, Al₂O₃, Fe₂O₃, SiO₂, MgO и др. Зольность мазута не превышает 0,3 %.

В жидком топливе отсутствует пиритная сера. Сера в мазуте находится преимущественно в виде органических соединений, элементарной серы и сероводорода (её содержание зависит от сернистости нефти, из которой он получен).

Топочные мазуты в зависимости от содержания в них серы подразделяются на малосернистые, сернистые, высокосернистые. Сернистость дизельного топлива – до 0,5 %. В котельно-печном топливе серы до 1,1 %. В сланцевом масле серы не более 1 %.

Наиболее «чистым» органическим топливом является газообразное топливо, так как при его полном сгорании образуются только оксиды азота NO_х.

Загрязнение при сжигании твердого топлива может быть принято за 1, тогда загрязнение от сжигания газа составит 0,2, от мазута – 0,6.

Тепловые выбросы возникают от самой электростанции при потреблении топлива и от потребителя электрической и тепловой энергии, с которой она связана.

Для КЭС около ⅔ тепловой энергии топлива поступает в окружающую среду с циркуляционной водой, а ⅓ выделяется потребителями тепловой и электроэнергии. Для ТЭЦ ⅓ тепловых выбросов составляет станция, ⅔ тепловой энергии выделяется потребителями тепловой и электрической энергии.

Расчеты показывают, что тепловыделения как за счет топлива сжигаемого на электростанции, так и за счет других потребителей топлива пока ещё мало по отношению к количеству тепла, получаемого планетой от солнечной радиации. Тепловыделения составляют около 0,02 % от солнечной энергии, а от всех источников дает повышение температуры атмосферы на 0,01 ^оС. Таким образом, опасность перегрева планеты за счет поступления в атмосферу углекислого газа СО₂ значительно выше, чем за счет тепловых выбросов, хотя оба этих фактора действуют в одном направлении и накладываются друг на друга.

Теплоснабжение городов вместе с другими факторами способствует повышению температуры в городе по сравнению с областью на 1-2 ^оС, что не является опасным.