ВРЕДНЫЕ ВЫБРОСЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ЧЕЛОВЕКА И ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

HARMFUL EMISSIONS FROM THERMAL POWER ENERGY AND THEIR IMPACT ON HUMANS AND THE ENVIRONMENT

Zharkova Alla Arturovna

Master's student, East Siberian State University of Technology and Management,

Russia, Ulan-Ude

Kapustin Andrey Dzhamilevich

Master's student, East Siberian State University of Technology and Management,

Russia, Ulan-Ude

Ilyin Dmitry Aleksandrovich

Master's student, East Siberian State University of Technology and Management,

Russia, Ulan-Ude

Torskiy Darma Aleksandrovich

Master's student, East Siberian State University of Technology and Management,

Russia, Ulan-Ude

АННОТАЦИЯ

Проблема охраны окружающей среды на сегодняшний день является главной в природоохранном комплексе. По объемам выброса вредных веществ в атмосферу предприятия теплоэнергетики занимают лидирующее место. Это почти тридцать процентов от общего числа выбросов всех предприятий различных отраслей нашей страны.

Контроль промышленного загрязнения окружающей среды рассматривается как основное средство для анализа производственных объектов и технологий с точки зрения соблюдения экологических требований и нормативов.

Таким образом, создание надежных и точных методов и средств контроля вредных выбросов и их концентраций в уходящих газах и в атмосфере является основной задачей теплоэнергетического комплекса.

ABSTRACT

Environmental protection is currently the most pressing issue in the environmental protection sector. Thermal power plants are the leaders in terms of harmful emissions into the atmosphere, accounting for almost 30 percent of the total emissions from all industries in our country.

Industrial pollution control is considered as the main tool for analyzing production facilities and technologies in terms of compliance with environmental requirements and standards.

Thus, the creation of reliable and accurate methods and means for monitoring harmful emissions and their concentrations in exhaust gases and in the atmosphere is the main task of the thermal power complex.

Ключевые слова: атмосферный воздух, вредные (загрязняющие) вещества, источник загрязнения атмосферы.

Keywords: atmospheric air, harmful (polluting) substances, source of atmospheric pollution.

Теплоэнергетика является одной из важнейших отраслей, без которой в современных условиях не представляется деятельность людей. В то же время она оказывает огромное воздействие на различные компоненты природной среды.

При проведении анализа воздействия предприятий теплоэнергетического комплекса на окружающую среду в первую очередь следует обратить внимание элементарные процессы, происходящие при сжигании топлива (в особенности органического), в процессе которого образуется большое количество различных вредных соединений. Они оказывают негативное воздействие не только на органический мир, а также на строительные конструкции, сооружения и здания.

Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива нетоксичные углекислый газ (СО₂) и водяной пар (Н₂О). В системе нормирования вредных выбросов теплоэнергетического объекта в атмосферу рассматриваются следующие токсичные вещества, образующиеся в процессе сжигания топлива: оксиды азота, пентаоксид ванадия, сернистый ангидрид, оксид углерода, зола, бенз(а)пирен [1]. Среди которых основную долю составляют: диоксид серы, оксиды углерода, оксиды азота, пыль различного происхождения.

При сжигании твёрдого топлива в котлоагрегатах образуется большое количество золы и диоксида серы (SO₂). Перевод установок на жидкое топливо уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы SO₂, так как мазут содержит в себе не менее 2% серы [2].

Диоксид серы (сернистый ангидрид) SO₂ - один из токсичных газообразных выбросов теплоэнергоустановок. Максимальная разовая предельно допустимая концентрация (ПДК) для диоксида серы составляет 0,5 мг/м³, а среднесуточная - 0,05 мг/м³ [3]. Наиболее чувствительны к нему хвойные и лиственные растения. Токсичное воздействие SO₂ связано с повреждением поверхности хвои или листьев из-за разрушения, содержащегося в них хлорофила [4]. Это проявляется желтой или красновато-коричневой окраской игл, сопровождаемых полным некрозом у молодых деревьев.

При концентрациях оксидов серы в воздухе выше ПДК существенно увеличивается предрасположенность к различным заболеваниям дыхательных путей. Отмечается раздражение слизистых оболочек, воспаление носоглотки, трахеи, бронхиты, учащается кашель, возможна хрипота и боль в горле.

Продолжительность пребывания сернистого ангидрида в атмосфере относительно невелика. В присутствии кислорода SO₂ доокисляется до SO₃ [5] и, вступая в реакцию с водой образует слабый раствор серной кислоты, которая вызывает коррозию поверхности нагрева, разрушает металл котельного оборудования.

В результате неполного сгорания ископаемого топлива, в условиях недостатка кислорода образуется оксид углерода (CO). Окcид углерода (СО) - бесцветный газ, не имеющий запаха, известен также под названием «угарный газ». Это токсичное вещество, повышенная концентрация которого в воздухе опасна для человека. Максимальная разовая ПДК оксида углерода СО - 5 мг/м³, а среднесуточная - 3 мг/м³ [3].

При вдыхании угарный газ за счет имеющейся в его молекуле связи (С = О) образует прочные комплексные соединения с гемоглобином крови человека и тем самым блокирует поступление кислорода в кровь. Это вызывает головные боли, тошноту, а при более высокой концентрации смерть.

Основным токсичным компонентом, образующимся при сжигании природного газа и мазута в топках паровых и водогрейных котлов, яв­ляются оксиды азота. Образование оксида азота при сжигании органических топлив происходит как за счет окисления азота воздуха, так и за счет окисления азота, содержащегося в топливе.

В процессе горения в атмосфере кислорода воздуха азот в свою очередь образует ряд соединений: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅. практически не взаимодействуют с другими веществами в атмосфере и время их существования почти не ограничено [5].

По мере удаления от источника выбросов оксиды азота окисляются до диоксида азота (NO₂). В присутствии влаги NO₂ легко вступает во взаимодействие с кислородом воздуха, образуя азотистую и азотную кислоту. При взаимодействии азотистой кислоты и влаги в дыхательных путях происходит угнетание центральной нервной системы, что может вызвать судороги и параличи.

Неуклонный рост поступлений токсичных веществ в окружающую среду, прежде всего отражается на атмосфере, являющейся наиболее уязвимой составляющей окружающей среды. Вследствие тесной и неразрывной взаимосвязи всех природных составляющих окружающей среды, загрязнение атмосферы неизбежно отражается на других средах: гидросфере, литосфере, биосфере [6].

Основными видами примесных выбросов энергетических объектов, поступающими на поверхность гидросферы и литосферы, являются твёрдые частицы, выносимые в атмосферу дымовыми газами и оседающие на поверхность (пыль, зола, шлаки), а также горючие компоненты продуктов обогащения, переработки и транспортировки топлив.

При сжигании каменного угля остаётся очень большое количество зольных отходов, которые вывозятся за город на золоотвалы (золошлакоотвалы). Для строительства золоотвалов требуются большие площади (60 - 130 га), что приводит к изменению ландшафта, вырубке лесов, изъятию земель из сельскохозяйственного оборота.

Кроме отчуждения земель золоотвалы, в большинстве своём, очень плохо оборудованы, и зола разносится на значительные расстояния, загрязняет атмосферу, почву, водоемы, оседая на землю. Это способствует образованию техногенных пустынь.

По данным ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, с одного га подсушенной поверхности золошлаковых отложений (ЗШО) при скорости ветра 5 – 6 м/с уносится в сутки 2 – 5 т мелкозернистых отходов. За пределы некоторых золошлакоотвалов в год с 1 га поступает до 1000 т золы [7].

Пыление золошлакоотвалов ТЭС вызывает снижение продуктивности сельскохозяйственных полей, сокращение ресурса механизмов, работающих в зоне запыленности, ухудшает санитарное состояние территории, что негативно сказывается на здоровье человека.

Подсчитано, что ТЭС и ТЭЦ выделяют 46% всего сернистого ангидрида и 25% угольной пыли, выбрасываемой в атмосферу промышленными предприятиями [8]. Причиной загрязнений такого масштаба является развитие экологически несостоятельных технологических процессов, то есть таких, которые создают удовлетворение потребностей человека в тепловой и электрической энергии, но одновременно с этим и недопустимое загрязнение окружающей среды. Эти процессы развиваются без принятия эффективных мер, предупреждающих загрязнение атмосферы.

Особенную опасность представляют сернистый ангидрид, диоксид серы и оксиды азота, выделяемые в атмосферу, 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 газов, 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. Растворы кислот могут долго держаться в воздухе в виде плавающих капелек тумана или выпадать вместе с дождем на землю. Эти растворы разъедают металлы, краски, синтетические соединения, ткани, губительно действуют на растения и животных. Попадая на землю, серная кислота подкисляет почвы. В результате химические соединения накапливаются и приводят к постепенному изменению химических и физических свойств почвы, снижают численность живых организмов, ухудшают ее плодородие, что отрицательно сказывается на урожае. Из почвы токсические вещества могут попасть в организмы животных, людей и вызвать тяжелейшие болезни и смертельные исходы.

Кроме того, загрязнение атмосферы привело, как полагают учёные, к новому явлению поражению некоторых видов мягких пород деревьев, а также к быстрому и одновременному падению скорости роста, по меньшей мере, шести видов хвойных деревьев [9].

Теплоэнергетика является причиной возникающего в крупных промышленных городах смога: недопустимого загрязнения обитаемой человеком наружной воздушной среды, вследствие выделения в неё вредных веществ, при неблагоприятных погодных условиях. Одним из видов воздействия ТЭС на атмосферу является возрастающее потребление воздуха, необходимого для сжигания топлива, что создает еще одну грозящую человеку опасность - кислородное голодание.

Выбросы теплоты являются одним из основных факторов взаимодействия теплоэнергетических объектов с окружающей средой, в частности с атмосферой и гидросферой. Выделение происходит на всех стадиях преобразования химической энергии органического вещества для выработки тепловой энергии. Большая часть теплоты, получаемой охлаждающей водой в конденсаторах паровых турбин, передаётся в водоёмы, водотоки, а оттуда в атмосферу. Температура воды в месте сброса нагретой воды повышается, что ведёт к повышению средней температуры поверхности водоёма, атмосферный воздух над теплоэнергетической установкой повышается, вследствие энергии, выделенной этой установкой в атмосферу.

При расширении производства одновременно с увеличением потерь теплоты возрастает количество углекислого газа в атмосфере. Вместе теплота и углекислый газ изменяют теплоотдачу земной поверхности и препятствуют уходу в космическое пространство теплового излучения. Оно накапливается у поверхности Земли и при этом образуется нежелательный "парниковый эффект". Кроме того, пыль в воздухе и избыток газов задерживают ультрафиолетовые лучи. Все это вместе ведет к уменьшению температуры на освещенной Солнцем стороне планеты. В итоге наша планета недополучает солнечного света и не может избавиться от избытка теплоты, и природное тепловое равновесие оказывается под угрозой.

Подсчитано, если содержание СО₂ удвоить, то из-за “парникового эффекта” температура повысится на 4 градуса. Причем повышение на планете температуры будет не равномерным. В областях, близких к экватору, она, скорее всего, даже понизится, а в районе полюсов в результате “парникового эффекта” повышение температуры достигнет 10-15 градусов [8]. Что приведет к началу бурного таяние льдов. Подсчитано, что если растопить весь лед, содержащийся в ледниках, то уровень мирового океана поднимется на 64м и многие территории суши окажутся под водой.

Помимо всех перечисленных проблем, связанных с традиционной теплоэнергетикой, нельзя не упомянуть проблему истощения природных ресурсов Земли, так как в виде топлива используется большое количество минерального сырья.

Минеральные ресурсы недр - ограниченный и не воспроизводимый природный ресурс. Одной из наиболее тревожных, связанных с этим, проблем становится угроза быстрого истощения ресурсов, что может поставить пол удар жизнь будущих поколений человечества. И этот удар будет настолько сильным, что может привести к деградации человеческого рода. Чисто теоретическая постановка этой проблемы за последние десятилетия приобрела практическую значимость ввиду быстро возрастающих объемов добычи минерального сырья. При экспоненциальном росте общих объёмов промышленного производства сроки исчерпания многих важных видов минеральных ресурсов резко сокращаются. На протяжении почти всего последнего столетия мировая добыча минеральных ресурсов в целом удваивалась приблизительно каждые 10 лет. Если допустить, что этот темп её роста сохраниться ещё на 200 - 220 лет, то это означало бы, что в 2210 году, будет добываться ежегодно по 250 квадриллионов тонн минерального сырья [8]. А это невозможно, потому что такая величина равна массе всей суши Земли, находящейся выше уровня океана. Однако и меньшие темпы роста добычи полезных ископаемых рано или поздно приведут к полному исчерпанию имеющихся природных ресурсов.

Проблема охраны окружающей среды на сегодняшний день находится на первом плане. По объемам выброса вредных веществ в атмосферу предприятия теплоэнергетики занимают лидирующее место. Это почти тридцать процентов от общего числа выбросов всех предприятий различных отраслей нашей страны. В настоящее время предлагаются различные методы очистки газов, которые представляют наибольший интерес.

При сжигании органического топлива, содержащего большое количество серы, для очистки выбросов принципиально существуют два подхода: сероочистка дымовых газов или удаление серы из топлива до его сжигания.

Сложнее обстоит дело с окислами азота, так как они в основном состоят из NO. Имеются многочисленные методы снижения самого образования NO_x из азота воздуха при очень высоких температурах и подавления его при соответствующей организации процесса сгорания [10]. Очистка продуктов сгорания от оксидов азота технически сложна и в большинстве случаев экономически нерента­бельна.  В настоящее время уже накоплен опыт снижения выбросов окислов азота с помощью режимно-конструктивных мероприятий, одним из путей снижения NO_x является метод сжигания углей в псевдосжиженном слое, характерны методы абсорбции и адсорбции (очистка силикагелем).

Снижение выбросов твердых частиц с продуктами сгорания ведется на основе использования золоуловителей (инерционных мокрых или тканевых) и электрофильтров [11].

Помимо очистки газов экономически целесообразной признается защита атмосферы от выбросов их рассеиванием с помощью высо­ких (200-400 м) дымовых труб, которая позволяет удовлетворить действующие нормативные требования по предельно допусти­мым приземным концентрациям.

Применение неграмотной технологии и использование устаревшего оборудования приводит к увеличению техногенного давления теплоэнергетики на окружающую среду.

Одним из способов снижения вредных воздействий энергооборудования на окружающую среду является совершенствование ее тепловых схем, развитие теплофикации (одновременная выработка тепла и энергии), укрупнение установок теплоэнергетики, модернизация оборудования, использование вторичных энергетических ресурсов, внедрение новых термодинамических циклов, развитие систем аккумуляции энергии, использование возобновляемых источников энергии (солнечная, электростанции, геотермальная энергия).

Для выявления взаимосвязи теплоэнергетики и окружающей среды необходим комплексный подход, базирующийся на рассмотрении разнообразных экологических последствий во всех сферах комплексного воздействия различных ингредиентов загрязнения. Выбор наилучшего варианта связан не только с техническими возможностями, но и с региональными особенностями, которые зависят от размещения энергообъекта, состояния и наличия природных ресурсов [12].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Система контроля и учета выбросов на предприятии теплоэнергетики является важнейшим инструментом, от которого зависит здоровье населения, качество продукции сельского хозяйства, климатические условия, состояние флоры и фауны.

Теоретический анализ влияния теплоэнергетического комплекса на компоненты природной среды показал, что проблема загрязнения является главной в природоохранном комплексе и влечет за собой массу негативных последствий. Реформирование природоохранного законодательства и появление новых нормативных документов, существенно меняют новые требования к предприятиям. Надежность, актуальность и точность методов и средств контроля вредных выбросов в атмосфере является одной из главных задач теплоэнергетического комплекса

Список литературы:

1. Стырикович М.А. Теплотехника и теплофизика. Экономика энергетики и экология. Воспоминания / М.А. Стырикович. – М.: Наука, 2002.– 211 с.
2. Григорьев К.А., Рундыгин Ю.А., Тринченко А.А. Технология сжигания органических топлив: учебное пособие. – СПб.: Политехн. ун-та, 2006. – 93 с.
3. Распоряжение Правительства РФ от 08.07.2015 № 1316-р «Об утверждении перечня загрязняющих веществ, в отношении которых применяются меры государственного регулирования в области охраны окружающей среды». – 2015. – 10 с.
4. Машинцов, Е. А. Оценка качества окружающей среды при помощи растений–индикаторов / Е.А. Машинцов, Е.Н. Ивановская – Изд-во Тульский государственный университет, 2006. – 253 с.
5. Накоряков В.Е. Энергетика и экология / В.Е. Накоряков. – Новосибирск, 1988. – 125 с.
6. Колобков М.Н. Кемеровская область. Природные и экономические ресурсы и перспективы развития хозяйства / М.Н. Колобков. – Новосибирск: Наука, 1950. – 203 с.
7. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов производства и потребления / В.И. Сметанин. – М.: Наука, 2003. – 88 с.
8. Вредные выбросы теплоэнергетики и их влияние на человека и окружающую среду [Электронный ресурс]. URL: https://studwood.n
9. Неверова, О.А. Биоэкологическая оценка загрязнения атмосферного воздуха по состоянию древесных растений. / О. А. Неверова. –  Новосибирск: Наука, 2001. – 119 с.
10. Петрушин Г.К. Природа и экономика Кузбасса / Г.К. Петрушин. – Новокузнецк, 2004. – 57 с.
11. Белов С.В. Охрана окружающей среды / С.В. Белов. – М.: Наука, 1991. – 318 с.
12. Дмитриев А.Н. Техногенное воздействие на природные процессы Земли. Проблемы глобальной экологии / А.Н. Дмитриев. – Новосибирск: Манускрипт, 2003. – 136 с.