ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ  УПРАВЛЕНИЕ  КАЧЕСТВОМ  ОКРУЖАЮЩЕЙ  СРЕДЫ  ПРИ  ЭКСПЛУАТАЦИИ  ОБЪЕКТОВ  ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ

Тагаев  Сергей  Вячеславович

студент  5  курса,  кафедра  ТАЭС  СГТУ  им.  Ю.А.  Гагарина,  РФ,  г.  Саратов

E-mail:  rostunzeva@mail.ru

Ростунцова  Ирина  Алексеевна

научный  руководитель,  ассистент  кафедры  ТАЭС  СГТУ

им.  Ю.А.  Гагарина,  РФ,  г.  Саратов

В  настоящее  время  производственная  деятельность  человека  вызывает  изменения  качества  окружающей  среды,  причем  в  большинстве  случаев  такие  изменения  носят  отрицательный  характер.  Негативный  эффект  существенно  снижается  при  увеличении  затрат  на  природоохранные  мероприятия,  что  уменьшает  прибыль,  последнее  понижает  активность  предприятий  при  внедрении  природоохранных  технологий.  Данное  противоречие  определяет  актуальность  совершенствования  управления  качеством  окружающей  среды  на  основе  определения  оптимального  соотношения  между  качеством  окружающей  среды  и  издержками  на  его  поддержание.

Наиболее  остро  данный  вопрос  стоит  для  объектов  теплоэнергетической  отрасли,  к  которым  относятся  различного  вида  тепловые  электрические  станции  (КЭС,  ГРЭС,  ТЭЦ)  и  котельные.  Функционирование  этих  предприятий  приводит  к  образованию  разнообразных  отходов  и  поступлению  большого  количества  загрязняющих  веществ  в  окружающую  среду.  Спектр  качественного  состава  загрязняющих  выбросов  в  атмосферу  достаточно  широк,  но  из  него  выделяются  наиболее  массовые  вещества,  а  именно:  оксиды  азота,  оксиды  серы,  твердые  частицы  и  другие  вещества.

Эколого-экономическая  модель  развития  объекта  теплоэнергетики  предполагает  сочетание  экологического,  экономического  и  инновационного  направления. 

Первым  и  одним  из  основных  этапов  в  разработке  данной  модели  является  исследование  образования  вредных  выбросов  в  факеле  энергетической  установки,  исследование  физико-химических  основ  механизмов  образования  вредных  выбросов,  в  частности  одного  из  наиболее  токсичных  компонентов  —  оксидов  азота  (NO_x)  при  сжигании  различных  видов  топлива.

В  рамках  данной  разработки  проведено  теоретическое  исследование  возможности  образования  термических,  «быстрых»  и  топливных  оксидов  азота  на  различных  уровнях  прохождения  дымовых  газов  по  тракту  энергетической  установки,  а  также  факторов,  влияющих  на  количественную  характеристику  выхода  оксид  азота  при  сжигании  топлива.  Из  проведенного  анализа  установлено,  что  преобладающее  влияние  на  формирование  концентраций  NO_x  в  зоне  активного  горения  оказывают  термические  оксиды  азота,  для  снижения,  образования  которых  целесообразно  регулировать  температурный  уровень  и  концентрацию  свободного  кислорода,  что,  возможно,  осуществлять  путем  ввода  влаги  в  топочные  процессы.  Исходя  из  последнего,  разработана  теоретическая  модель  образования  вредных  выбросов  с  учетом  природоохранных  мероприятий  в  частности  ввода  влаги  в  зону  горения.

В  основу  теоретической  модели  положен  макрокинетический  закон  протекания  брутто-реакции  образования  концентраций  оксидов  азота  в  зоне  высоких  температур.  Методика  отражает  закономерности  образования  NO_x  в  основном  по  термическому  механизму  Я.Б.  Зельдовича  [4]  на  основе  избирательного  воздействия  дополнительно  вводимой  влаги  преимущественно  на  термические  оксиды  азота.  В  методике  определено  влияние,  оказываемое  на  образование  оксидов  азота  температурного  уровня,  концентрации  реагирующих  веществ  и  время  нахождения  их  в  зоне  высоких  температур. 

Получены  зависимости  изменения  скорости  образования  оксидов  азота,  температуры  в  топке  и  концентрации  оксидов  азота  от  количества  вводимой  влаги.

Экономический  эффект  от  внедрения  ввода  влаги  в  топку  котла  будет  определяться  водотопливным  отношением.  В  качестве  критерия  выбора  оптимального  водотопливного  отношения  использовались  методические  рекомендации  [5],  согласно  которым  для  выбора  наилучшего  варианта  применяется  показатель  чистого  дисконтированного  дохода  (ЧДД),  определяемый  как  превышение  интегральных  результатов  над  интегральными  затратами  за  весь  расчетный  период.

При  проведении  расчетов  в  базовых  ценах  величина  ЧДД  для  постоянной  нормы  дисконта  определяется  по  формуле:

,

где:    —  результаты,  достигаемые  на  t-ом  шаге  расчета  ; 

  —  затраты,  осуществляемые  на  t-ом  шаге  расчета; 

Т  —  горизонт  расчета,  равный  номеру  шага  ,на  котором  производится  ликвидация  объекта; 

  —  норма  дисконта.

Оптимальное  водотопливное  отношение  выбирается  исходя  из  максимальной  величины  интегрального  эффекта.

Оценку  результатов  применения  природоохранных  мероприятий  производят  с  учетом  того,  что  в  результате  снижения  величины  выброса  при  внедрении  данных  мероприятий  уменьшится  размер  платежей  предприятием  за  выбросы  загрязняющих  веществ,  которые  взимаются  из  прибыли  предприятия.

Оценку  затрат  на  осуществление  природоохранных  мероприятий  на  t-ом  шаге  расчета  производят  по  формуле:

  ,

где:    —  единовременные  затраты  в  году  t; 

—  текущие  издержки  в  году  t; 

  —  остаточная  стоимость  (ликвидационное  сальдо)  основных  фондов  в  году  t.

Важной  проблемой  при  эксплуатации  энергетических  объектов  является  обеспечение  возможности  регулирования  выбросов  в  период  наступления  неблагоприятных  метеорологических  условий.

В  особо  неблагоприятные  метеорологические  ситуации  возникает  опасность  накопления  вредных  веществ  в  приземном  слое  атмосферы,  с  последующим  опасным  ростом  концентраций  вредных  примесей.  Предотвращение  роста  концентраций  в  такие  периоды  предполагает  разработку  мероприятий  по  снижению  вредных  выбросов  от  промышленных  объектов,  в  частности  от  ТЭЦ,  работающих  на  органическом  топливе. 

Система  оперативных  мероприятий  по  снижению  вредных  выбросов  может  включать  различные  методы:  снижение  выбросов  вредных  веществ  в  технологическом  процессе,  эффективное  рассеивание  вредных  выбросов,  изменения  графика  работы  промышленности  и  движения  автотранспорта,  ограничение  технологической  нагрузки  путем  перераспределения  нагрузки  между  оборудованием  вплоть  до  полного  останова  [3].

Последнее  решение  для  условий  ТЭЦ  должно  учитывать  ограничения  по  предельным  значениям  отпуска  электрической  и  тепловой  энергии,  по  максимальному  расходу  свежего  пара,  а  также  по  минимальной  электрической  мощности,  определяемой  тепловой  нагрузкой  турбоагрегата  [1].

В  данном  случае  возможным  способом  постановки  задачи  является  решение  многокритериальной  функции  оптимизации  с  введением  коэффициентов  значимости  (важности)  составных  критериев  на  основании  [1,  2,  3]:

F(X_i,X_j,X_k)  =  l₁·  F₁(X_i,)  +l₂·  F₂(X_j,)  +l₃·  F₃(X_k,)  ,  (3)

где 

l₁+l₂+l₃=1,0  (4) 

где:  F₁,  F₂,  F₃  —  критерии  оптимальности  по  технико-экономическим  показателям  (затраты  на  топливо);  по  показателям  надежности  (затраты  на  обеспечение  заданной  надежности  электро-  и  теплоснабжения)  и  по  экологическим  факторам  (затраты  на  мероприятия,  обеспечивающие  заданный  уровень  предельно-допустимого  выброса); 

l₁,l₂,l₃  —  коэффициенты  значимости  критериев  оптимизации; 

X_i,X_j,X_k,  —  управляющие  параметры,  часть  из  которых  может  содержаться  в  двух  или  нескольких  критериях.

Была  составлена  модель  оптимального  управления  загрязняющими  выбросами  ТЭC  схема  которой  представлена  на  рис.  1. 

Рисунок  1.  Модель  оптимального  управления  загрязняющими  выбросами  ТЭС

Модель  состоит  из  восьми  блоков:

БЛОК  1.  Модель  генерации  оксидов  азота.  Представляется  модель  определения  текущей  концентрации  оксидов  азота  с  учетом  особенностей  работы  котельного  оборудования.

БЛОК  2.  Блок  расчета  допустимой  концентрации.  Представляется  модель  генерации  оксидов  азота  с  учетом  экологически  ограничений:  предельно-допустимой  концентрации  (ПДК),  фонового  загрязнения,  температуры  атмосферного  воздуха  и  др.  факторов.  В  модель  включена  также  методика  ранжирования  выбросов  между  отдельными  котельными  агрегатами  [6],  согласно  которой  производится  распределение  экологической  нагрузки  между  котлоагрегатами  в  зависимости  от  приоритетности  их  загрязняющих  выбросов.

БЛОК  3.  Блок  проверки  условий  по  экологическим  ограничениям.  Если  загрязняющие  выбросы  ТЭЦ  соответствуют  нормативным  значениям,  то  решение  считается  оптимальным.  В  противном  случае  осуществляется  переход  на  блоки  4  и  5.

БЛОК  4.  Блок  расчета  концентраций  загрязняющих  веществ  с  учетом  введения  дополнительных  природоохранных  мероприятий.

БЛОК  5.  Блок  расчета  концентраций  загрязняющих  веществ  с  учетом  введения  режимных  мероприятий  и  определение  возможного  изменения  тепловой  и  электрической  мощности.

БЛОК  6.  Блок  расчета  ограничений  на  режимные  параметры.  Производится  приравнивания  текущей  концентрации  оксидов  азота  С_NOX  к  допустимой  концентрации  ПДК  и  определяются  значения  режимных  параметров  (расход  топлива,  тепловая  нагрузка  котла,  расход  питательной  воды  и  т.  д.),  исходя  из  условия  обеспечения  концентрация  загрязняющих  веществ  равна  ПДК. 

БЛОК  7.  Расчет  оптимальных  режимных  параметров  производится  с  учетом  экономических  ограничений  и  исходя  из  оптимального  (максимального  значения)  значения  интегрального  эффекта. 

БЛОК  8.  Блок  расчета  оптимальных  режимных  параметров.  Производится  оптимизация  распределения  тепловой  нагрузки  между  энергетическими  и  пиковыми  котлами. 

Выводы:

1.  Определено  воздействие  объектов  теплоэнергетики  на  окружающую  среду;

2.  Разработана  теоретическая  модель  образования  вредных  выбросов  в  топке  энергетического  котла  с  учетом  внедрения  природоохранных  мероприятий;

3.  Разработана  эколого-экономическая  модель  оптимального  управления  выбросами  ТЭС

Список  литературы:

1.Аминов  Р.З.  Векторная  оптимизация  режимов  работы  электростанции.-  М.:  Энергоатоиздат  ,  1994.  —  304  с.

2.Аракелян  Э.К.,  Кормилицын  В.И.,  Самаренко  В.Н.  Оптимизация  режимов  оборудования  ТЭЦ  с  учетом  экологических  ограничений  //  Теплоэнергетика.  —  1992.  —  №  2.  —  С.  29—33.

3.Волков  Э.П.,  Прохоров  В.Б.  и  др.  Снижение  вредного  воздействия  выбросов  в  районе  расположения  ТЭС  на  окружающую  среду  на  основе  оптимизации  распределения  нагрузки  //  Теплоэнергетика.  —  1993.  —  №  1.  —  С.  8—13.

4.Зельдович  Я.Б.,  Садовников  П.Я.,  Франк-Каменецкий  Д.А.  Окисление  азота  при  горении.  М.-Л.:  Изд-во  АН  СССР,  1947.  —  148  с.

5.Методические  рекомендации  по  оценке  эффективности  инвестиционных  проектов  и  их  отбору  для  финансирования.  М.:Инфорэлектро,1994.  —  81  с.

6.МНР-83.  Методика  определения  нормативных  уровней  выбросов  загрязняющих  веществ  в  атмосферу.  М:  Госкомгидрометеоиздат,  1984.  —  20  с.