ТЭС как источник загрязнения атмосферного воздуха.

ГБОУ  ВПО « Саратовский Государственный  Медицинский Университет

им. В.И. Разумовского» Министерства здравоохранения  и социального развития РФ 

Кафедра гигиены медико-профилактического  факультета  

Дисциплина  « Коммунальная гигиена» 
 
 
 

Зав.кафедрой: д.м.н., профессор И.Н. Луцевич

                                                             Преподаватель: И.А. Каракотина   
 
 

Реферат на тему: 

«Тепловые электростанции как  источник загрязнения  атмосферного воздуха». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила:  студентка медико-профилактического

факультета 

6 курса 1 группы

Гетц  Т. Н. 

Саратов 2011

Содержание. 

     Введение.------------------------------------------------------------------3

1. Принципы  работы ТЭС и образование продуктов  переработки.------5

2. Основные  производственные выбросы в атмосферу.--------------------6
3. Предельно допустимые концентрации выбросов ТЭС.-----------------8

4. Некоторые пути решения проблем современной энергетики.---------9

     Заключение.-------------------------------------------------------------------------15

     Список  используемой литературы.---------------------------------------------16

Введение.

«Если человек хочет жить на этой Земле, то ему придётся проявить мудрость при выборе между теми нововведениями, которые он способен контролировать, и теми, которыми он управлять не в состоянии».

(Джодже  Драйфус) 

     Человек загрязняет атмосферу уже тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию, что сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища. Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и незакопченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ибо люди обитали тогда небольшими группами, занимая неизмерно обширную нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточение людей на сравнительно небольшой территории, как это было в классической древности, не сопровождалось еще серьезными последствиями.  Основу современной цивилизации составляет - ископаемые природные ресурсы и вырабатываемая из них энергия. Очевидно, что без энергетики у человечества нет будущего. Но с другой стороны, энергетика оказывает мощное отрицательное воздействие на окружающую среду, ухудшая условия жизни людей. Основу энергетики составляют различные типы электростанций. Почти 70 лет назад при развитии отечественной индустрии ставку сделали на крупные ТЭС. Однако в то время мало кто задумывался о последствиях влияния ТЭС на природу, т.к. первостепенной задачей было получение электрической энергии и тепла. Технология производства электроэнергии на ТЭС с использованием органических топлив связана с превращением практически всех затраченных материальных ресурсов и большей части энергии топлива в отходы, выбрасываемые в окружающую среду. На современном этапе проблема взаимодействия энергетики и окружающей среды приобрела новые черты, распространяя влияние на огромные территории, большинство рек и озёр, громадные объёмы атмосферы и гидросферы Земли. Ещё более значительные масштабы энергопотребления в обозримом будущем предопределяют дальнейшее интенсивное увеличение разнообразных воздействий на все компоненты окружающей среды в глобальных масштабах. Ранее при выборе способов получения электрической и тепловой энергии, путей комплексного решения проблем энергетики, водного хозяйства, транспорта, назначении основных параметров объектов (тип и мощность станции, объем водохранилища и др.) руководствовались в первую очередь минимизацией экономических затрат. В настоящее же время на первый план все более выдвигаются вопросы оценки возможных последствий возведения и эксплуатации объектов энергетики.   [4] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Принципы  работы ТЭС и образование продуктов переработки.

     ТЭС работают на органическом топливе, в  качестве которого используют сравнительно дешевые уголь и мазут. Эти  виды топлива - невосполнимые природные  ресурсы. Основные энергетические ресурсы  в мире сегодня:

• уголь (40%),
• нефть(27%),
• газ(21%).

     Энергия сжигаемого органического топлива  преобразуется в электрическую  и тепловую энергию. При сжигании твердого, жидкого и газообразного  топлива на ТЭС вся его масса  превращается в отходы, причем продукты сгорания в несколько раз превышают массу использованного топлива за счет включения азота и кислорода воздуха. Все топливосжигающие установки ежегодно выбрасывают в атмосферу Земли 200млн.т. окиси углерода, 150 млн.т. двуокиси серы, 250млн.т. мелкодисперсных аэрозолей. [2]         Существует два метода сжигания минерального топлива — колошниковый (или слоевой) и камерный, который в свою очередь делится на факельный и циклонный. Колошниковый метод применяется для сжигания каменного угля, камерный метод — для сжигания пыли каменного угля, газообразного и жидкого топлива. [1]       Сжигание топлива на ТЭС связано с образованием продуктов сгорания, содержащих летучую золу, частицы недогоревшего пылевидного топлива, сернистый и серный ангидрид, оксиды азота и газообразные продукты неполного сгорания, а при сжигании мазута, кроме того, соединения ванадия, соли натрия, кокс и частицы сажи. В золе некоторых топлив имеется мышьяк, свободный диоксид кремния, свободный оксид кальция и др. Перевод с твердого топлива на газовое ведет к значительному удорожанию вырабатываемой энергии, не говоря уже о дефиците и того, и другого. Кроме того, это не решит проблемы загрязнения атмосферы. Перевод установок на жидкое топливо существенно уменьшает золообразование, но практически не влияет на выбросы окиси серы, так как мазуты, применяемые в качестве топлива, содержат более 2% серы. При сжигании газа в дымовых выбросах также содержится оксид серы, а содержание оксидов азота не меньше, чем при сжигании угля.     Так как не хватает качественного топлива, ТЭС работают на низкосортном. В процессе сгорания такого топлива образуются загрязняющие вещества, которые выводятся в атмосферу с дымом и попадают в почву с золой. Помимо того, что эти выбросы неблагоприятно влияют на окружающую среду, продукты сгорания вызывают выпадение кислотных осадков и парниковый эффект, который грозит нам засухами. [4] 
 

     Основные  производственные выбросы  в атмосферу.

     Источниками загрязнения атмосферы являются производственные выбросы продуктов сгорания.        Загрязняющие примеси выбросов электростанций воздействуют на биосферу района расположения предприятия, подвергаются различным превращениям и взаимодействиям, а также осаждаются, вымываются атмосферными осадками, поступают в почву и водоемы. Кроме основных компонентов, образующихся в результате сжигания органического топлива (углекислого газа и воды), выбросы ТЭС содержат пылевые частицы различного состава, оксиды серы, оксиды азота, фтористые соединения, оксиды металлов, газообразные продукты неполного сгорания топлива. Их поступление в воздушную среду наносит большой ущерб, как всем основным компонентам биосферы, так и предприятиям, объектам городского хозяйства, транспорту и населению городов. Наличие пылевых частиц, оксидов серы обусловлено содержанием в топливе минеральных примесей, а наличие оксидов азота – частичным окислением азота воздуха в высокотемпературном пламени.       Наиболее высокой биологической активностью обладает диоксид азота ( ), который оказывает раздражающее действие на дыхательные пути и слизистую оболочку глаза. Также большую экологическую опасность для человека представляют тяжелые металлы. Попадая в организм в больших количествах, в течение короткого времени они могут вызвать острое отравление, а при хроническом воздействии малых доз в течение продолжительного времени может проявиться канцерогенное действие мышьяка, хрома, никеля и т.д. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа-400 млн. доз, магния -1,5 млн. доз. В выбросах угольных ТЭС содержатся также окислы кремния и алюминия. Эти абразивные материалы способны разрушать легочную ткань и вызывать такое заболевание, как силикоз, которым раньше болели шахтеры. Сейчас случаи заболевания силикозом регистрируются у детей, проживающих вблизи угольных ТЭС.         Наряду с увеличением углекислого газа, происходит уменьшение доли кислорода в атмосфере, который расходуется на сжигание топлива на тепловых станциях.          Воздействие на животный и растительный мир оказывает загрязнение атмосферы окисью серы ( ), которая разрушает хлорофилл растений, может привести к повреждениям листьев и хвои.     Воздействие окиси углерода ( ) на человека и животных состоит в том, что она, соединяясь с гемоглобином крови, очень быстро лишает организм кислорода и приводит к нарушению нервной системы. Оксиды азота снижают прозрачность атмосферы и способствуют образованию смога. Токсичностью отличается пентаксид ванадия ( ), входящий в состав золы мазута. Это вещество вызывает раздражение дыхательных путей у человека и животных, расстройство кровообращения и нервной системы, а также нарушение обмена веществ.      Бенз(а)пирен - своеобразный канцероген, который способен вызывать онкологические заболевания. Поэтому проектирование и сооружение электростанций ведутся с соблюдением требований по предельно допустимым концентрациям основных выбросов, загрязняющих атмосферу отходящими газами предприятий в атмосферном воздухе на уровне дыхания человека. [2] 
 

     Предельно допустимые концентрации выбросов ТЭС.

     В соответствии с Федеральным законом "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" от 30 марта 1999 г. N 52-ФЗ разработаны гигиенические нормативы предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест.  Предельно допустимой признана такая концентрация, которая не оказывает на человека прямого или косвенного вредного и неприятного действия, не снижает работоспособности, не влияет на его самочувствие или настроение. При косвенном действии учитывалось влияние загрязняющих веществ на микроклимат и зеленые насаждения.   Распространение перечисленных выбросов в атмосферу зависит от рельефа местности, скорости ветра, перегрева их по отношению к температуре окружающей среды, высоты облачности, фазового состояния осадков и их интенсивности. Взаимодействие выбросов с туманом приводит к образованию устойчивого сильно загрязненного мелкодисперсного облака - смога, наиболее плотного у поверхности земли. Одним из видов воздействия ТЭС на атмосферу является все возрастающее потребление воздуха, необходимого для сжигания топлива.

Таблица 1. Предельно допустимая концентрация основных выбросов, загрязняющих атмосферу отходящими газами ТЭС в атмосферном воздухе на уровне дыхания человека.

Некоторые пути решения проблем  современной энергетики.

     Нужно сказать, что воздействия ТЭС на окружающую среду значительно отличаются по видам топлива (таблица 2). Наиболее «чистое» топливо для тепловых электростанций – газ, как природный, так и получаемый при переработке нефти или в процессе метанового брожения органических веществ. Наиболее «грязное» топливо – горючие сланцы, торф, бурый уголь. При их сжигании образуется больше всего пылевых частиц и оксидов серы. Хотя в настоящее время значительная доля энергии производится за счет относительно чистых видов топлива (газ, нефть), но закономерной является тенденция уменьшения их доли. По имеющимся прогнозам, эти энергоносители потеряют свое ведущее значение уже в первой четверти XXI столетия. Здесь уместно вспомнить высказывание Д. И. Менделеева о недопустимости использования нефти как топлива: «Нефть не топливо - топить можно и ассигнациями». Не исключена вероятность существенного увеличения в мировом энергобалансе использования угля. По имеющимся расчетам, запасы углей таковы, что они могут обеспечивать мировые потребности в энергии в течение 200-300 лет Возможная добыча углей, с учетом разведанных и прогнозных запасов, оценивается более чем в 7 триллионов тонн. При этом более 1/3 мировых запасов углей находится на территории России. Поэтому закономерно ожидать увеличения доли углей или продуктов их переработки (например, газа) в получении энергии, а, следовательно, и в загрязнении среды. Угли содержат от 0,2 до десятков процентов серы в основном в виде пирита, сульфата закисного железа и гипса. [4]

     Для соединений серы существуют два подхода к решению проблемы минимизации выбросов в атмосферу при сжигании органических топлив:

     1) очистка от соединений серы  продуктов сгорания топлива (сероочистка  дымовых газов);         2) удаление серы из топлива до его сжигания.

Наиболее распространенными  методами сероочистки являются следующие:

а) мокрый известняковый (известковый) способ

б) мокросухой способ

в) магнезитовый циклический способ

г) аммиачно-циклический способ

д) сухой известняковый (аддитивный) способ.        

 В их основе  лежит использование реагента для связывания оксидов серы. В  качестве такого вещества чаще всего выступает известняк СаСО₃ (карбонат кальция) или известь Са (ОН)₂ (гидрат оксида кальция), так как они являются наиболее дешевыми щелочными реагентами. КПД сероподавления лежит в пределах 80 - 90% при разнице в затратах для “мокрых” способов (с учетом эксплуатационных издержек) на уровне 20% .  При относительно равных возможностях сероподавления и равных затратах на производство и эксплуатацию вид, сероочистки должен определяться как свойствами используемого угля, так и свойствами его золы. Для КАУ, например, при высоком содержании Са в золе, неприемлемы “мокрые” способы сероподавления из-за образования в аппаратах сероочистки трудноудаляемых отложений гипса. В то же время, “сухой” известняковый способ является наиболее простым и требует минимальных капиталовложений.         Сущность способа заключается в добавлении к сжигаемому топливу известняка или доломита в количестве, примерно в два раза превышающем стехиометрически содержание серы в исходном топливе. В топке под воздействием температуры известняк диссоциирует на углекислоту и оксид кальция, а последний взаимодействует с сернистым ангидридом, в результате образуется сульфат кальция, который вместе с золой улавливается в золоуловителях.           К настоящему времени по обоим направлениям достигнуты определённые результаты. В числе достоинств первого подхода следует назвать его безусловную эффективность – удаляется до 90-95% серы – возможность применения практически вне зависимости от вида топлива. К недостаткам следует отнести большие капиталовложения. Энергетические потери для ТЭС, связанные с сероочисткой, ориентировочно составляют 3-7%. Основным преимуществом второго пути является то, что очистка осуществляется независимо от режимов работы ТЭС, в то время как установки по сероочистке дымовых газов резко ухудшают экономические показатели электростанций за счёт того, что большую часть времени вынуждены работать в нерасчётном режиме. Установки же по сероочистке топлив можно всегда использовать в номинальном режиме, складируя очищенное топливо.         Проблема снижения выбросов оксидов азота ТЭС серьезно рассматривается с конца 60-х годов. В настоящее время по этому вопросу уже накоплен определённый опыт.

       Можно назвать следующие методы:

     1) уменьшение коэффициента избытка  воздуха (так можно добиться  снижения содержания окислов  азота на 25-30%, уменьшив коэффициент  избытка воздуха с 1,15 - 1,20 до 1,03);       2) разрушение окислов до нетоксичных составляющих.

Таблица 2. Степень  содержания загрязняющих выбросов для различных видов топлив.

     Для уменьшения концентрации загрязняющих соединений в приземном слое воздуха  котельные ТЭС оборудуют высокими дымовыми трубами. Обычная высота трубы таких предприятий 100-120 м. При этом радиус зоны задымления, в которой приземные концентрации превышают уровень ПДК, составляет 2-2,5 км. При увеличении высоты трубы до 180-240м, а в некоторых случаях до 300 м радиус зоны задымления увеличивается до 5-10 км, однако приземные концентрации загрязнений значительно уменьшаются. Это обусловлено двумя причинами: расширением угла раскрытия факела выброса и повышением турбулентности за счет более высоких скоростей ветра на высоте. Однако специалисты считают, что использование для развития города территорий, попадающих в зону задымления, не оправдано даже в том случае, когда расчеты показывают, что приземные концентрации не превысят ПДК. Существует опасность попадания таких территорий в неблагоприятные санитарные условия в периоды ухудшения условий рассеивания в условиях штиля или температурной инверсии, туманообразования, а также в связи с возможным дальнейшим наращиванием мощности тепловой (электрической) станции. Таким образом, увеличение высоты трубы на энергетических объектах не сопровождается сокращением объема выброса или снижением его вредности; оно лишь снижает приземные концентрации его компонентов. Однако при этом увеличивается количество населения, проживающего в зоне влияния выброса. Поэтому увеличение высоты трубы нельзя рассматривать как мероприятие, компенсирующее известные, но отсутствующие на данном объекте приемы обезвреживания выбросов. В условиях большого города с большим количеством разнообразных источников загрязнения воздуха и многокомпонентным составом выбросов увеличение высоты трубы не улучшит санитарную обстановку. Строительство высоких труб на энергетических объектах целесообразно при их расположении на территориях с низкой плотностью населения при условии полного комплекса технологических и санитарно-технических мероприятий и при отсутствии поблизости других серьезных источников загрязнения атмосферы.[3]  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение.

     Несомненно, что в ближайшей перспективе  тепловая энергетика будет оставаться преобладающей в энергетическом балансе мира и отдельных стран. Велика вероятность увеличения доли углей и других видов менее чистого топлива в получении энергии. В этой связи нужно обсудить некоторые пути и способы их использования, позволяющие существенно уменьшать отрицательное воздействие на среду. Эти способы базируются в основном на совершенствовании технологий подготовки топлива и улавливания загрязняющих выбросов. Важно помнить на каждой стадии проектирования новой ТЭС, что взаимодействие энергетического предприятия с окружающей средой происходит на всех стадиях добычи и использования топлива, преобразования и передачи энергии. Тепловой электростанцией активно потребляется воздух. Образующиеся продукты сгорания передают основную часть теплоты рабочему телу энергетической установки, часть теплоты рассеивается в окружающую среду, а часть - уносится с продуктами сгорания через дымовую трубу в атмосферу, и эти продукты сгорания содержат оксиды азота, углерода, серы, углеводороды, пары воды и другие вещества в твердом, жидком и газообразном состояниях, которые наносят вред не только нам, людям, но и природе. [3]   Хочется закончить свой реферат словами Гете: «Природа не признаёт шуток. Она всегда правдива, всегда серьёзна, всегда строга. Она всегда права. Ошибки же и заблужденья исходят от людей». 
 
 
 
 
 
 

     Список  используемой литературы:

1. Мазаев В.Т. « Коммунальная гигиена, ч.2».- М.: ГЭОТАР-Медиа, 2007г.
2. Носков А.С.  «Воздействия ТЭС на окружающую среду и способы снижения наносимого ущерба».- Новосибирск, 1990г.
3. Интернет-ресурсы: http://www.referat.ru/referats/view/31503
4. Интернет-ресурсы: http://www.fos.ru/ecology/10147.html