Экологические проблемы эксплуатации АЭС


Проблема снижения вредного воздействия от энергокомплекса наиболее остро стоит для крупных городов в силу концентрации промышленности, коммунального хозяйства и населения, сосредоточения различного типа электростанций на ограниченной территории. Но и в небольших городах ТЭЦ могут существенно влиять на экологическую обстановку и способствовать загрязнению атмосферы. Одним из важнейших вопросов является определение вклада ТЭЦ в приземную загазованность города, поскольку уровень загрязнения впрямую соотносится с затратами на защиту атмосферы. Химия городской атмосферы, особенно трансформации таких основных загрязнителей, как оксиды азота, изучена недостаточно. С целью определения процессов распространения вредных примесей от дымовых труб теплоэлектроцентралей в условиях города проведены натурные исследования выбросов ТЭЦ, при этом учитывались данные городской сети мониторинга окружающей среды.

В качестве энергетического объекта, на котором проводились исследования распространения вредных выбросов в условиях города, была выбрана Клинцовская ТЭЦ ОАО «Брянская генерирующая компания». Основным источником загрязнения атмосферного воздуха является котлотурбинный цех. Загрязняющие вещества, образующиеся при сжигании природного топлива, через дымовую трубу высотой 100 м и диаметром 6 м выбрасываются в атмосферу. Основными загрязнителями являются: двуокись азота, сернистый ангидрид, мазутная зола и окись углерода. Самый крупнотоннажный поллютант - двуокись азота, выброс которого составляет 120-180 т/год.

Для проведения эксперимента выбиралось холодное время года, которое характеризуется нагрузкой электростанций, близкой к номинальной, и, следовательно, максимальными выбросами исследуемых ингредиентов. Исследования носили комплексный характер и включали следующие виды работ: определение режимных параметров и выбросов из всех котлов ТЭЦ на основании измерений и расчетным путем; метеорологические измерения скорости, температуры и направления ветра. 

 Получено, что изменчивость величины фоновых значений концентраций диоксида азота больше, чем диоксида серы, а максимальное значение приходится на диапазон скорости ветра на уровне флюгера 2-3 м/с, в то время как опасные скорости ветра для рассматриваемой ТЭЦ приходятся на интервал 7-11м/с. Во время натурных экспериментов выбросы оксидов серы и азота от ТЭЦ изменялись в широких пределах. Так, отношение максимального значения выбросов к минимальному в разных сериях экспериментов изменялось для NOх – в 1,1 - 2,0, для SO2 - в 2,9 - 4,5 раза. Полученные экспериментальные данные были сопоставлены с результатами расчетов по методикам ОНД-86. Поскольку ОНД-86 является единственной нормативной методикой, анализ проводился на базе сравнения с указанной моделью. Получено, что из-за повышенной шероховатости городской подстилающей поверхности и связанной с этим увеличенной интенсивностью турбулентности можно отметить ряд различий: расчетные максимумы концентраций выше экспериментальных значений на 15-25%; рассеивание примеси в направлении, перпендикулярном движению факела, больше, чем определено по методике ОНД-86, что подтверждают данные других исследователей об усиленном горизонтальном турбулентном обмене в условиях города. Столь значительное расхождение объясняется тем, что в расчетах по ОНД-86 принята трансформация NO в NO2, равная 80%, в то время как в рассматриваемых условиях степень окисления NO в NO2 скорее всего существенно меньше.

Оксид и диоксид азота имеют различные предельно-допустимые концентрации (ПДК): ПДК NO = 0,4 мг/м3, ПДК NO2= 0,085 мг/м3, т.е. диоксид азота в 4,7 раз токсичнее оксида азота. Максимальные расчетные концентрации диоксида азота достигают 3,5 ПДК зимой и 2,5 ПДК летом. 

Главное направление совершенствования топливного баланса – замещение жидкого и твердого видов топлива газом. На предприятии Клинцовская ТЭЦ ОАО «Брянская генерирующая компания» до 1978 г. основным топливом был фрезерный торф, затем перешли на природный газ. Резервным топливом является мазут. Установлено, что изменение топливного баланса для ТЭЦ, позволило практически решить проблему защиты воздушного бассейна от воздействия сернистого ангидрида и золы. Совершенствование топливного баланса, однако, малоэффективно для снижения выбросов и уровня приземных концентраций оксидов азота.

Ряд проводимых мероприятий приводит к уменьшению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу – это устранение присосов в топке котлов; доведение коэффициента убытка в топках котлов до нормативных значений; осуществление постоянного инструментального контроля за выбросами. Всего на территории ТЭЦ находятся 5 организованных и 2 неорганизованных источников загрязнения. Для определения массовых концентраций загрязняющих веществ используются многокомпонентный газоанализатор и компьютерный газоанализатор.

Для снижения выбросов оксидов азота предлагаем кондиционер дутьевого воздуха (КДВ). КДВ с насосом и теплообменником включается параллельно штатному оборудованию котельной, что позволяет вводить его в эксплуатацию или отключать на ходу, без нарушения режима работы котла. На рисунке 1 представлена схема КДВ.

 


Рисунок 1 - Структурная технологическая схема кондиционера дутьевого воздуха с раздельными блоками охлаждения дымовых газов и подогрева воздуха (1 – котел, 2 – дутьевой вентилятор, 3 – датчики температуры, 4 – подмешивание газов, 5 – байпас газов, 6 – сброс конденсата в ХВО сети, 7 – задатчик расхода промышленного контура, 8 – насос охлажденной воды, 9 – насос горячей воды, 10 – регулятор расхода промышленного контура, 11 – промышленный циркуляционный контур, 12 – блок охлаждения газов, 13 – регулятор температуры РТ, 14 – блок подогрева воздуха, 15 – подогреватель подпитки сети, 16 – дымосос, 17 – дымовая труба, 18- регулятор сброса конденсата, 19 – индикатор подмешивания газа).

 Рисунок 2 - Эффективность подавления образования оксидов азота котла КВГМ-20 при работе на газе с помощью КДВ-20.

Анализ данных и результаты опытно-промышленной эксплуатации установки позволили сделать следующие выводы:

 - эффективность подавления эмиссии оксидов азота с применением системы КДВ составляет 70–85% (рис. 2);

 - одновременно с этим за счёт утилизации теплоты дымовых газов котла на 3,5–4,5% повышается КПД котла по сравнению с его штатной экономичностью;

 - работа КДВ в составе котлоагрегата практически не вносит дополнительных усложнений в его эксплуатацию;

 Проведенный нами анализ по использованию режимных мероприятий с целью подавления оксидов азота в топках паровых и пиковых котлов энергокомплекса показал, что из наиболее распространенных мероприятий применяются:

 - замена устаревших горелочных устройств современными с пониженным выбросом оксидов азота;

  - рециркуляция дымовых газов;

 - ступенчатое сжигание топлива;

  - комбинированное (комплексное) использование перечисленных выше мероприятий.

Блочные ТЭС состоят из отдельных, как правило, однотипных энергетических установок - энергоблоков. В энергоблоке каждый котел подает пар только для своей турбины, из которой он возвращается после конденсации только в свой котел. По блочной схеме строят все мощные ГРЭС и ТЭЦ, которые имеют так называемый промежуточный перегрев пара. Работа котлов и турбин на ТЭС с поперечными связями обеспечивается по другому: все котлы ТЭС подают пар в один общий паропровод (коллектор) и от него питаются все паровые турбины ТЭС.
Природоохранные технологии на АЭС