Предложения по снижению экологического риска при эксплуатации котельной поселка 'Мирный'

Предложения по снижению экологического риска при эксплуатации котельной поселка 'Мирный'

Курсовая работа

Предложения по снижению экологического риска при эксплуатации котельной поселка «Мирный»

1. Введение

экологический риск теплоснабжение

Экологический риск - совокупность рисков, угрожающих состоянию среды обитания и общественному благосостоянию.

Природопользование, не выходящее за пределы допустимого экологического риска, позволяет обеспечить и экологическое и экономическое качество жизни.

Уровень допустимого экологического риска зависит от уровня научно-технического прогресса, который может рассматриваться и как ресурс, и как условие.

Разработка природоохранных мероприятий невозможна без оценки экологического риска. Оценка риска - это научный анализ его генезиса и развития, включая его выявления, определение степени опасности в конкретной ситуации.

Целью данной работы является:

определение уровня экологического риска от теплоснабжения поселка Мирный котельной малой мощности, работающей на твердом топливе;

o   оценить экологический риск; выполнив расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу;

o   при необходимости, разработать и провести ряд технических решений по снижению экологического риска.

Для осуществления поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1.       Произвести расчет выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, рассеивание этих веществ.

В России основным показателем, используемым для контроля качества воздуха, являются предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе (ПДК).

ПДК - это максимальная концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени осреднения, которая при периодическом воздействии или на протяжении всей жизни человека не оказывает на него вредного влияния, включая отдаленные последствия, и не оказывает вредного влияния на окружающую среду в целом.

Во многих случаях содержание вредных веществ на выходе из трубы превышает величины ПДК, но вследствие турбулентности атмосферы происходит перемешивание и рассеивание примесей, и их содержание на уровне земли может оказаться ниже ПДК. Поэтому для управления качеством воздуха используется норматив, называемый предельно допустимым выбросом (ПДВ) и устанавливаемый с таким расчетом, чтобы концентрация загрязняющих веществ в приземном слое воздуха не превышала нормативов качества воздуха для населения, а также для растений и животных.

.        Произвести расчет минимальной высоты трубы котельной, при которой обеспечивается концентрация ЗВ в приземном слое не выше ПДК для населенных пунктов, и сравнить ее с фактической высотой трубы.

. Сделать выводы о правильности заложения трубы при строительстве.

4.       Определить класс опасности котельной и в соответствии с ним построить санитарно-защитную зону.

Основными природоохранными мероприятиями являются технические, поскольку именно они позволяют наиболее эффективно снижать или даже устранять ЗВ.

. Разработав комплекс мероприятий и применив его в эксплуатации котельной, произвести расчет предотвращенного ущерба как экономического, так и экологического.

2. Источники тепловой и электрической энергии

экологический риск теплоснабжение

Электроэнергия на ТЭС вырабатывается на традиционных видах топлива (угле, газе, мазуте, торфе, горючих сланцах) при помощи мощных паровых турбин, приводящих в действие электрогенераторы. По особенностям технологического процесса ТЭС подразделяется на два вида.

Конденсаторные (КЭС), в которых прошедший через турбину отработанный пар охлаждается, конденсируется и вновь поступает в котел. Тяготея к источникам топлива и к регионам наибольшего потребления электроэнергии, они широко распространены в мире.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), особенностью которых является то, что отработанный в турбине пар или горячая вода затем используются для отопления и горячего водоснабжения промышленной и коммунальной сферы. ТЭЦ строятся преимущественно в крупных городах, поскольку эффективная передача пара или горячей воды из-за высоких тепловых потерь в трубах возможна на расстоянии не более 20 - 25 км. Кроме того, чтобы уменьшить потери тепла, ТЭЦ необходимо дополнять небольшими подстанциями, которые должны размещаться вблизи от потребителя.

При всех указанных недостатках ТЭЦ представляют собой установки по комбинированному производству электроэнергии и тепла, в связи с чем суммарный коэффициент полезного использования топлива повышается до 70% против типовых значений 30 - 35% на КЭС. При этом, как правило, максимальная мощность ТЭЦ меньше, чем КЭС.

Преимущества тепловых станций по сравнению с другими типами электростанций заключается в следующем.

1.       В относительно свободном территориальном размещении, связанном с широким распространением топливных ресурсов.

2.       В способности (в отличие от ГЭС) вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний мощности.

.        В том, что площадь отчуждения и вывода из хозяйственного оборота земли под сооружение и эксплуатацию ТЭС, как правило, значительно меньше, чем необходимо для АЭС и тем более для ГЭС.

.        ТЭС в связи с массовым освоением технологий их строительства сооружаются гораздо быстрее, чем ГЭС или АЭС, и их стоимость на единицу установленной электрической мощности значительно ниже по сравнению с АЭС и ГЭС.

В то же время ТЭС обладают и крупными, в большинстве случаев неустранимыми недостатками.

1.       Для эксплуатации ТЭС обычно требуется гораздо больший персонал, чем для ГЭС и АЭС сопоставимой мощности, связанной с обслуживанием очень масштабного по объему топливного цикла.

2.       ТЭС постоянно зависят от поставок невозобновляемых (и нередко привозных) топливных ресурсов (уголь, мазут, газ, реже торф и горючие сланцы).

.        ТЭС весьма критичны к многократным запускам и остановкам; смены режима их работы резко снижаются эффективность, повышают расход топлива и приводят к повышенному износу основного оборудования.

.        ТЭС характеризуются сравнительно низким КПД (как правило, до 40%).

.        Именно ТЭС оказывают прямое и крайне неблагоприятное влияние на экологическую обстановку и являются самыми «грязными» источниками электроэнергии. Наибольший ущерб экологии окружающих регионов приносят станции на угле, особенно высокозольном. Среди ТЭС самыми экологически «чистыми» оказываются станции, использующие в своем технологическом процессе природный газ.

По оценкам экспертов, ТЭС всего мира выбрасывают в атмосферу ежегодно около 200 - 250 млн. т. Золы, более 60 млн. т. Сернистого ангидрида и большое количества углекислого газа (вызывающего так называемый парниковый эффект и приводящего к долгосрочным глобальным климатическим изменениям), при этом поглощая огромное количество кислорода. Кроме того, к настоящему времени установлено, что избыточной радиационный фон вокруг тепловых электростанций, работающих на угле, в среднем в мире в 100 раз выше, чем вблизи АЭС такой же мощности (уголь в качестве микропримесей почти всегда содержит уран, торий и радиоактивный изотоп углерода).

В снабжении топливом основным направлением последних лет в наиболее развитых и богатых странах является перевод угольных и мазутных ТЭС на природный газ (прежде всего, для снижения экологической нагрузки на окружающую среду). В Европе это в последние годы закреплено соответствующими директивами ЕС. Кроме того, новые стандарты экологической безопасности для ТЭС в развитых странах предусматривают обязательное оборудование станций многоступенчатыми системами улавливания и утилизации вредных пылевых выбросов (фильтры, катализаторные каскады и пр.)

В последнее время на ТЭС появляются и получают широкое распространение установки принципиально новых типов.

1.       Газотурбинные установки (ГТУ), где вместо паровых турбин действуют газовые турбины на жидком или газообразном топливе, что в основном снимает крайне острую проблему водоснабжения ТЭС и тем самым позволяет размещать их в дефицитных по воде районах.

2.       Парогазотурбинные установки (ПГУ), в которых тепло отработавших газов используется для подогрева воды с целью получения пара низкого давления в парогенераторах, за счет чего возможно существенно повысить коэффициент полезного использования топлива.

.        Магнитогидродинамические генераторы (МГДГ) для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую.

Принцип работы МГДГ такой же, что и обычного электрогенератора: в проводнике, движущемся поперек магнитного поля, возникает электрический ток. При этом роль проводника в МГДГ играет так называемая низкотемпературная (2000 - 3000ºС) плазма, возникающая в результате насыщения газообразных продуктов сгорания топлива легко ионизируемыми добавками.

. Виды топлива

Все существующие виды топлива разделяются на твердые, жидкие и газообразные. Для нагрева используется также тепловое действие электрического тока и пылевидное топливо. Некоторые группы топлива, в свою очередь, делятся на две подгруппы, из которых одна представляет собой топливо в том виде, в каком оно добывается, и это топливо называется естественным; другая подгруппа - топливо, которое получается путем переработки естественного топлива; это топливо называется искусственным.

Твердое топливо: а) естественное - дрова, каменный уголь, антрацит, торф; б) искусственное - древесный уголь, кокс и пылевидное, которое получается из измельченных углей.

Жидкое топливо: а) естественное - нефть; б) искусственное - бензин, керосин, мазут, смола.

Газообразное топливо: а) естественное - природный газ; б) искусственное - генераторный газ, получаемый при газификации различных видов твердого топлива (торфа, дров, каменного угля и др.), коксовальный, доменный, светильный и другие газы.

Все виды топлива состоят из одних и тех же элементов. Разница между видами топлива заключается в том, что эти элементы содержатся в топливе в различных количествах. Элементы, из которых состоит топливо, делятся на две группы. К первой группе относятся те элементы, которые горят сами или поддерживают горение. К таким элементам относятся углерод, водород и кислород. Ко второй группе элементов принадлежат те, которые сами не горят и не способствуют горению; к ним относятся азот и вода. Особо от названных элементов стоит сера. Она является горючим веществом и при горении выделяет тепло, но ее присутствие в топливе нежелательно, так как при горении серы выделяется сернистый газ, который переходит в нагреваемый металл и ухудшает его механические свойства.

Выше было сказано, что количество тепла, выделяемое топливом при сгорании, измеряется калориями. Каждое топливо при горении выделяет неодинаковое количество тепла. Количество тепла (калорий), которое выделяется при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или при сгорании 1 м газообразного, называется теплотворной способностью. Теплотворная способность различных видов топлива имеет широкие пределы. Например, для мазута теплотворная способность составляет около 10000 ккал/кг, для качественного каменного угля - 7000 ккал/кг и т. д. Чем выше теплотворная способность топлива, тем оно ценнее, так как для получения одного и того же количества тепла его потребуется меньше. Для сравнения тепловой ценности топлива применяется общая единица измерения. В качестве такой единицы принято топливо, имеющее теплотворную способность 7000 ккал/кг. Эта единица называется условным топливом.

Наибольшее распространение для сжигания в кузнечных печах находят следующие виды естественного топлива: бурый уголь, каменный уголь и газообразное топливо. Дрова и торф, обладая низкой теплотворной способностью, почти не пригодны для нагрева металла.

В соответствие с государственным стандартом ископаемые угли делятся на бурые, каменные и антрациты.

Бурые угли. Бурые угли представляют собой наиболее молодые сорта каменных углей. Золы в бурых углях содержится от 9 до 45%. Теплотворная способность от 2500 до 5000 ккал/кг. Только что добытый бурый уголь отличается большим содержанием влаги (до 60%). На воздухе бурый уголь теряет влагу, и содержание ее понижается до 30%. Под влиянием атмосферных условий эти угли быстро выветриваются и превращаются в мелочь. При длительном хранении бурые угли самозагораются. В чистом виде бурые угли лишь некоторых месторождений (карагандинское и др.) используются для кузнечных печей с полугазовыми топками, так как они не могут нагревать металл до необходимой температуры. По содержанию рабочей влаги угли разделяются на три группы: Б1 - с рабочей влагой более 40,0%; Б2 - от 30,0 до 40,0%; Б3 - менее 30,0%. Зольность бурых углей колеблется от 5 - 10 до 30 - 40% и зависит от условий образования и способа добычи.

Каменный уголь. Каменный уголь-один из основных видов топлива для кузнечных печей. Образуется каменный уголь отложением растений в течение длительного времени. Образующиеся отложения со временем покрываются толстым слоем земли. Под большим давлением, при полном отсутствии воздуха, происходит разложение древесины и образование каменного угля.

Процесс образования угля идет очень медленно и длится тысячелетия. В зависимости от длительности образования получаются разные сорта каменного угля с различной теплотворной способностью. Для кузнечных печей наиболее приемлемым является уголь с большим содержанием летучих, т. е. длиннопламенный и газовый. При длинном пламени создается возможность получения более равномерного нагрева металла в печи. Марка и сорт углей приведены в таблице №1

Антрациты. Антрациты - угли, имеющие выход летучих веществ V менее 9%. Антрациты подразделяются на две марки: полуантрациты ПА (переходные между углями марки Т и антрацитами) и собственно антрациты А. Угли ПА и А отличаются по объему выходу летучих V:полуантрациты - от 220 до 330 см/г, антрациты - менее 220 см/г. Полуантрациты имеют также более высокую теплоту сгорания, чем антрациты Q более 8350 ккал/кг. Антрациты отличаются высокой механической плотностью.

Бурые, каменные угли и антрациты по размеру кусков разделяются на классы в соответствии с ГОСТ 19242-73 таблица №2.

В настоящее время естественный газ находит широкое применение в промышленности и в быту, особенно в районах его образования.

Среди искусственных видов топлива особое значение для кузнечного производства имеют кокс, древесный уголь, жидкое, газообразное и пылевидное топливо.

Кокс. Кокс получается из каменного угля обработкой в специальных коксовых печах без доступа воздуха. При этом выделяются летучие, образуя богатый по калорийности газ, называемый коксовым, который, в свою очередь, является хорошим топливом.

Кокс содержит 87% углерода, 4% летучих веществ, 8% золы и 1-2% серы. Теплотворная способность кокса 5600-7000 ккал/кг. В кузнечном производстве кокс употребляется главным образом в горнах.

Древесный уголь. Древесный уголь выжигается из дров в специальных углевыжигательных печах и является лучшим топливом для кузнечных горнов. В древесном угле содержится очень мало золы и практически совсем не содержится серы. Однако ввиду дороговизны он употребляется редко. Древесный уголь содержит 84 % углерода, 14 % летучих и 2% золы. Теплотворная способность его 7000-8000 ккал/кг.

Жидкое топливо. Единственным жидким топливом естественного происхождения, имеющим промышленное значение, является нефть. Сырую нефть как топливо в печах не применяют, а применяют продукт ее переработки - мазут, т. е. остатки, получаемые после отгонки из нефти керосина и бензина. Мазут по составу не постоянен, чаще всего содержит углерода 84-86%, водорода 12,4%, кислорода + азота + серы 1,3%, золы 0,3 %, воды 1-2%. Теплотворная способность мазута 9500-10000 ккал/кг. Марка мазута соответствует его условной вязкости при определенной температуре. Вязкость является важнейшей физико-химичесокй характеристикой мазута, определяющей условия его транспортирования и хранения. Кроме вязкости качество жидкого топлива определяется температурами застывания и вспышки, плотностью, зольностью и содержанием серы. Нормы качества топочных мазутов по ГОСТ 10585-75 приводятся в таблице №3.

Газообразное топливо. Искусственное газообразное топливо получается путем газификации топлива в газогенераторах или как побочный продукт при других процессах, например, при коксовании - коксовальный газ, в доменном процессе-доменный газ. На металлургических заводах в специальных коксовальных печах вырабатывается кокс, который служит топливом для доменных печей. При этом как побочный продукт получается газ, который называется коксовальным. Теплотворная способность этого газа изменяется в пределах от 4000 до 5000 ккал/м3.

Для лучшего и более удобного использования твердого топлива его превращают в газ в специальных устройствах, которые называются газогенераторами. Например, из торфа получают торфяной генераторный газ, из каменного угля - каменноугольный генераторный газ и т. д.

Теплотворная способность генераторного газа зависит от вида топлива, из которого получен газ, и от способа газификации. Например, торфяной генераторный газ имеет теплотворную способность от 1500 до 1600 ккал/м3, каменноугольный генераторный газ - от 1200 до 1400 ккал/м3.

Пылеугольное топливо. Уголь для сжигания в нагревательных печах в виде пыли предварительно размалывается в специальных мельницах до частиц 0,07-0,05 мм. Сжиганием угольной пыли в печах достигается высокая температура нагрева металла. Для пылевидного сжигания используются следующие угли по марке и сорту: бурые - отсевы и рядовой; неспекающиеся и спекающиеся каменные - отходы углеобогащения, отсевы и рядовой; тощие - рядовой; полуантрациты и антрациты - штыб и АСШ; шламы и промпродукт. Качество углей различных месторождений или бассейнов, поставляемых для пылевидного сжигания, регламентируется ГОСТ, при этом номируются зольность А, содержание влаги W, содержание минеральных примесей и класс крупности. Кроме того, угли для пылевидного сжигания характеризуется коэффициентом размолоспособности топлива К и температурной плавкости золы t.

Торф. В зависимости от способа добычи торф подразделяется на кусковой и фрезерный. Для слоевого сжигания поставляется кусковой торф, для пылевидного - фрезерный, получивший наибольшее распространение в качестве энергетического топлива. Параметры, определяющие товарность торфа как топлива: влажность, зольность, содержание мелочи (для кускового торфа) и примесь древесных остатков. Нормы качества торфа указаны в таблице №4. Низкая теплота сгорания и малые плотности торфа затрудняют его доставку в котельную и подачу к котлоагрегатам. Особенность условий использования торфа котельными связана с сезонностью его добычи и относительно небольшими запасами месторождений; максимальное расстояние перевозки 200 км.

Горючие сланцы. Горючие сланцы отличаются высоким выходом летучих веществ на горючую массу V=80÷90%; большой зольностью на сухую массу А=61÷74%, включая углекислоту карбонатов. Низшая теплота сгорания без учета отрицательного теплового эффекта разложения карбонатов Q=1380÷2760 ккал/кг. Особенностью золы сланцев является высокое содержание карбонатов, разлагающихся с образованием СО в количестве до 10 - 15% массы исходного сланца. Сланцы в основном сжигаются в виде пыли под крупными котлами вблизи мест добычи. Сортовые сланцы (с размером кусков 30 - 100, 25 - 125 и более125 мм) сжигаются в слоевых топках, под котлами малой мощности, в котельных сланцевых шахт.

Древесные отходы. Номенклатура древесных отходов осень разнообразна. Различают первичные отходы, получаемые при обработке сырья, и вторичные - при обработке первичных отходов. Основная характеристика древесных отходов - влажность: высоковлажные - с влажностью выше 50%; влажные - от 25 до 50% и сухие - менее 25%. Древесные отходы отличаются незначительной и стабильной зольностью - около 1 - 2%.

.