Главная страница
qrcode

Учебно-методическое пособие


НазваниеУчебно-методическое пособие
Дата14.05.2019
Размер1.66 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаEkologia_metodichka_2016-2017_1.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипУчебно-методическое пособие
#62998
страница7 из 8
Каталог
1   2   3   4   5   6   7   8

Физико-химические основы протекающих реакций При сгорании топлива содержащиеся в нем углерод и водород образуют соответствующие оксиды, что можно изобразить уравнениями СО СОН+ ОНО Если количества кислорода недостаточно для полного окисления углерода, то протекает реакция
C + О СО
+ Q
110 либо часть образующегося СО вступает в реакцию с углеродом, образуя монооксид углерода
C + СО СО
- Q Таким образом, в условиях недостатка кислорода может выделяться большее количество СО. Кроме того, по сравнению с полным сгоранием уменьшается количество выделяющейся теплоты При неполном сгорании нефти или угля летучие органические соединения удаляются, образуя один из компонентов дыма, что особенно характерно для небольших печей. В больших печах летучие соединения, обладающие высокой горючестью, воспламеняются от излучения горячих стенок печи и сгорают полностью до СО и НО. Сера и азот, входящие в состав угля и нефти, также сгорают с образованием оксидов. При сгорании серы обычно образуется сернистый газ
S + О  SО
2
В меньшей степени в пламени протекает дальнейшее окисление ООО В составе оксидов, образующихся в обычном пламени, присутствует лишь около 1 % О. Хотя серный ангидрид О стабилен при низких температурах, скорость его образования в отсутствие катализаторов незначительна. При температурах, характерных для пламени, более устойчив сернистый газ SО
2
В процессе горения выделяется также монооксид азота NO. Источником его образования частично служит азот, содержащийся в топливе, при сгорании которого окисляется 18—80% азота. Монооксид азота образуется ив результате реакции взаимодействия атмосферных кислорода и азота в пламени ив прилегающих к нему слоях. Происходящую реакцию можно представить так
N
2
+ О О - Q
111 Попадая в атмосферу, монооксид азота медленно превращается в диоксид путем сложных фотохимических реакций. В упрощенном виде они сводятся к реакции О +
1
/
2 О  NО
2
Таким образом, в состав отходящих газов теплоэнергетики входят СО, СОН О (пар, О (реже О, NO, NO
2
и другие вещества, поступление которых в воздушную среду наносит большой вред всем компонентам биосферы. Котельная установка. Котельная установка  комплекс устройств для получения водяного пара под давлением. Котельная установка состоит из топки, в которой сжигается органическое топливо, топочного пространства, по которому продукты горения проходят в дымовую трубу, и парового котла, в котором кипит вода. Часть котла, которая вовремя нагрева соприкасается с пламенем, называется поверхностью нагрева. Производительность котла измеряется количеством воды, которую он способен испарить в течение 1 ч при определенной температуре и давлении. Котельная установка вырабатывает пар высокого давления, который идет в паровую турбину главный двигатель тепловой электрической станции. В турбине пар расширяется, давление его падает, а скрытая энергия преобразуется в механическую. Паровая турбина вращает генератор, вырабатывающий электрический ток. Принцип работы Схема тепловой электростанции представлена на рисунке Г.
112 Рисунок Г. Схема тепловой электростанции В котёл с помощью питательного насоса подводится питательная вода под большим давлением, топливо и атмосферный воздух для горения. В топке котла идёт процесс горения химическая энергия топлива превращается в тепловую и лучистую энергию. Питательная вода протекает по трубной системе, расположенной внутри котла. Сгорающее топливо является мощным источником теплоты, передающейся питательной воде, которая нагревается до температуры кипения и испаряется. Получаемый пар в этом же котле перегревается сверх температуры кипения, примерно до 540 °C с давлением 13–24 МПа и по одному или нескольким трубопроводам подаётся в паровую турбину. Паровая турбина, электрогенератор и возбудитель составляют в целом турбоагрегат. В паровой турбине пар расширяется до очень низкого давления (примерно враз меньше атмосферного, и потенциальная энергия сжатого и нагретого до высокой температуры пара превращается в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Турбина приводит в движение электрогенератор, преобразующий кинетическую энергию вращения ротора генератора в электрический ток. Электрогенератор состоит из статора, в
113 электрических обмотках которого генерируется токи ротора, представляющего собой вращающийся электромагнит, питание которого осуществляется от возбудителя. Конденсатор служит для конденсации пара, поступающего из турбины, и создания глубокого разрежения, благодаря которому и происходит расширение пара в турбине. Он создаёт вакуум на выходе из турбины, поэтому пар, поступив в турбину с высоким давлением, движется к конденсатору и расширяется, что обеспечивает превращение его потенциальной энергии в механическую работу. Силовые агрегаты теплоэлектростанции выделяют большое количество тепла, и для их охлаждения используются различные жидкости. В теплоэлектростанциях на пути охлаждающей жидкости устанавливается теплообменник, в котором охлаждающая двигатель жидкость отдает большую часть своего тепла другой жидкости теплоносителю. В качестве теплоносителя обычно используется вода, принудительное перемещение которой по отопительной системе обеспечивают циркуляционные насосы. Установка теплообменников более чем в два раза повышает общий КПД теплоэлектростанции по сравнению с обычной электростанцией такой же мощности — коэффициент использования энергии достигает 90%. В простой электростанции, без использования тепла, на производство электричества идет лишь 22-43% энергии, остальное составляют потери. Отходы. Выброс дымовых газов в атмосферу является наиболее опасным воздействием тепловой электростанции на окружающую природу. Образование твердых частиц (дыма) при горении зависит от содержания твердых негорючих материалов в топливе и от полноты сгорания углерода. В дымах котельных, работающих с перегрузкой (при неполном
114 сгорании в них топлива, присутствуют несгоревшие частицы углерода и неорганические вещества. Наоборот, в печах, работающих на угле, особенно при его распылении, выделяется значительное количество дыма. Частицы, выбрасываемые в атмосферу при сжигании угля на ТЭС, называются летучей золой Для улавливания золы из дымовых газов после дутьевых вентиляторов устанавливают фильтры различных типов (циклоны, скрубберы, электрофильтры, рукавные тканевые фильтры, задерживающие 90—99 % твёрдых частиц. Однако для очистки дыма от вредных газов они непригодны. За рубежом, а в последнее время и на отечественных электростанциях (в том числе газомазутных), устанавливают системы десульфуризации газов известью или известняком (т. ни каталитического восстановления оксидов азота аммиаком (deNOx). Очищенный дымовой газ выбрасывается дымососом в дымовую трубу, высота которой определяется из условий рассеивания Дополнительное тепло при работе теплоэлектростанции можно получить, утилизируя тепло выхлопных газов, ведь их температура на выходе из двигателя достигает 500 - 600 С. Чтобы использовать это тепло, на выхлопном трубопроводе устанавливают дополнительный теплообменник, в который подается вода из первого теплообменника. При этом удается не только использовать большее количество тепла - температура отходящих газов понижается до

120 С, но и значительно поднять температуру теплоносителя. Кроме выбросов в атмосферу необходимо учитывать, что в местах концентрирования отходов угольных станций наблюдается значительное повышение радиационного фона, которое может приводить к дозам, превышающим предельно допустимые. Часть естественной активности угля концентрируется в золе, которая на электростанциях накапливается в огромных количествах. В летучей золе
115
ТЭС обнаруживают радиоактивные элементы и продукты их распада. Причина в том, что обычный уголь содержит радиоактивный изотоп углерода С, примеси калия, урана, тория и продукты их распада, удельная активность каждого из которых составляет от нескольких единиц до нескольких сотен Бк/кг. При работе ТЭС эти радионуклиды вместе с летучей золой и другими продуктами сгорания поступают в приземный слой атмосферы, почву и водоемы. Количество выброшенных в атмосферу радионуклидов зависит от зольности угля и эффективности очистных фильтров сжигающих устройств. ТЭЦ различного типа выбрасывают в атмосферу от 1 до
20% от всего количества образующейся золы. Твердые отходы тепловых электростанций золы и шлаки близки к металлургическим шлакам по составу. Их выход в настоящее время составляет около 70. млн. т в год, причем примерно половина этих отходов приходится на золу от сжигания каменных углей. Степень использования золошлаковых отходов не превышает 1,5—
2%. По химическому составу эти отходы на 80  90% состоят из SiO
2
, АО, FеО, Fе
2
О
3
, СаО, МgО со значительными колебаниями их содержания. Кроме того, в состав этих отходов входят остатки несгоревших частиц топлива (0,5—20%), соединения титана, ванадия, германия, галлия, серы, урана. Химический состав и свойства золошлаковых отходов определяют основные направления их использования. Основная масса используемой части шлаков и зол служит сырьем для производства строительных материалов. Так, золу ТЭС используют для производства искусственных пористых заполнителей зольного и аглопоритового гравия. При этом для получения аглопоритового гравия используют золу, содержащую не больше 5—10% горючих, а для производства зольного гравия содержание в золе горючих не должно превышать
3%. Обжиг сырцовых гранул при производстве
116 аглопоритового гравия ведут на решетках агломерационных машина при получении зольного гравия во вращающихся печах. Возможно использование зол ТЭС и для производства керамзитового гравия. Золы и шлаки от сжигания бурых и каменных углей, торфа и сланцев, содержащие не более 5% частиц несгоревшего топлива, могут широко использоваться для производства силикатного кирпича в качестве вяжущего при содержании в них не менее 20% СаО или в качестве кремнеземистого заполнителя, если в них содержится не более 5% СаО. Золы с высоким содержанием частиц угля с успехом используются для производства глиняного (красного) кирпича. Зола в этом случае играет роль как отощающей таки топливной добавки. Содержание вводимой золы зависит от вида используемой глины и составляет 1550%, а в отдельных, случаях может достигать 80%. Кислые золошлаковые отходы, а также основные с содержанием свободной извести ≤10% используют как активную минеральную добавку при производстве цемента. Содержание горючих веществ в таких добавках не должно превышать 5%. Эти же отходы можно использовать в качестве гидравлической добавки (10—
15%) к цементу. Золу с содержанием свободной СаО неболее 2—3% используют для замены части цемента в процессе приготовления различных бетонов. При производстве ячеистых бетонов автоклавного твердения в качестве вяжущего компонента используют сланцевую золу, содержащую ^14% свободной СаО, а в качестве кремнеземистого компонента — золу, сжигания углей с содержанием горючих
3—5%. Использование золошлаковых отходов по указанным направлениям является не только экономически выгодным, но и позволяет повысить качество соответствующих изделий.
Золошлаковые отходы используют в дорожном строительстве. Они служат хорошим сырьем для
117 производства минераловатных изделий. Высокое содержание СаО в золе сланцев и торфа позволяет использовать ее для снижения кислотности
 известкования почв. Растительная зола широко используется в сельском хозяйстве в качестве удобрения ввиду значительного содержания калия и фосфора, а также других необходимых растениям макро- и микроэлементов. Отдельные виды золошлаковых отходов используют в качестве агентов очистки сточных вод. В ряде случаев концентрации металлов в золе таковы, что становится экономически выгодным их извлечение. Концентрация Sr, V, Zn, е достигает 10 кг на 1 т золы. Содержание урана в золе бурых углей некоторых месторождений может достигать 1 кг/т. В золе нефтей содержание У
2
О
5
в некоторых случаях достигает 65%, кроме того в ней в значительных количествах присутствуют Мои. В связи с этим извлечение металлов является еще одним направлением переработки таких отходов. Из золы некоторых углей извлекают в настоящее время редкие и рассеянные элементы (например, е и а. Вместе стем, несмотря на наличие разработанных процессов утилизации топливных золошлаковых отходов, уровень их использования все еще остается низким. С другой стороны, современное технологическое использование энергии топлива (по сравнению, например, сего использованием на мощных ТЭС) является малоэффективным. При решении вопросов защиты окружающей среды, в частности от вредного влияния твердых и газообразных отходов ТЭС, идут по пути комплексного энерготехнологического использования топлив. Объединение крупных промышленных установок для получения металлов и других технических продуктов в частности химических, а также технологических газов с мощными топками
ТЭС позволит полностью утилизировать как органическую, таки минеральную части
118 топлива, увеличить степень использования тепла, резко сократить расход топлива. Определенные успехи на пути комплексного использования топлив уже достигнуты. Так, в нашей стране разработана и внедрена оригинальная технология многоступенчатого сжигания высокосернистых мазутов, согласно которой вначале проводят неполное сжигание  газификацию топлива. Получаемый газ охлаждают, очищают от соединений серы и золы и подают на сжигание в камеру энергетической установки или в топку парового котла. Выделяющееся при охлаждении газа тепло служит для производства высокотемпературного пара. Соединения серы направляют на производство серной кислоты или элементной серы. Из золы выделяют ванадий, никель и другие металлы. Воздействие ТЭС на окружающую среду. Атмосфера. При горении топлива потребляется большое количество кислорода, а также происходит выброс значительного количества продуктов сгорания таких как летучая зола, газообразные окислы углерода, серы и азота, часть которых имеет большую химическую активность, и радиоактивные элементы, содержащиеся в исходном топливе. Также выделяется большое количество тяжелых металлов, в том числе ртуть и свинец. Однако в настоящее время благодаря оптимальному режиму преобразования энергии и использованию катализаторного оборудования для современных теплоэлектростанций характерно низкое выделение в атмосферу вредных веществ. Почва. Для захоронения больших масс золы требуется много места. Данные загрязнения снижаются использованием золы и шлаков в качестве строительных материалов. Выбросы летучей золы могут загрязнять почву в радиусе нескольких десятков километров от ТЭС. Вокруг
119 современной ТЭС с хорошей системой газоочистки радиоактивное загрязнение почвы ничтожно мало. Гидросфера. Система технического водоснабжения обеспечивает подачу большого количества холодной воды для охлаждения конденсаторов турбин. Системы разделяются на прямоточные, оборотные и смешанные. В прямоточных системах вода забирается насосами из естественного источника (обычно из реки) и после прохождения конденсатора сбрасывается обратно. При этом вода нагревается примерно на 812 °C, что в ряде случаев изменяет биологическое состояние водоёмов. В оборотных системах вода циркулирует под воздействием циркуляционных насосов и охлаждается воздухом. Охлаждение может производиться на поверхности водохранилищ-охладителей или в искусственных сооружениях брызгальных бассейнах или градирнях. Система химводоподготовки обеспечивает химическую очистку и глубокое обессоливание воды, поступающей в паровые котлы и паровые турбины, во избежание отложений на внутренних поверхностях оборудования. Кроме того, на тепловых электростанциях создаются многоступенчатые системы очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, маслами, водами обмывки и промывки оборудования, ливневыми и талыми стоками.
Тепловое загрязнение воды происходит в случае использования охлаждения открытого типа. Каковы могут быть экологические последствия теплового загрязнения для водных организмов Во-первых, отмечаются случаи гибели рыбы, хотя это и сравнительно редкое явление. Вовторых, температура может влиять на репродуктивные функции водных организмов. Например, взрослые особи форели способны выживать в теплой воде, но размножаться они не будут. Под влиянием повышения температуры отмечается более раннее появление некоторых насекомых, которые затем погибают, так как в
120 это время года им не хватает пищи. Это значит, что позже будет не хватать пищи тем, кто питается этими насекомыми, и т. д. В поведении рыб под воздействием теплового шока могут происходить изменения, позволяющие хищникам легко хватать их. Кроме того, рыбы, подвергшиеся тепловому шоку, будут более чувствительными к болезням. В отдаленной перспективе некоторые из перечисленных эффектов способны оказаться столь же губительными для популяции, как и непосредственная гибель от перегрева воды. Температура может оказать воздействие на структуру всего водного сообщества. Приток избыточного тепла упрощает водные экосистемы, число различных видов уменьшается. Наиболее опасные тепловые воздействия на экосистемы оказывают электростанции, расположенные в более теплых климатических областях, поскольку организмы попадают в температурные условия, близкие к их верхнему температурному пределу выживания. Достоинства и недостатки ТЭС. ДОСТОИНСТВА НЕДОСТАТКИ
1. Могут быть использованы не только для электроснабжения, но и для теплообеспечения жилых и общественных зданий, промышленных предприятий
1. Создание, передача и использование электрической энергии ведут к электромагнитному загрязнению окружающей среды.
2. За счет одновременной выработки электроэнергии и подачи тепла теплоэлектростанции наиболее эффективны и экономичны при длительной эксплуатации. Максимальная тепловая мощность отопительной системы нужна в течение нескольких
2. В каменном угле и летучей золе содержатся значительные количества радиоактивных примесей
(
226
Ra,
228
Ra и др. Годовой выброс в атмосферу в районе расположения ТЭС мощностью 1 ГВт приводит к накоплению на почве радиоактивности, в 10-20
121 месяцев в году, а для удовлетворения примерно
60% расхода тепла требуется всего 20% установочной тепловой мощности. раз превышающей радиоактивность годовых выбросов АЭС такой же мощности.
3. Одновременно с выработкой электроэнергии теплоэлектростанцией происходит и активация отопительных систем. В теплоэлектростанциях предусмотрен режим покрытия пиковой потребности в электроэнергии при одновременной выработке тепла.
3. ТЭС на угле, вырабатывающая электроэнергию мощностью
1
ГВт, ежегодно потребляет 3 млн. т угля, выбрасывая в окружающую среду 7 млн. т двуокиси углерода, 120 тыс. т двуокиси серы, 20 тыс. т оксидов азота и 750 тыс. т золы.
4. Наибольший вклада именно
80% от всей электроэнергии, производимой в нашей стране, дают тепловые электростанции.
4. Сжигание углеродсодержащих топлив приводит к появлению двуокиси углерода СО, которая выбрасывается в атмосферу и способствует созданию парникового эффекта.
5. В отличие от ГЭС, тепловые электростанции можно построить в любом месте, тем самым приблизить источники получения электроэнергии к потребителю и расположить тепловые электростанции равномерно по территории страны или экономического района.
5. Сжигание углеродсодержащих топлив приводит к появлению оксидов серы и азота. Они поступают в атмосферу и после реакции с парами воды в облаках образуют серную и азотную кислоты, которая с дождем падает на землю. Так возникают кислотные дожди.
122 6. ТЭС работают практически на всех видах органического топлива — различных углях, сланцах, жидком топливе и природном газе.
6. Тепловая энергетика требует изъятия территорий для добычи топлива, его транспортировки, размещения электростанций и линий электропередач, для отвалов со шлаком ПРИЛОЖЕНИЕ Д Краткая характеристика работы гидроэлектростанции Гидроэлектростанция ГЭС
 комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки. Благоприятствуют гидростроительству каньонобразные виды рельефа. В состав гидроузла на равнинной реке входят плотина, здание электростанции, водосбросные, судопропускные (шлюзы, рыбопропускные сооружения и др. Принцип работы Принцип работы ГЭС достаточно прост (рис. Д. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, а энергетическое оборудование преобразует энергию движущейся под напором воды в механическую энергию движения турбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.
123 Рисунок Д Схема гидроэлектростанции Мощность ГЭС определяется расходом и напором воды. На ГЭС, как правило, напор воды образуется посредством строительства плотины или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию. Водное пространство перед плотиной называется верхним бьефом, а ниже плотины — нижним бьефом. Разность уровней верхнего
(УВБ) и нижнего бьефа (УНБ) определяет напор Н. Верхний бьеф образует водохранилище, в котором накапливается вода, используемая по мере необходимости для выработки электроэнергии. Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.
124 Классификация ГЭС. Гидроэлектрические станции разделяются в зависимости от
1) вырабатываемой мощности мощные — вырабатывают от 25 МВт и выше средние — до 25 МВт малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.
2) максимального использования напора воды высоконапорные — болеем средненапорные — от 25 м низконапорные — от 3 дом) принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды русловые и плотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также нагорных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое. приплотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС. деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние
— спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС
125 могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случаев начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.
 гидроаккумулирующие электростанции. Такие
ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её вход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий в определенные периоды (не пиковой нагрузки, агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины. Турбина. В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые и радиальноосевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды. Мощность, развиваемая гидроагрегатом, пропорциональна напору Ни расходу воды Q:
126
Q
H
P


, Вт (Д) Турбины и генераторы могут устанавливаться непосредственно в дамбе или возле не. В некоторых случаях используется трубопровод, посредством которого вода, находящаяся под давлением, подводится ниже уровня дамбы или к водозаборному узлу ГЭС. Плотина. Плотина гидротехническое сооружение, перегораживающее водоток или водоём для подъёма уровня воды. Также служит для сосредоточения напора вместе расположения сооружения и создания водохранилища. Плотины могут отличаться в зависимости от конструкции и разделяться на гравитационные, арочные и др. Гравитационные плотины выглядят как каменные или бетонные заграждения. Конструкции этого типа препятствуют поступлению воды своим весом. Арочные выполняют свои обязанности благодаря особой конструкции. Успешное функционирование плотин зависит от трёх показателей сопротивления вертикальных элементов сооружения, массы и особенностей арочной конструкции, которая опирается на береговые устои. При возведении плотины необходимо учитывать воздействие некоторых внешних факторов. Это так называемые сдвигающие силы, появление которых обусловлено воздействием воды, ветра, ударами волн, перепадами температуры. Пренебрежение строителей к вышеперечисленным факторам может привести к разрушению плотины. Поэтому производятся определённые расчёты, позволяющие воспрепятствовать негативному действию сдвигающих сил. Отходы. Источниками образования отходов являются здания и сооружения ГЭС, деятельность подразделений станции, а также сопутствующие мероприятия, направленные на обеспечение иной хозяйственной деятельности. На территории станций
127 также, как правило, располагаются дочерние предприятия, осуществляющие ремонтные и вспомогательные работы. Основными отходами (го классов опасности)
33
являются отходы осадки, образующиеся при механической и биологической очистке сточных вод, текстиль, строительный и прочий мусор, разнородные отходы бумаги и картона, стекла, асфальтобетона или асфальтобетонной смеси, железобетона, а также бой строительного кирпича и железобетонных изделий, опилки и обрезь древесины, мусор с защитных решеток электростанций и др. Основным способом обращения с отходами этих классов является передача на утилизацию другим организациям. Отходы го иго классов опасности (ртутные лампы, люминесцентные ртутьсодержащие трубки, отработавшие сроки заменяемые на энергосберегающие) передаются на утилизацию специализированным организациям. Воздействие ГЭС на окружающую среду. Атмосфера. Источниками выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух является основное оборудование станций, станочный парк оборудования выбросы образуются также при проведении дочерними и подрядными организациями ремонтных, сварочных работ, покраски и т.д. Водохранилища повышают влажность воздуха, способствуют изменению ветрового режима в прибрежной зоне. Почва Создание ГЭС связано с затоплением земельных ресурсов. Всего в настоящее время в мире затоплено более 350 тыс. км. В это число входят земельные площади, пригодные для сельскохозяйственного использования. Кроме того, в прибрежной полосе
33
I класс чрезвычайно опасные отходы II класс  высокоопасные отходы III класс умеренно опасные отходы IV класс  малоопасные отходы V практически неопасные отходы
128 водохранилища меняется уровень грунтовых вод, что приводит к заболачиванию местности и исключает использование этой местности в качестве сельскохозяйственных угодий. Эффективным способом уменьшения затопления территорий является увеличение количества ГЭС в каскаде с уменьшением на каждой ступени напора и, следовательно, зеркала водохранилищ. Гидросфера Еще одна экологическая проблема гидроэнергетики связана с оценкой качества водной среды. На некоторых водохранилищах развиваются процессы эвтрофикации, в основном обусловленные задержкой большей части питательных веществ, приносимых реками, и сбросом в реки и водоёмы сточных вод, содержащих большое количество биогенных элементов. Вследствие этого в водоёмах усиленно развиваются сине-зеленые водоросли, происходит так называемое цветение воды. Входе фотосинтеза водоросли потребляют питательные вещества из водохранилища и производят большое количество кислорода. На окисление обильно отмирающих водорослей расходуется большое количество растворённого вводе кислорода, в анаэробных условиях из их белка выделяется ядовитый сероводород, и вода становится мёртвой. Этот процесс развивается сначала в придонных слоях воды, затем постепенно захватывает большие водные массы. Отмершие водоросли придают воде неприятный запахи вкус, покрывают толстым слоем дно и препятствуют отдыху людей на берегах водохранилищ. Массовое размножение, цветение водорослей в неглубоких заболоченных водохранилищах делает их воду непригодной ни для промышленного использования, ни для хозяйственных нужд, в ней резко снижается рыбная продуктивность. Интенсивность развития процесса эвтрофикации зависит от степени проточности водоёма и от его глубины. Как правило, самоочищение воды воз рах и водохранилищах происходит медленнее, чем в реках,
129 поэтому по мере роста числа водохранилищ на реке её самоочищающая способность уменьшается. Для ГЭС характерно изменение гидрологического режима рек – происходит изменение и перераспределение стока, изменение уровневого режима, изменение режимов течений, волнового, термического и ледового. Скорости течения воды могут уменьшаться в десятки раза в отдельных зонах водохранилища могут возникать полностью застойные участки. Специфичны изменения термического режима водных масс водохранилища, который отличается как от речного, таки от озёрного. Изменение ледового режима выражается в сдвиге сроков ледостава, увеличении толщины ледяного покрова водохранилища на 15-20%, в то время как у водосливов образуются полыньи. Изменяется тепловой режим в нижнем бьефе осенью поступает болеет плая вода, нагретая в водохранилище за лето, а весной – холоднее на о в результате охлаждения в зимние месяцы. Эти отклонения от естественных условий распространяются на сотни километров от плотины электростанции.
Изменение гидрологического режима и затопление территорий вызывает изменение гидрохимического режима водных масс. В верхнем бьефе массы воды насыщаются органическими веществами, поступающими с речным стоком и вымываемыми из затопленных почва в нижнем – обедняются, т.к. минеральные вещества из-за малых скоростей течения осаждаются на дно. С другой стороны, увеличенный водный объем в водохранилище (без внешних источников загрязнения и при хорошей подготовке ложа) снижает концентрацию загрязняющих веществ, поступающих со сточными водами промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных объектов, поэтому качество воды в водохранилищах достаточно высокое, что позволяет использовать ее для водоснабжения и ирригации.
130 Животные Кроме загрязнения объективным показателем качества является состояние обитающих вводе живых организмов. Большие амплитуды колебаний уровней воды на некоторых водохранилищах неблагоприятно сказываются на воспроизводстве рыбы плотины преграждают путь (на нерест) проходным рыбам. Наиболее тесно связаны сводными массами планктонные организмы. В условиях верхнего бьефа формируется планктобиоценоз озерного типа, а в условиях нижнего – речного. Как правило, организмы сообществ озерного типа не приспособлены к жизни в реке. В речных условиях течение даже средней силы оказывает губительное влияние на озерные виды организмов. На структуру и динамику планктона влияют и сами гидротехнические сооружения, т.к. при преодолении гидроагрегатов планктон подвергается разрушению. Поданным различных исследований, в долгосрочной перспективе крупные объекты гидроэнергетики могут приводить к локальным изменениям состава и численности биологических ресурсов, переработке берегов, подтоплению населенных пунктов, заболачиванию, засолению, аридизации ландшафтов поймы реки в нижнем бьефе, изменениям в метеорологическом режиме прилегающей территории, активизации движений земной коры, вызывающей небольшие землетрясения, и другим последствиям. Достоинства и недостатки ГЭС. ДОСТОИНСТВА НЕДОСТАТКИ
1. Использование возобновляемых природных ресурсов.
1. Затопление земель, пригодных для сельского хозяйства, что влечет за собой переселение людей, уничтожение местной флоры и фауны.
2. Изменение климата в зонах водохранилищ.
131 2. Работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.
3. Нарушение условий существования и нереста рыбы, сокращение рыбных запасов.
3. Быстрый относительно
ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.
4. Катастрофические последствия в случае разрушения ГЭС вовремя военных действий приведет к спуску воды водохранилища, возникновению волны высотой в десятки метров, которая может уничтожить города, расположенные ниже ГЭС.
4. Орошение земель и развитие судоходства, обеспечение водоснабжения крупных городов и промышленных предприятий и т. д.
5. Крупные водохранилища создают значительное гидравлическое давление на затопленный участок земли, что повышает потенциальную угрозу землетрясений.
5. Коэффициент полезного действия ГЭС обычно составляет около 85-90%.
6. Сокращенные и нерегулируемые попуски воды из водохранилищ по
10-15 дней (вплоть до их отсутствия, приводят к перестройке уникальных пойменных экосистем по всему руслу рек, как следствие, загрязнение рек, сокращение трофических цепей, снижение численности
6. Технология производства электроэнергии на ГЭС довольно проста и легко поддается автоматизации.
7. Потребление электроэнергии на собственные нужды обычно в несколько раз меньше, чем на
ТЭС.
132 8. Благодаря меньшим эксплуатационным расходами отсутствием потребности в дополнительном топливе, себестоимость электроэнергии на ГЭС, как правило, в несколько раз меньше, чем на других электростанциях. рыб, элиминация беспозвоночных водных животных, повышение агрессивности компонентов гнуса мошки) из-за недоедания на личиночных стадиях, исчезновение мест гнездования многих видов перелетных птиц, недостаточное увлажнение пойменной почвы, негативные растительные сукцессии обеднение фитомассы), сокращение потока биогенных веществ в океаны.
7. Большие капиталовложения и продолжительные сроки строительства Возможность строительства определяется спецификой размещения гидроресурсов по территории страны.
9. Длительный срок службы оборудования, что объясняется отсутствием теплоты в процессе производства
9. Создание водохранилища влечет за собой необходимость в переселении жителей из зоны затопления
10. Управление гидроэлектростанциями
10. При проведении комплекса мероприятий
133 осуществляется через центральный узел, и вследствие этого в большинстве случаев там работает небольшой персонал. по санитарной подготовке территорий затопления происходит их очистка от древесной и кустарниковой растительности. И все же, рассматривая воздействие ГЭС на окружающую среду, следует отметить жизнесберегающую функцию ГЭС. Так выработка каждого млрд. кВт
*
ч электроэнергии на ГЭС вместо ТЭС приводит к уменьшению смертности населения на 100-226 чел/год. ПРИЛОЖЕНИЕ Е Краткая характеристика работы атомной электростанции Атомная станция — промышленное предприятие для производства определенных видов энергии, использующее для этой цели ядерный реактор (реакторы) и комплекс систем, оборудования и сооружений с необходимым персоналом. АЭС это атомная станция, предназначенная для производства электрической энергии. В ядерном реакторе почти вся энергия, высвобождаемая при делении ядер, превращается в тепловую энергию, преобразующуюся затем в электрическую. Процессы, осуществляемые на АЭС, являются частью ядерного топливного цикла. Ядерный топливный цикл (ЯТЦ) это совокупность технологических операций, включающих добычу урановой руды, изготовление уранового концентрата (в форме октооксида урана (III) О или диураната натрия

2
U
2
О
7
); конверсию (производство гексафторида урана
UF
6
и его обогащение ураном изготовление топлива для ядерных реакторов его сжигание в реакторах с целью производства тепловой и электроэнергии переработку
134 отработанного ядерного топлива (ОЯТ) и обращение с радиоактивными отходами. Различают два вида ЯТЦ открытый (разомкнутый) и закрытый (замкнутый. В замкнутом ЯТЦ в отличие от разомкнутого на радиохимических предприятиях осуществляется переработка (репроцессинг) ОЯТ с целью возврата в цикл невыгоревшего урана, почти всей массы урана, а также изотопов энергетического плутония, образовавшихся при работе ядерных реакторов гражданского и военного назначения. Схема закрытого
ЯТЦ представлена на рисунке Е. Рисунок Е Схема закрытого ЯТЦ Реакторы. Ядерный реактор это устройство, в котором осуществляется контролируемая самоподдерживающаяся цепная реакция деления ядер некоторых тяжелых элементов под действием нейтронов. Центральная область ядерного реактора, содержащая ядерное топливо, где в основном и протекает цепная реакция, называется активной зоной. Здесь происходит цепная реакция деления и выделяется основная доля тепловой энергии. Активная зона, как правило, окружается отражателем — слоем материала (вода, уран, графит, эффективно возвращающего нейтроны, тем самым
135 уменьшая их утечку из реактора, что приводит к сокращению размеров активной зоны и уменьшению загрузки ядерного реактора делящимся материалом. В качестве ядерного топлива используют делящиеся изотопы уран, уран, плутоний. Ядерное топливо в составе специальных конструкций помещают в замедлитель - вещество, при взаимодействии с которым нейтроны быстро теряют энергию (замедляются, те. образуются т. н. тепловом равновесии со средой, в которой происходит замедление. В качестве замедлителя чаще всего используется вода или графит - соответственно этому реакторы называют водными или графитовыми. Сталкиваясь с атомами замедлителя, нейтрон отдаёт им свою энергию, и его скорость падает. Такие медленные нейтроны, выйдя из слоя замедлителя, потом очень эффективно разваливают ядра урана на осколки. Важной частью ядерного реактора является тепловыделяющий элемент (твэл) — некоторое количество ядерного топлива водной оболочке. Простейший твэл представляет собой блок (стержень, трубка, пластина) из делящегося материала (уран, диоксид урана, заключенного в герметичную оболочку из алюминия, циркония, нержавеющей стали. Материал оболочки твэла не должен сильно поглощать нейтроны. Во многих реакторах твэлы объединяют в сборки или кассеты. Тепло, генерируемое в твэлах, доставляется к парогенераторам или теплообменникам с помощью теплоносителя, циркулирующего через активную зону. В качестве теплоносителя применяют газы, обычную или тяжелую воду, жидкие металлы (например, натрийорганические жидкости. Теплоноситель омывает снаружи разогретые герметичные конструкции, внутри которых происходит реакция деления. В результате этого теплоноситель нагревается и, перемещаясь по специальным трубам, переносит энергию (в виде
136 собственного тепла. Нагретый теплоноситель используется для создания пара, который под высоким давлением подается на турбину. В случае газового теплоносителя эта стадия отсутствует, и на турбину подается непосредственно нагретый газ.
Герметичные оболочки твэлов предохраняют теплоноситель от загрязнения его радиоактивными продуктами деления ядер тяжелых элементов. Проходя через активную зону, теплоноситель не только нагревается, но и подвергается облучению мощным потоком нейтронов, в результате чего приобретает наведенную активность. Это обстоятельство необходимо учитывать при конструировании и эксплуатации ядерных реакторов. Наиболее значимой является классификация ядерных реакторов по назначению. Выделяют две большие группы ядерные реакторы, использующиеся в качестве источников тепловой энергии энергетические ядерные реакторы, использующиеся для получения различных видов излучения. Основные типы энергетических ядерных реакторов электроэнергетические ядерные реакторы АЭС используются для выработки тепловой энергии, преобразующейся с помощью турбогенераторов в электрическую электроэнергетические термоэлектрические или термоэмиссионные) ядерные реакторы (с безмашинным преобразованием тепловой энергии в электрическую высокотемпературные теплоэнергетические ядерные реакторы (производят высокопотенциальную тепловую энергию, непосредственно используемую в химической или металлургической промышленности для осуществления различных химических реакций или получения энергоносителей, например, водорода теплоэнергетические ядерные реакторы (производят тепловую энергию на атомных станциях теплоснабжения,
137 предназначены для промышленной и бытовой теплофикации. Ядерные реакторы подразделяются на различные типы не только по назначению, но и по физическим, техническими эксплуатационным признакам. По физическим признакам различают реакторы на тепловых и быстрых нейтронах реакторы уранового, плутониевого или ториевого цикла реакторыразмножители. Техническая классификация проводится, как правило, последующим признакам вид теплоносителя и замедлителя (водо-водяные тепловые ядерные реакторы с тяжеловодным или графитовым замедлителем, реакторы на быстрых нейтронах с натриевым или гелиевым теплоносителем, реакторы с органическим теплоносителем и замедлителем и т. д агрегатное состояние водного теплоносителя (водоводяные энергетические реакторы с водой под давлением, пароохлаждаемые реакторы на быстрых нейтронах элемент, в котором создается давление теплоносителя корпусные, канальные, канально-корпусные ядерные реакторы число контуров теплоносителя реакторы одноконтурные, с прямым паро- или газотурбинным циклом, двухконтурные с парогенератором и трехконтурные
— с промежуточным контуром, отделяющим первый реакторный контур от паросилового контура структура и форма активной зоны (гетерогенные и гомогенные ядерные реакторы с активными зонами в форме цилиндра, параллелепипеда или сферы возможность перемещения стационарные, транспортные или транспортабельные ядерные реакторы время действия (ядерные реакторы непрерывного действия, импульсные, прерывистого действия.
138 В России основными являются АЭС с водо-водяными реакторами с водой под давлением и уран-графитовые реакторы канального типа. АЭС с водо-водяными энергетическими реакторами с водой под давлением
Водо-водяной энергетический реактор (ВВЭР)  самый распространенный тип реактора для АЭС. Это легководные корпусные реакторы на тепловых нейтронах, в которых вода является замедлителем и теплоносителем. Вода находится под давлением, поэтому не кипит, циркулируя через реактор и парогенератор. Образующийся в парогенераторе пар по второму контуру попадает в турбину. Размеры активных зон водо-водяных реакторов весьма умеренны, что позволяет располагать их в прочных корпусах, принимающих на себя давление теплоносителя. В реакторах этого типа применяются стержневые тепловыделяющие элементы (твэлы) с топливом из диоксида урана и покрытием из циркониевых сплавов. Обогащение урана ураном составляет 34 %. Российские реакторы ВВЭР-440 и ВВЭР-1000 имеют активные зоны, выполненные из набора шестигранных кассет. В реакторе ВВЭР-1000 активную зону составляет
151 кассета с размером под ключ 238 мм, в каждой из которых находится 317 твэлов. Наружный диаметр корпусам, высотам. АЭС С уран-графитовыми канальными реакторами реактор большой мощности канальный, или РБМК) Реактор размещается в железобетонной шахте на специальной опорной конструкции. Вокруг него, сверху и снизу, расположена биологическая защита защита от ионизирующего излучения. Реакторы этого типа работают на тепловых нейтронах, в качестве замедлителя используется графита в качестве теплоносителя — обычная вода.
139 Рисунок Е Схема РБМК Активную зону реактора заполняет графитовая кладка то есть определенным образом сложенные блоки графита размером 25x25x50 см) цилиндрической формы. По всей высоте сделаны вертикальные отверстия (рис. Е. В них помещают металлические трубы, называемые каналами отсюда название канальный. В каналы устанавливают либо конструкции с топливом (ТВЭЛ - тепловыделяющий элемент, либо стержни для управления реактором. Первые называются топливными каналами, вторые - каналами управления и защиты Диаметр активной зоны современного peaктора РБМК около 12 м, высотам. В активной зоне находится, как правило, 1 693 paбочих канала, содержащих около 200 т урана. Ядерным топливом в реакторе РБМК (реактор большой мощности, канальный) служит диоксид урана с обогащением ураном до 2—2,4 % в трубках из коррозионностойких циркониевых сплавов диаметром 13,6 мм. Смонтированные в тепловыделяющую сборку (ТВС)
18 трубок с топливом помещают в вертикально расположенный канал, по которому прокачивается охлаждающая вода, превращающаяся в пар непосредственно в реакторе. Каждый канал является самостоятельной герметичной конструкцией.Управление реактором осуществляется погружением в канал стержней,
140 поглощающих нейтроны (для этой цели используются такие материалы, как кадмий, бор, европий. Чем глубже такой стержень входит в активную зону, тем больше нейтронов поглощается, следовательно, число делящихся ядер уменьшается, энерговыделение падает. Совокупность соответствующих механизмов называется системой управления и защиты (СУЗ).
К каждому топливному каналу снизу подводится вода, которая подается в реактор специальным мощным насосом, - он называется главный циркуляционный насос
(ГЦН). Омывая ТВС, вода вскипает, и на выходе из канала образуется пароводяная смесь. Она поступает в барабан-
сепаратор (БС) - аппарат, позволяющий отделить сепарировать) сухой пар отводы. Отделенная вода направляется главным циркуляционным насосом обратно в реактор, замыкая тем самым контур реактор - барабансепаратор - ГНЦ - реактор. Он называется контуром многократной принудительной циркуляции (КМПЦ). Таких контуров в РБМК два. Теплоноситель находится в замкнутом контуре, изолированном от внешней среды, исключая сколь-либо значимое радиационное загрязнение. Это подтверждается исследованиями радиационной обстановки вокруг АЭС как самими службами станций, таки контролирующими органами, экологами, международными организациями. Мощность большинства реакторов РБМК составляет
1000 МВт. Преимуществом этого реактора является возможность без остановки, в процессе эксплуатации, выполнять ежесуточную замену двух-пяти
ТВС. Недостаток реактора РБМК — большая разветвленность системы контура многократной принудительной циркуляции 22 распределительных коллектора, 836 нижних водных коммуникаций, 836 пароводных коммуникаций, 4 барабана-сепаратора и т.п.Помимо этого, в реакторах этого типа существует только один барьер, предотвращающий
141 утечку радиоактивных веществ за пределы АЭС, оболочки твэлов. Для гетерогенных уран-графитовых ядерных реакторов минимальное необходимое количество природного урана составляет около 45 та графита замедлитель и отражатель)  450 т (предполагается, что уран и графит не содержит примесей, активно поглощающих нейтроны.
1   2   3   4   5   6   7   8

перейти в каталог файлов


связь с админом