Экологические проблемы угольной теплоэнергетики

Повторное использование воды в системах гидрозолоудаления и технического водоснабжения за счет применения оборотных систем позволяет избежать дополнительного вредного воздействия ТЭС на окружающую среду.За счет снижения потерь в сетях и расходов энергии на собственные нужды ТЭС сокращается количество сжигаемого в котлах топлива и, соответственно, уменьшаются выбросы и сбросы вредных веществ.Очевидно, что вопрос экологически чистого энергоснабжения потребителей является актуальным не только на текущий момент, но и на перспективу – при планировании развития ТЭС.4. ОТХОДЫ УГОЛЬНОЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ И ОБРАЩЕНИЕ С НИМИПовышение энергоэффективности и экологичности предприятий ТЭК является актуальной проблемой, прежде всего, для угольных ТЭЦ [Закиров Д.Г., и др., 2022].Главным направлением обеспечения экологически чистого энергоснабжения при планировании развития угольных ТЭС представляется ориентация на инновационные, экологически чистые и энергоэффективные технологии производства электрической и тепловой энергии.Среди угольных технологий получения энергии предпочтительными являютсяэнергоустановки на базе котлов:– с циркулирующим кипящим слоем(в топках с кипящим слоем в 8–10 раз уменьшается выброс оксидов серы и в 2–3 разаоксидов азота, а КПД энергоустановки увеличивается до 40%);– с кольцевой топкой (позволяет в1,5–2 раза снизить выбросы оксидов азота).Единственный в практике мирового энергомашиностроения котел с уникальной кольцевой топкой и самый крупный в стране котлоагрегат барабанного типа – котел БКЗ-820работает на Ново-Иркутской ТЭЦ [Компания «Иркутскэнерго»…, 2018];– со сверхкритическими (давлениеболее 24,5 МПа, температура свыше 540°C)и суперсверхкритическими (давление более28 МПа и температура более 600°C) параметрами пара (КПД энергоустановки достигает 45%).Предлагаемый подход может быть реализован в системе моделей для исследования перспективного развития региональных топливно- энергетических комплексов (ТЭК), разработанной в ИСЭМ СО РАН[Санеев Б.Г. и др., 2023] (рис. 5).Источник: [Лачков Г.Г., Санеев Б.Г.,2019]Рис. 5 – Структурная схема исследования развития региональных ТЭКСледует крайне осторожно подходить к проектам строительства и реконструкции угольных энергетических установок, максимально учитывать сложившуюся экологическую обстановку и новые нормативы качества окружающей среды, предлагаемые ВОЗ, Европейской Комиссией и другими международными организациями. Размещение угольных ТЭЦ вблизи городов уже вызывает протесты населения, в частности, проект строительства ТЭЦ около Железногорска в Красноярском крае, так как его осуществление может привести к значительному загрязнению атмосферного воздуха и подземных водоисточников [Тумановский А.Г., Котлер В.Р., 20109]. Серьезную эколого-экономическую проблему, требующую радикального решения золоотвалы представляют. К настоящему времени используется не более 10% образуемых годовых отходов, и этот показатель должен быть увеличен [Худякова Л.И. и др., 2019]. Над проблемой использования отходов теплоэнергетики работают ученые всего мира.Наибольшее количество публикаций по использованию золошлаковых отходов относится к строительной отрасли. Золошлаковые отходы рекомендуют использовать в качестве строительных материалов для производства цемента, бетона и т.д.Производство цемента. Введение в состав цемента 15% кислых ЗШО позволяет получать материалы хорошего качества. Использование минеральной добавки в количестве 30%, состоящей из отходов Верхнетагильской ГРЭС (15%) и доменного гранулированного шлака Нижнетагильского металлургического комбината, способствует получению цементов с высокими прочностными показателями.Отходы теплоэнергетики можно использовать при производстве различных видов бетонов. Бетоны на основе зольных цементов по своим показателям не уступают бетонам на обычном цементе, а по водонепроницаемости превышают их.Золошлаковые отходы ТЭС могут заменить высококачественное сырье при производстве строительной керамики. Введение их в состав глинистой шихты способствует снижению огневой усадки готовых изделий. При обжиге происходит интенсификация процессов образования волластонита и гематита, что показано на примере золошлаковых отходов Казанской ТЭЦ-2.Установлено, что повышенное содержание мелкодисперсных частиц ЗШО положительно влияет на водопоглощение и морозостойкость кирпича, полученного методом полусухого прессования при давлении 25 МПа. При этом количество добавки золоотходов в составе шихты можно увеличить до 50%.Золошлаковые отходы также пригодны для производства теплоизоляционных материалов. Летучая зола используется для получения аддибатической пены с макропорами от 0,5 до 600 мм, представляющей интерес в качестве теплоизоляционного материала при строительстве. Добавка ее к силикату натрия в количестве 7,5% позволяет производить материал с высокими физико-механическими характеристиками: прочностью 0,44 МПа, плотностью 97 м3 /кг и теплопроводностью 0,0488 Вт/(м К), используемый для теплоизоляции наружных стен.Золошлаковые отходы тепловых электростанций являются универсальным материалом для дорожного строительства. Их можно использовать для отсыпки дорожных насыпей, устройства оснований и всех слоев автомобильных дорог, в качестве компонента вяжущих материалов для укрепления грунтов, минерального порошка, а также добавки в состав цементобетона.Зола уноса является перспективным материалом для использования в качестве минерального порошка при приготовлении асфальтобетонной смеси. Проведены работы по изучению свойств золошлаковых отходов как техногенных грунтов. В результате установлено, что они обладают показателями, позволяющими использовать их для устройства оснований зданий и сооружений. Также зола уноса, обладая низкой степенью пучинистости, может применяться как основание под фундаменты зданий.Зола уноса может использоваться для очистки сточных и поверхностных вод от нефти и нефтепродуктов. Кроме того, входя в состав комплексного реагента, позволяет очищать водные растворы от катионов алюминия, переводя их в твердую фазу, представляющую концентрат алюминия для его последующего выделения.Зола уноса тепловых электростанций является перспективным материалом для синтеза цеолитов, обладающих высокими адсорбционными характеристиками.Зольные отходы тепловых электростанций представляют интерес для получения мезопористых кварцевых материалов, характеризуемых высокой удельной поверхностью свыше 1000 м2/г, четким определенным размером пор от 2 до 20 нм, внутри которых сосредоточено большое количество Si-OH групп, легко взаимодействующих с различными органическими группами. Они пригодны для удаления макромолекул загрязнителей, а также используются в качестве катализаторов в органической химии.Зольные отходы можно активировать раствором гидроксида натрия или многокомпонентным составом в присутствии суперпластификаторов и получать геополимерные вяжущие, обладающие повышенными эксплуатационными характеристиками. Физико-механические свойства геополимеров, активированных гидроксидом натрия и жидким стеклом, зависят от концентрации щелочного раствора, температуры и времени отверждения.Как известно, золошлаковые отходы содержат большое количество ценных компонентов, и их переработка позволяет получить различные виды товарной продукции. Так повышенное содержание алюминия, железа и титана способствует извлечению из отходов данных компонентов. Применяя комплексную схему переработки золоотходов можно выделить золото, алюмосиликатные микросферы, магнитную и тяжелую фракции, инертную массу алюмосиликатного состава и угольный концентрат. Использование комплексной технологии обогащения золошлаков способствует получению угле-, железо- и алюмосодержащих продуктов.Таким образом, необходимо использовать опыт применения наиболее современных технологий использования отходов ТЭЦ и ТЭС. ЗАКЛЮЧЕНИЕВ ходе выполнения курсовой работы по теме «Экологические проблемы угольной теплоэнергетики» были рассмотрены такие вопросы как технология производства тепловой энергии на угольных ТЭЦ и причины их негативного воздействия на окружающую среду, загрязнение окружающей среды угольными ТЭЦ, современные технологии очистки атмосферного воздуха и стоков, законодательное регулирование экологической безопасности в сфере теплоснабжения, перспективы повышения энергоэффективности и экологичности предприятий угольной промышленности, пути обращения с отходами угольной теплоэнергетики, в заключении сделаны выводы, таким образом, можно считать поставленную цель достигнутой.По результатам проведенного анализа мы пришли к следующим выводам. Загрязнение окружающей среды и риски для здоровья населения при производстве тепла и электроэнергии определяются множеством факторов, но основные – это вид сжигаемого топлива, высота труб, через которые отходящие газы поступают в атмосферный воздух, местные климатические условия, близость источников загрязнения к жилью.Следовательно, актуальной проблемой на территории России остаётся повышение экологической безопасности теплоснабжения.Основные вводы мощностей тепловых электростанций (ТЭС) в бывших советских республиках осуществлялись в 60-е годы прошлого столетия. В результате, например, в Казахстанской энергосистеме от 54 до 65% оборудования теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) к настоящему времени выработали свой ресурс и нуждаются в модернизации.Отечественные энергоблоки, работающие на угле, имеют недостаточно высокий уровень технологии улавливания, транспортировки, хранения и использования золы и шлака и относительно большие выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Выбросы мелкодисперсных взвешенных частиц и диоксида серы на многих отечественных энергоблоках угольных электростанций примерно в десять раз выше, чем на угольных ТЭС в странах ЕС.Технологии очистки выбросов сточных вод также нуждаются в технологическом обновлении.Проблему повышения энергоэффективности и охраны окружающей среды целесообразно рассматривать в рамках угольно-энергетического предприятия комплексно по всем звеньям технологической цепи: добыча и переработка топлива – производство энергии и ее потребление.При эксплуатации действующих угольных ТЭС основными способами снижения вредного воздействия на окружающую среду являются: сжигание проектного (или близкого к нему по характеристикам) топлива и оптимизация режимов горения в топках котлов; использование малотоксичных горелок с уменьшенным образованием оксидов азота;применение высокоэффективных устройств улавливания твердых частиц из дымовых газов; внедрение автоматизированных систем непрерывного контроля выбросов вредных веществ в атмосферу; применение высокоэффективных установок очистки сточных вод и многое другое.Анализ научных публикаций российских и зарубежных авторов показал, что золошлаковые отходы тепловых электростанций представляют собой универсальный материал для использования в различных отраслях промышленности, в т. ч. в строительстве, металлургии, сельском хозяйстве и т.д., а из выделенных из них ценных компонентов можно получать различные виды продукции.СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВКонституция Российской Федерации СПС «Консультант плюс» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_28399/ (дата обращения: 02.02.2024).Стратегия развития теплоснабжения и когенерации в Российской Федерации до 2025 года [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3140 (дата обращения: 02.02.2024).Федеральный закон «О теплоснабжении» от 27.07.2010 № 190-ФЗ СПС «Консультант плюс» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_102975/ (дата обращения: 02.02.2024).Федеральный закон «Об охране окружающей среды» от 10.01.2002 № 7-ФЗ СПС «Консультант плюс» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_34823/ (дата обращения: 02.02.2024).О требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения:Постановление Правительства РФ от 22.02.2012 № 154 СПС «Консультант плюс» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_126786/ (дата обращения: 02.07.2021). Об утверждении Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года:Распоряжение Правительства РФ от 09.06.2020 № 1523-р СПС «Консультант плюс» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_354840/ (дата обращения: 02.02.2022). Об утверждении схем теплоснабжения поселений, городских округов» от 15.04.2020 № МЮ-4343/09: Письмо Минэнерго России [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://minenergo.gov.ru/node/17677/ (дата обращения: 02.07.2021).Абалкин, И.Л. Экономические параметры оценки риска для расчета ущерба, обусловленного воздействием на здоровье населения разных факторов вреда / Абалкин И.Л., Демин В.Ф., Иванов С.И. и др. // Проблемы анализа риска. – 2021. – Т.2. – №2.Авалиани, С.Л. Дополнительные выгоды от реализации Киотского Протокола. Великий Новгород // Климатические изменения: взгляд из России / Авалиани С.Л., Савин В.А., Голуб А.А. и др. / Под ред. В.И. Данилова. –М.: ТЕИС, 2023Адильбаева, Т.Е. Топливно-энергетический комплекс Восточно-Казахстанской области: современное состояние и перспективы развития / Т.Е. Адильбаева. – М.: «ЭНЕРГИЯ», 2023. 304 с.Арбузов, В.А Очистка дымовых газов ТЭЦ от оксидов серы и азота /Арбузов В.А., Исанова Б.Х., Белякова М.О., Задиранов А.Н.// Литьё и металлургия. – 2019. – №3 (52). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ochistka-dymovyh-gazov-tets-ot-oksidov-sery-i-azota (дата обращения: 26.02.2024).Афанасьева, О.В. Региональные аспекты использования угля на объектах малой распределенной энергетики / Афанасьева О.В., Галькеева А.А., Вафин А.Р., Мингалеева Г.Р. // Известия вузов. Проблемы энергетики. – 2017. – №9-10. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/regionalnye-aspekty-ispolzovaniya-uglya-na-obektah-maloy-raspredelennoy-energetiki (дата обращения: 26.02.2024).Барочкин, Е.В. Технологии производстваэнергии на ТЭС и АЭС: Учеб. пособие / под ред. Е.В. Барочкина /Барочкин Е.В., Панков С.А., Барочкин А.Е.;ФГБОУВО «Ивановский государственный энергетический университетимени В.И. Ленина». – Иваново, 2021. – 569 сВеличковский, Б.Т. Патогенетическое значение пиковых подъемов среднесуточных концентраций взвешенных частиц в атмосферном воздухе населенных мест / Б.Т. Величковский // Гигиена и санитария. – 2022. – №6Ежегодник выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух городов и районов Российской Федерации за 2017 год. НИИ охраны атмосферного воздуха. – С.-Петербург, 2018. Закиров, Д.Г. Перспективы повышения энергоэффективности и экологичности предприятий угольной промышленности /Закиров Д.Г., Слаутин Ю.А., Полевщиков И.С.// Символ науки. – 2022. – №12-1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-povysheniya-energoeffektivnosti-i-ekologichnosti-predpriyatiy-ugolnoy-promyshlennosti (дата обращения: 25.02.2024).Инновационная политика Казахстана в энергетике: новая технология глубокой очистки отходящих газов ТЭЦ от вредных выбросов с получением товарных вторичных продуктов / Н. К. Досмухамедов, В. А. Каплан, М. Д. Симбинов [и др.] // Современные наукоемкие технологии. – 2019. – № 1-1. – С. 14-20. – EDN VMGKHD.Климат России - типы, общая характеристика и особенности распределения [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://nauka.club/geografiya/klimat-rossii.html (дата обращения: 02.02.2024).Компания «Иркутскэнерго» запатентовала способ работы единственного в России котла с кольцевой топкой на разных режимах [Электронный ресурс]. URL: http://www.irkutskenergo.ru/news/3870.html (25.08.2018).Коробкин, В.И. Экология: учебник для студентов бакалаврской ступени многоуровневого высшего профессионального образования/ Коробкин В.И., Передельский Л.В. – Ростов н/Д: Феникс, 2022. – 601 с.Костецкая, Т.В. Оценка загрязненности почвенных проб подвижными формами тяжелых металлов вблизи ТЭЦ-2 г. Красноярска / Т.В. Костецкая// материалы XII Международной научно-практической конференции молодых ученых. Красноярский государственный аграрный университет. – 2019. – С. 47-50.Крылов, Д.А. Оценки выбросов в атмосферу SO2 и NOx, твердых частиц и тяжелых металлов при работе ТЭС, использующих кузнецкий и канско-ачинский уголь /Крылов Д.А., Крылов Е.Д., Путинцева В.П.// Бюллетень по атомной энергии. – 2020. – №4.Лачков, Г.Г. Обеспечение экологически чистого энергоснабжения при развитии тепловых электрических станций региона / Лачков Г.Г., Санеев Б.Г. // Вестник ИрГТУ. – 2019. – №1 (144). – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obespechenie-ekologicheski-chistogo-energosnabzheniya-pri-razvitii-teplovyh-elektricheskih-stantsiy-regiona (дата обращения: 25.02.2024).Левин, Е.В. Оптимальные пути модернизации существующих систем очистки сточных вод Сакмарской ТЭЦ /Левин Е.В., Сагитов Р.Ф., Баширов В.Д., Шабанова С.В., Василевская С.П., Волошин Е.В. // Известия ОГАУ. – 2017. – 6 (68). URL: https://cyberleninka.ru (дата обращения: 26.02.2024).На Магаданской ТЭЦ начали применять автоматические газоанализаторы для контроля уровня выброса вредных веществ [Электронный ресурс]. URL: http://www.rosteplo.ru (15.08.2022).Найманбаев, Б.Р. Экологическое право в Республике Казахстан: этапы формирования и содержание / Б.Р. Найманбаев// Научные итоги года: достижения, проекты, гипотезы. –2020. – №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ekologicheskoe-pravo-v-respublike-kazahstan-etapy-formirovaniya-i-soderzhanie (дата обращения: 25.02.2024).Насырова, Э.С., Анализ потенциальных опасностей ТЭЦ /Э.С. Насырова, Ю.А. Байдюк, Э.Д. Камаева, А.В. // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. – 2021. – №1-1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-potentsialnyh-opasnostey-tets (дата обращения: 26.02.2024).Ревич Б.А. К оценке влияния деятельности ТЭК на качество окружающей среды и здоровье населения / Б.А. Ревич// Проблемы прогнозирования. – 2020. – №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/k-otsenke-vliyaniya-deyatelnosti-tek-na-kachestvo-okruzhayuschey-sredy-i-zdorovie-naseleniya (дата обращения: 26.02.2024).Росляков, П.В. Современные воздухоохранные технологии на тепловых электростанциях / П.В. Росляков // Теплоэнергетика. – 2020. – № 7. – С. 46–62.Рыжкин, В.Я. Тепловые электрические станции / В.Я. Рыжкин. – М.: Энергия, 2021. – 444 с.Санеев, Б.Г. Методы и модели разработки региональных энергетических программ /Санеев Б.Г., Соколов А.Д., Агафонов Г.В. –Новосибирск: Наука, 2023. – 140 с.Сидорова, Г.П. Экологическое воздействие угольных ТЭС на окружающую среду /Сидорова Г.П., Крылов Д.А., Якимов А.А.// Вестник ЗабГУ. – 2019. – №9 (124). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/ekologicheskoe-vozdeystvie-ugolnyh-tes-na-okruzhayuschuyu-sredu (дата обращения: 26.02.2024).Скугорева, С.Г. Оценка содержания бенз[a]пирена в почве вблизи ТЭЦ-5 г. Кирова / С.Г. Скугорева, О.М. Абдухалилов // материалы ХVI Всероссийской научно-практической конференции c международным участием. – 2018. – С. 168-171.Совершенствование технологической схемы очистки сточной воды от нефтепродуктов на предприятии теплоэнергетики / Е.О. Реховская, И.Ю. Нагибина, А.К. Студенкова, В.В. Тарасова // Актуальные вопросы энергетики. – 2021. – Т. 3, № 1. – С. 135-140. – DOI 10.25206/2686-6935-2021-3-1-135-140. – EDN VIGOBT.Стратегия развития теплоснабжения и когенерации в Российской Федерации до 2025 года от 9 июня 2020 г. № 1523-р [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3140 (дата обращения: 02.07.2021).Стрелкова, К.В.Проблемы обеспечения экологической безопасности теплоснабжения / К.В. Стрелкова// E-Scio. – 2021. – №7 (58). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/problemy-obespecheniya-ekologicheskoy-bezopasnosti-teplosnabzheniya (дата обращения: 25.02.2024).Тумановский, А.Г. Перспективы решения экологических проблем тепловых электростанций /Тумановский А.Г., Котлер В.Р.// Теплоэнергетика. – 2017. – №6. – С. 45Челябинская ГРЭС станет одним из пилотных проектов по внедрению автоматического контроля промышленных выбросов в атмосферный воздух [Электронный ресурс]. URL: http://www.rosteplo.ru (15.08.2022).Худякова Л.И., Залуцкий А.В., Палеев П.Л. Использование золошлаковых отходов тепловых электростанций // XXI век. Техносферная безопасность. – 2019. – №3 (15). – URL: https://cyberleninka.ru (дата обращения: 27.02.2024).Шабанова С.В. Оценка качества питьевой воды по некоторым химическим и микробиологическим показателям / С.В. Шабанова, А.С. Голофаева, Е.А. Сердюкова, Л.Р. Вильданова, Р.Ф. Сагитов // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2018. – № 4 (54). – С. 156 – 159.Modernization of the TPP with a new installation for the capture of flue gases / G. Akimbek, G. Temirova, M. Korobkov [et al.] // ВестникКазахскойакадемиитранспортаикоммуникацийим. М. Тынышпаева. – 2023. – No. 1(124). – P. 372-383. – DOI 10.52167/1609-1817-2022-124-1-372-383. – EDN XEUDMS.