Шевляков (Анализ уровня загрязнения атмосферы вредными выбросами Хабаровской ТЭЦ-1 и разработка воздухоохранных мероприятий), страница 5

В районах размещения промышленных предприятий и комплексов степень промышленного загрязнения атмосферного воздуха не однородна и не постоянна как в пространстве, так и во времени. На загрязнение атмосферы влияют многие факторы: наличие и число источников промышленных выбросов вредных веществ в воздушную среду, их высота, условия поступления отходящих газов и пыли (периодичность, концентрация, объем удаляемого воздуха, скорость, температура), рельефные особенности прилегающей территории, наличие зеленых массивов и особенно метеорологические условия [5].

Газы и аэрозоли, поступающие в атмосферу через различные источники (дымовые трубы, вентиляционные шахты), смешиваются с окружающим воздухом и в дальнейшем переносятся вместе с ним. В устье трубы возникает видимая струя дыма. Основная масса выбрасываемых вредных веществ возле трубы сосредоточивается в объеме факела.

В результате диффузии струя дыма, удаляясь от источника, расширяется и соприкасается с земной поверхностью.

Обнаружены некоторые общие закономерности изменения приземной концентрации вредного вещества в атмосферном воздухе по мере удаления от трубы [5].

У основания трубы теоретически концентрация вредных веществ равна нулю; но на некотором расстоянии Х от источника она достигает максимума. Постепенное снижение содержания примеси в приземном слое атмосферы идёт за счет рассеяния. Рассеяние загрязнителя в атмосфере происходит тем интенсивнее, чем выше источник загрязнения. Основными метеорологическими факторами, определяющими интенсивность загрязнения атмосферы и распространения примеси, являются скорость и направление ветра, вертикальный, горизонтальный и турбулентный обмены в пограничном слое атмосферы. Атмосферный воздух находится в постоянном, движении, различном по масштабу, направлению и скорости, большей частью вихревом. Такое движение воздуха называют турбулентным. В результате перемешивания воздуха в пограничном слое происходит вертикальный и горизонтальный обмен воздушных масс. Это и приводит к изменениям температуры слоев воздуха, к переносу водяных паров, пылевых и газовых примесей.

Рассмотрим пять форм струй дымовых труб в зависимости от условий вертикальной стратификации атмосферы:

1) При сверхадиабатическом вертикальном градиенте образуется волнообразная струя; рассеивание газов происходит активно вследствие конвективных завихрений в потоке ветра [5].

2) При среднем между сверхадиабатическим и изотермическим (неизменная температура на всех высотах) градиентах наблюдается конусообразная струя. Так как процессы турбулентности в этих условиях ослаблены, струя дыма достигает земли на большом расстоянии от источника выброса.

3) При инверсиях (положительном градиенте), нарастании температуры с высотой возникает веерообразная струя. Эта струя практически совсем не рассеивается в вертикальном направлении, но распространяется на значительные расстояния.

4) При наличии небольшого по толщине приземного слоя инверсии температуры, чаще всего при заходе солнца, наблюдается приподнятая струя.

Это наиболее благоприятная форма струи для диффузии в случае, если слой приземной инверсии ниже высоты выброса. Инверсия предотвращает выпадение продуктов выброса на землю; тогда вредные газовые примеси могут интенсивно распространяться в воздухе выше слоя инверсии.

5) При наличии так называемой приподнятой инверсии над землей образуется задымляющая струя. Слой такой инверсии действует как зеркало, отражающее и ограничивающее подъем выброса вредных веществ, и способствует увеличению концентрации таких веществ в подинверсионном слое. Периодичность низких инверсий в стационарных (непрерывных в течение нескольких дней) антициклонах способствует созданию условий застоя и увеличению промышленных загрязнений в атмосфере. Наиболее часто это прослеживается зимой.

Горизонтальное рассеивание вредных веществ в атмосфере в основном определяется непостоянством направления ветра [5].

3.2 Условия загрязнения атмосферы промышленными выбросами

Выбросы химических элементов в окружающую среду могут происходить одним из следующих способом:

1) выброс организованный, т.е. поступающий в атмосферу через специальные воздуховоды и трубы;

2) выброс неорганизованный, т.е. происходящий минуя специальные воздуховоды и трубы, например, проветривание производственных помещений;

3) поверхностный сток (например, ливневой сток)

4) размыв почв производственных территорий и твердых отходов на официальных или стихийных свалках;

5) рассеивание вредных веществ при транспортировке топлива;

Это основные антропогенные пути перенесения химических элементов от источников загрязнения в окружающую среду. Дальнейшая судьба распространения вредных веществ зависит уже от природных механизмов миграции: физико-химических, механических, биогеохимических.

Приземные концентрации вредных веществ, выбрасываемых через дымовые и вентиляционные трубы, существенно зависят от погодных условий. Концентрации этих примесей при фиксированном выбросе могут изменяться на определенном расстоянии от труб в десятки и даже сотни раз в зависимости от метеорологических характеристик. Инциденты с наибольшими концентрациями вредных веществ в приземном слое воздуха относят к опасным условиям загрязнения атмосферы [6].

Также опасные условия загрязнения атмосферного воздуха возникают при наличии слоев приподнятой температурной инверсии. Замечено, что приподнятые инверсии наблюдались в периоды известных «катастроф» в Лондоне и некоторых других местах, где возникали значительные загрязнения воздуха, сопровождавшиеся человеческими жертвами и резким ростом числа заболеваний населения. Опасный признак такой стратификации атмосферы как правило определяется из качественных соображений. Считается, что слой приподнятой инверсии характеризуется пониженным турбулентным обменом, препятствующим переносу вредных веществ на более высокие уровни. Поэтому основная масса газовых примесей концентрируется под инверсионным слоем у поверхности земли.

Подобных материалов об увеличении концентрации при данных условиях в опубликованных работах приводится немного [6].

В основном в работах проведены расчеты приземной концентрации вредных примесей, когда слои инверсий расположены на разных высотах над уровнем источника. При этом считалось, что вертикальная составляющая коэффициента обмена воздушных масс в инверсионном слое резко ослабляется.

Увеличение концентрации вредных примесей зависит от высоты расположения нижней границы инверсии над источником и от высоты источника. Концентрация тем больше, чем ближе к источнику основание инверсионного слоя и чем ниже уровень источника. Но если слой ослабленной турбулентности находится на достаточно большом удалении (около 200 м и более) над источником, то увеличение приземной концентрации вредных веществ сравнительно мало, и оно имеет принципиальное значение только на весьма больших расстояниях [6].

Если задерживающий слой начинается непосредственно над источником, тогда максимум приземной концентрации составляет 50-70%, а иногда более 100%.

Прецеденты приподнятой инверсии относятся к аномальным условиям стратификации. В случае аномального распределения скорости ветра с высотой было выявлено, что наличие штилевых слоев в зоне распространения вредных веществ приводит к увеличению приземной концентрации примесей. Если слой с ослабленной скоростью ветра находится на некотором уровне, то, чем ниже этот уровень, тем сильнее влияние данного слоя на концентрацию примесей. При наличии приземного штиля до высоты 30 м максимальная концентрация примесей q от источника высотой 100-150 м увеличивается примерно на 70% по сравнению со значениями концентрации примесей q при отсутствии штиля [6].

4 Тепловые электростанции

Тепловая электростанция (ТЭС) - это электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате превращения тепловой энергии, полученной при сжигании органического топлива. Впервые тепловые электростанции появились в конце 19 века ( в 1882 - в Нью-Йорке, 1883 - в Петербурге, 1884 - в Берлине) и получили приоритетное распространение. В середине 70-х гг. 20 века основным видом электрических станций стали ТЭС. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в России и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973) [7].

Именно ТЭС снабжают электроэнергией большинство городов России. Также в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие кроме электроэнергии ещё и тепло в виде горячей воды. Но такая система является непрактичной т.к. надежность теплотрасс на больших расстояниях чрезвычайно низка в отличие от надёжности электрокабеля, при этом понижается эффективность централизованного теплоснабжения при передаче тепла [7].

В Хабаровском крае действует мощный и разнообразный по направлениям топливно-энергетический комплекс, который является основной отраслью экономики края и занимает в ее структуре очень важное место. Топливно-энергетический комплекс в крае носит разноплановый характер, и включает в себя нефтеперерабатывающую и угледобывающую промышленность, системы газоснабжения, электроэнергетику и тепловое хозяйство, управляющие учреждения и структуры сбыта. После спада середины 90-х годов прошлого века, топливно-энергетический комплекс остается на передовом рубеже экономики края, является надежной гарантией успешного выполнения производственных и социальных задач. В Хабаровском крае сконцентрировано практически все мощности по переработке сырой нефти на Дальнем Востоке, и производится около 20% электричества всего региона[7]. Город Хабаровск обеспечивают электроэнергией три ТЭЦ.

Хабаровская ТЭЦ-1 находится в южной части города. На ней установлено 16 паровых котлоагрегатов высокого давления и 8 турбин. Проектным топливом для Хабаровской ТЭЦ-1 является бурый уголь Райчихинского месторождения. Зольность этого угля составляет 9,5% [7].

Также на ТЭЦ-1 поступают высокозольные непроектные угли ещё 5-6 месторождений, в том числе Ургальского. В последние годы на ТЭЦ-1 выполнено несколько мероприятий для улучшения экологической обстановки предприятия и города. На ТЭЦ-1 произведена замена парового котла на газоплотное исполнение с заменой газопылеулавливающей установки.

На четырех паровых котлах проведена замена золоулавливающих установок типа МВ-ВТИ на 2-х канальные кольцевые скрубберы. Скрубберы – это газоочистительные аппараты, основанные на промывке газа жидкостью. Они используются в различных химико-технологических процессах. КПД установок при этом увеличился на 1,5%.

На двенадцати паровых котлах проведена реконструкция горелочных устройств для улучшения сжигания непроектных углей и уменьшения выбросов оксидов азота до 20%.

Хабаровская ТЭЦ-2 является структурным подразделением Хабаровской теплосетевой компании (ХТСК) - филиала ОАО "Дальневосточная генерирующая компания". Хабаровская ТЭЦ-2 работает только в период отопительного сезона, обеспечивая тепловой энергией центральную часть города. Тепловую энергию на ТЭЦ-2 вырабатывают 9 котлов, суммарная установленная мощность которых составляет 610 Гкал/час. Горячую воду и тепло от нее получают 685 жилых домов, 12 школ, 23 детских сада, 32 лечебных учреждения в Центральном и частично в Северном округе Хабаровска [23].

За время своей работы ТЭЦ-2 перенесла несколько реконструкций. Сначала станция работала на дровах. Потом топливом стал уголь. В 70-х годах прошлого столетия ТЭЦ-2 перевели на использование мазута. В результате последняя реконструкции котлы ТЭЦ-2 были переоборудованы на прием природного газа.

Применение газа сахалинского шельфа значительно повысило экономические показатели ТЭЦ-2, так как цены на газ гораздо устойчивее, чем на мазут. Плюс использование природного газа позволяет заметно увеличить межремонтный период у котлов ТЭЦ, потому что газ - менее агрессивное топливо, чем мазут [7].

Перевод ТЭЦ-2 на газ к тому же позволит значительно оздоровить экологическую обстановку в центре города, так как газ, в сравнении с мазутом, практически не дает вредных выбросов в окружающую среду. При этом мазут остается резервным топливом для ТЭЦ-2 .

Теплоэлектроцентраль Хабаровская ТЭЦ-3 входит в состав ОАО «Дальневосточная генерирующая компания», дочернее предприятие ОАО «РАО Энергетические системы Востока». Эта ТЭЦ снабжает теплом и горячей водой Северный округ города и часть Железнодорожного и Центрального районов. Установленная электрическая мощность ТЭЦ-3 равна 720 МВт, а тепловая – 1640 Гкал/час.

В 2006 году а Хабаровской ТЭЦ-3, введен в эксплуатацию энергоблок №4 обеспечивший прирост генерирующей мощности станции по выработке электрической энергии на 180 МВт и тепловой энергии на 260 Гкал/ч. Хабаровская ТЭЦ-3 является самой мощной в Хабаровской Генерации.

4.1 Хабаровская ТЭЦ-1

Хабаровская ТЭЦ-1 - теплоэлектроцентраль в Индустриальном районе города Хабаровска. ТЭЦ-1 входит в состав ОАО «Дальневосточная генерирующая компания», филиал «Хабаровская генерация». Основное топливо: природный газ, уголь, мазут. Используемые котельные агрегаты: ТП-170-100, БКЗ-160-100, БКЗ-220-100, БКЗ-210-140.

Зимой 1949 года было возобновлено строительство законсервированной Хабаровской ТЭЦ. В 1950 году стройка ТЭЦ получает поддержку государственным финансированием. На строительство были привлечены строители из центральных районов страны. Так как ТЭЦ с запланированной довоенной мощностью не могла решить проблем города, принимается правительственное постановление о строительстве ТЭЦ мощностью 125 МВт (пять блоков по 25 МВт вместо 24 МВт). Разработка проекта была поручена Ленинградскому отделению института «Теплоэлектропроект» [8].

28 сентября 1954 года Хабаровская ТЭЦ-1 была введена в эксплуатацию включением турбоагрегата в параллельную работу с энергопоездом на промышленной площадке ТЭЦ и с ЦЭС  Хабаровск-2. К 1972 году был введен в строй последний турбоагрегат № 9, мощность которого равнялась 100 МВт. Установленная мощность станции составила 485 МВт.