Математика Курсовая по Термеху Примеры решения задач Интеграл Физика Атомная физика Контрольная по физике Электроника Электротехника Электроэнергетика Тепловая и атомная энергетика Контрольная Школы дизайна Дизайн квартир Чертежи

Тепловая и атомная энергетика

Сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу

Влияние углекислого газа на глобальное потепление климата на Земле

Еще два-три десятилетия назад о глобальном потеплении климата вследствие парникового эффекта знали только ученые-экологи. Сегодня это стало проблемой, которой озабочено человечество.

В прошлом, до индустриализации, в природе был устойчивый круговорот углекислого газа. Из атмосферы изымалось и расходовалось растительным миром на биосинтез с использованием энергии солнечного излучения определенное количество углекислого газа. При этом производилась биомасса. Точно такое же количество СО2 возвращалось в атмосферу в результате параллельно протекающих процессов разложения биомассы при использовании выделившегося при фотосинтезе кислорода. Таким образом, создание биомассы не приводило к увеличению содержания ни кислорода в атмосфере, ни СО2 при биологическом разложении биомассы.

Теперь с развитием индустрии и техники этот установившийся баланс нарушился из-за сжигания биомассы, накопленной на Земле 200–600 млн. лет назад в ископаемых органических топливах. В результате сжигания ископаемых топлив на Земле теперь возникает ежегодный прирост на 15 млрд. т СО2 сверх сбалансированного круговорота, что способствует образованию так называемого парникового эффекта. На долю ТЭО при этом приходится примерно 22 % общих мировых выбросов СО2.

Вторичные мероприятия по уменьшению выбросов NOx Селективные системы очистки дымовых газов от NОХ Для очистки дымовых газов котлов от оксидов азота используют селективный некаталитический (СНКВ) и каталитический (СКВ) методы восстановления NОХ до молекулярного азота. В них в качестве восстановителя применяется аммиак. Некаталитические системы проще, их сооружение обходится не дороже замены горелок, а эффективность достаточно высока: выбросы оксидов азота снижаются на 40 - 60 %. Аммиак (аммиачная вода, карбамид) вводится в высокотемпературную (900 - 1100 °С) область газохода котла с газами рециркуляции, воздухом или паром. Сочетание технологических методов подавления оксидов азота с методом СНКВ при сжигании угля позволяет снизить концентрации оксидов азота в дымовых газах до 300 мг/м.

С течением времени эффективность работы катализатора падает, необходимо поддерживать с течением времени первоначальную эффективность работы катализатора можно только путем увеличения проскока аммиака. Сохранение постоянного проскока аммиака приводит к снижению эффективности катализатора по восстановлению NОХ в N2.

Электронно-лучевой способ очистки дымовых газов от NOX и SО2 Электронно-лучевой способ (ЭЛС) основан на облучении дымовых газов потоком b-частиц (электронов). В результате протекания радиационно-химических реакций образуются реакционно-активные компоненты О-; ОН-; . Они взаимодействуют с NОХ и SО2, в результате чего получаются более высокие оксиды азота и серы (NО3 и SО3), которые с водяным паром образуют пары азотной и серной кислот. При взаимодействии с аммиаком, который вводится в газоход до стадии облучения, получают твердый нитрат и сульфат аммония.

Снижение выбросов оксидов азота в газотурбинных и парогазовых установках электростанций Особенности газотурбинных и парогазовых установок электростанций Газотурбинные и парогазовые установки – одни из самых перспективных энергетических установок для производства электрической и тепловой энергии. Их широкое применение во многих странах мира позволило существенно повы­сить экономичность электростанций и улучшить их экологические характеристики.

Очистка дымовых газов от соединений серы Первые отечественные установки по очистке дымовых газов от соединений серы Первая опытная установка ВТИ по очистке дымовых газов от оксидов серы была пущена в 1938 г. на энергообъекте. На ней отрабатывалась технология циклического магнезитового способа с получением концентрированного сернистого газа. С началом Великой Отечественной войны работы на установке были прекращены.

Мокросухой способ (МСС) очистки дымовых газов от SO2 Способ основан на эффективном поглощении SO2 известью Са(ОН)2 или содой Na2CO3.

Удаление серы с помощью технологии WSA, разработанной фирмой «Хальдор Топсе АО» Технология разработана в середине 80-х годов и получила название WSA (Wet gas Sulphuris Acid), ее можно применять для обработки газов, содержащих SO2.

Парниковый эффект заключается в следующем: углекислый газ способствует проникновению к Земле коротковолнового излучения Солнца, а длинноволновое тепловое излучение Земли задерживается. В результате происходит длительный нагрев атмосферы.

В декабре 1997 г. в японском городе Киото проходила Международная конференция ООН по проблемам предотвращения необратимых климатических изменений на Земле, в которой принимали участие представители около 160 стран, в том числе и России. В решениях конференции во избежание этого опасного и чреватого прекращением жизни на Земле явления указывалось на необходимость уменьшения индустриальных выбросов СО2. За уровень отсчета были взяты выбросы 1990 г. При этом было указано, что по сравнению с уровнем 1990 г. индустриальные выбросы СО2 необходимо снизить: в США на 5 %, в странах Европейского союза на 8 % и в Японии на 4,5 %.

Аналогично углекислому газу описанное выше влияние на атмосферу и климат Земли оказывают и другие газы: метан, диоксид азота, озон, фтористые углеводороды и водяной пар. Значительной проблемой при этом является длительное пребывание некоторых газов в атмосфере. В частности, срок пребывания полученного СО2 в атмосфере составляет около 120 лет. Это означает, что образовавшиеся на сегодня выбросы будут оказывать отрицательное влияние на несколько поколений людей.

К середине XXI столетия (2050г.) можно ожидать удвоения концентрации СО2 в атмосфере Земли по сравнению со временем, предшествовавшим индустриализации (примерно 1850г.). Таким образом, несомненно, существует угроза антропогенного парникового эффекта при сжигании ископаемого топлива.

В декабре 1995 г. Международное совещание экспертов опубликовало сводный отчет, согласно которому следует ожидать к 2100 г. глобальное потепление на 2 °С. Ранее в отчетах этой же организации указывались другие цифры: в отчете 1990 г. 3,5 °С, в отчете 1992 г. 2,5 °С.

Несмотря на изменение прогноза к лучшему, никто не будет отрицать безусловную необходимость принятия неотложных мер.

По данным, приведенным Международным совещанием экспертов, необходимо к 2050 г. в мировом масштабе обеспечить сокращение выбросов СО2 в атмосферу примерно на 60 %, чтобы не произошло глобального изменения климата Земли. В то же время расчеты Мирового энергетического совета показывают, что к 2020 г. произойдет увеличение выбросов СО2 в атмосферу более чем на 40 %. Рост выбросов СО2 в основном связан с дальнейшим ростом мировой потребности в энергии более, чем на 6 млрд т в условном исчислении к 2020 г., причем большая часть этого прироста относится к странам третьего мира (развивающимся странам), что иллюстрирует табл. 6.1.

Таблица 6.1.

Численность населения в мире, млрд человек; общее и на душу

населения потребление энергоресурсов по годам, т*

Показатель

Страны

1960

1994

2020

Численность населения в мире, млрд. человек

Развитые

Развивающиеся

Итого

0,8

2,2

3,0

1,4

4,3

5,7

1,5

6,6

8,1

Удельный расход энергоресурсов на душу населения т/год*

Развитые

Развивающиеся

3,6

0,9

5,0

1,1

6,7

1,4

Потребление энергоресурсов за год млрд. т/год*

Развитые

Развивающиеся

Итого

2,88

1,98

4,89

7,0

4,73

11,73

10,05

9,24

19,29

* В условном исчислении

Согласно Рамочной Конвенции ООН об изменении климата Земли Российская Федерация взяла на себя обязательства до 2008 – 2012 г. не превышать выбросы парниковых газов относительно базового уровня (1990г.) и представлять данные ежегодной инвентаризации выбросов в Секретариат Конвенции.

По прогнозам электроэнергетиков уровень выбросов СО2 в 2010 г. составит порядка 640 млн т, т.е. будет ниже уровня 1990 г. При этом структура выработки электрической и тепловой энергии в России в целом сохраняется на уровне 1999 г.: примерно 70 % электроэнергии будут производить ТЭО, причем доля выработки тепловой энергии станциями в масштабах всей страны составит около 30–35 %.

Удельный выброс СО2 в РФ, т.е. количество СО2 на единицу суммы выработанной электрической и тепловой энергии, составляет 0,414 кг (кВт∙ч). Это лучший показатель в мире, и достигнут он благодаря двум решающим факторам: высокому (до 30 %) уровню развития теплофикации – комбинированному производству электрической и тепловой энергии на ТЭЦ и большой (63 %) доле природного газа в структуре сжигаемого на этих ТЭО топлива.

Для расчета эмиссии углекислого газа были обоснованы и приняты следующие коэффициенты эмиссии:

 Таблица 6.2

Вид топлива

Коэффициенты эмиссии СО2

при сжигании топлива

т СО2/т*

т CO2/ГДж

Твердое

2,76

25,68

Газообразное

1,62

15,07

Мазут

2,28

21,22

* В условном исчислении

Указанные выше значения коэффициентов эмиссии для твердого топлива получены с учетом структуры топливного баланса отрасли и средних характеристик наиболее значимых видов топлива, данных по неполному сгоранию для различных видов угля при сжигании в котельных установках разной мощности, в том числе и в котлах малой производительности.

Эти данные охватывают весь диапазон применяемого в России котельного оборудования, поэтому приведенные коэффициенты должны быть рекомендованы для использования во всех отраслях промышленности для расчета эмиссии от установок, сжигающих органическое топливо. Анализ коэффициентов эмиссии СО2 показывает, что при переходе ТЭО на сжигание твердого топлива вместо природного газа эмиссия углекислого газа возрастает в 2,76/1,62 ≈ 1,7 раза. Это обстоятельство необходимо учитывать при реализации планируемого изменения структуры топливно-энергетического баланса в сторону увеличения доли твердого топлива.


На главную