7.2. Тепловые электростанции

Физико-химические основы получения энергии. Количество энергетических ресурсов в природе ограничено. Это связано с тем, что только небольшая часть процессов сопровождается заметным выделением энергии.

В соответствии с законом Эйнштейна

(7.1)

где Е — энергия; т — масса; с — скорость света, существует четко определенная взаимосвязь между полной (внутренней или кинетической) энергией объекта и его массой. Одному грамму массы соответствует энергия 25 млн кВт • ч.

Химические реакции, которые используются при горении органического топлива, можно записать так:

(7.2)

(7.3)

Появление свободной энергии в реакциях связано с тем, что происходит уменьшение массы атомов С, О и Н при связывании их в молекулы С02 и Н20, по сравнению с их массой в исходном состоянии. Относительное изменение массы атомов ничтожно мало (Ат/т = 10-8), поэтому выделяемая в соответствии с законом Эйнштейна энергия также мала.

Товарным продуктом ТЭС являются электрическая и тепловая энергии. Материальные ресурсы, затрачиваемые на производство

электроэнергии, целиком превращаются в отходы и выделяются в окружающую среду в виде твердых и газообразных продуктов — золы, пыли, оксидов углерода, серы, азота, паров воды.

Пример. При работе ТЭС мощностью 2 400 МВт сжигается 1 065 т антрацита в час.

За это же время из топок котлоагрегатов удаляется около 35 т шлака, что составляет около 3,3% загруженного топлива, и 195 т уловленной золы, что соответствует 18,2% количества топлива.

Остальные продукты (-78,5 %) в виде газовых выбросов удаляются в атмосферу, из них на долю летучей золы приходится около 2 т.

Диоксид углерода и пары воды являются основными отходами при производстве тепловой и электрической энергии при сжигании органического топлива. Поступая в атмосферу, они включаются в природные циклические процессы и поглощаются растениями для синтеза органических веществ и регенерации кислорода. Однако этот процесс не восстанавливает существовавшего в природе равновесия, так как темпы использования человеком органического топлива на несколько порядков превышают возможности растительного мира.

Из продуктов, которые получаются в процессах горения, можно использовать только золу и шлак. В настоящее время на российских ТЭС используется не более 10 % общей массы получаемых золы и шлака.

При сжигании жидкого и газообразного топлива затраченные материальные ресурсы практически полностью превращаются в жидкие и газообразные отходы. Твердые отходы отсутствуют.

Характерными газовыми выбросами ТЭС являются сернистый газ, оксид углерода, оксиды азота, сажа, а также высокотоксичные ингредиенты — оксид ванадия(У205) и бенз(а)пирен.

Ежегодно объем выбросов вредных веществ в атмосферу энергетическими предприятиями России составляет около 6 млн т. Основные загрязняющие вещества — пыль (31 %), диоксид серы (42 %), оксиды азота (23,5 %).

Электроэнергетика оказывает заметное влияние на состояние атмосферного воздуха России. Она обеспечивает 1/4 всех выбросов в России от стационарных источников и более [/3 выбросов твердых веществ. Особенно существенна доля отрасли по выбросам оксида ванадия (V205) — 2/3 общего объема.

Энергетика является отраслью промышленности, потребляющей огромное количество свежей воды. Ежегодно используется около 30 млрд м3 воды. Большая часть воды тратится на выработку теплоты и энергии. Такая вода должна проходить предварительные стадии обессоливания или умягчения для освобождения от примесей и растворенных солей.

Часть воды расходуется на охлаждение различных агрегатов. Оборотное водоснабжение позволяет экономить 65 — 70% воды.

На электростанциях на различных технологических стадиях образуются сточные воды. Они отличаются по составу и требуют специальных методов очистки. Со сточными водами в водные объекты сбрасываются загрязняющие вещества — взвешенные частицы, нефтепродукты, хлориды, сульфаты, соли тяжелых металлов.

Твердые отходы в виде золы и шлака удаляют в отвалы, которые являются источниками загрязнения подземных вод.