|
| | | | Проблемы современной экономики, N 4 (84), 2022 | | | | ЭКОНОМИКА И ЭКОЛОГИЯ | | | Кляус К. М.
старший научный сотрудник
Санкт-Петербургского научного центра Российской академии наук,
кандидат технических наук,
Пожарская О. Д.
младший научный сотрудник
Санкт-Петербургского научного центра Российской академии наук
| |
| | | | | Статья посвящена оценке выбросов загрязняющих веществ тепловыми электростанциями и котельными. В отличие от существующих методик, в настоящей работе в качестве исходного параметра для расчёта валовых выбросов предложен расход топлива в энергетическом эквиваленте, соответствующий данным по выработанной электрической и/или тепловой энергии. Такой подход используется при количественной оценке выбросов парниковых газов. Методика позволяет получить расчётный прогноз основных вредных выбросов в случаях отсутствия полной или достоверной информации по количеству израсходованного топлива и при проектировании объектов энергетики на основе заданной проектной мощности. | | Ключевые слова: выбросы вредных веществ, тепловая энергия, расход топлива в энергетическом эквиваленте, методика расчёта загрязнения атмосферы | | УДК 502.5; ББК 20.1 Стр: 177 - 182 |
Введение. Теоретические основы расчётного прогноза выбросов загрязняющих веществ в атмосферу к настоящему времени достаточно хорошо разработаны и положены в основу нормативных документов и справочной литературы [1–7]. Исходными данными для расчётов являются параметры выброса, характеристики источника и метеоусловия для заданной расчётной точки. Важнейшими параметрами выброса, от которых зависит оценка концентраций загрязняющих веществ, являются масса вещества, выбрасываемого в атмосферу (мощность выброса) и расход газо-воздушной смеси через устье источника (трубы). Эти параметры определяются эмпирическим путём на основе статистической обработки результатов замеров в течение определённых интервалов времени осреднения. Для практических целей существуют рекомендации по их выбору. Мощность выброса определяется как функция количества израсходованного топлива в абсолютных единицах (тоннах, кубических метрах), поэтому для выполнения таких расчётов требуется информация по видам и количеству использованного топлива.
В отличие от существующих методик, в настоящей работе в качестве исходного параметра предложен расход топлива в энергетическом эквиваленте, соответствующий данным по выработанной электрической и тепловой энергии. Такой подход положен в основу алгоритмов расчёта выбросов парниковых газов, которые предусматривают определение объёма диоксида углерода и других компонентов продуктов сгорания органического топлива по статистическим показателям, достоверность которых подтверждается обработкой большого количества экспериментальной информации [8–10].
Энергетика Санкт-Петербурга и Ленинградской области. Чтобы составить представление о масштабах проблемы выбросов объектами энергетики, рассмотрим в качестве примера Санкт-Петербург и Ленинградскую область. Оба субъекта Федерации являются частью Объединённой энергосистемы Северо-Запада. В Санкт-Петербурге эксплуатируются 13 теплоэлектроцентралей (с учётом Северной ТЭЦ, расположенной во Всеволожском районе) и 3 электростанции крупных промышленных предприятий общей мощностью около 4500 МВт, которые обеспечивают ежегодный объём производства электроэнергии около 20 млрд кВт ч [11, 12]. На территории Ленинградской области расположены 16 ТЭС и ТЭЦ. Годовая выработка электроэнергии в области составляет около 8 млрд кВт∙ч [13, 14]. Теплоснабжение Санкт-Петербурга и Ленинградской области помимо ТЭЦ обеспечивают около двух тысяч котельных, работающих в пределах отопительного сезона (с сентября по май). Схемы расположения ТЭС и ТЭЦ Санкт-Петербурга и Ленинградской области представлены на рис. 1 и 2. Основным видом топлива для объектов энергетики нашего региона является природный газ. Сжигание органического топлива приводит к выбросу в атмосферу многих тысяч тонн загрязняющих веществ и нескольких миллионов тонн парниковых газов. | | |  | | Рис. 1. Карта-схема расположения ТЭС и ТЭЦ Санкт-Петербурга |
1 — Центральная ТЭЦ; 2 — Правобережная ТЭЦ (ТЭЦ-5); 3 — Василеостровская ТЭЦ (ТЭЦ-7); 4 — Первомайская ТЭЦ (ТЭЦ-14); 5 — Автовская ТЭЦ (ТЭЦ-15); 6 — Выборгская ТЭЦ (ТЭЦ-17); 7 — Южная ТЭЦ (ТЭЦ-22); 8 — Северо-Западная ТЭЦ; 9 — Юго-Западная ТЭЦ; 10 — Новоколпинская ТЭЦ (ГСР ТЭЦ); 11 — ТЭЦ Генерирующей компании «Обуховоэнерго» (БТЭЦ-1); 12 — ТЭЦ ОАО «НПО ЦКТИ»; 13 — ГТ ТЭЦ завода «Балтика-Санкт-Петербург»; ЭС котельной «Приморская»; ЭС котельной «Парнас-4». | | |  | | Рис. 2. Карта-схема расположения ТЭС и ТЭЦ Ленинградской области |
1 — Киришская ГРЭС; 2 — Северная ТЭЦ (ТЭЦ-21); 3 — ТЭЦ ЗАО «Интерн. Пейпер»; 4 — ТЭЦ ООО «Пикалёвский глинозёмный завод»; 5 — Тихвинская ТЭЦ; 6 — ТЭЦ ООО «ПГ «Фосфорит»; 7 — ТЭЦ ООО «Сланцы»; 8 — ГП-ТЭЦ ООО «Петербургцемент»; 9 — ТЭС-2 ОАО «Сясьский ЦБК»; 10 — Всеволожская ГТ ТЭЦ; 11 — ТЭЦ Бокситогорского глинозёмного завода; 12 — ТЭЦ АО «Кнауф Петроборд»; 13 — ТЭС КСПГ «Портовая»; 14 — Волховская ТЭЦ.
Основной состав вредных выбросов. К основным загрязняющим веществам принято относить оксиды азота (NO и NO2), углерода (CO и CO2) и серы (SO2 и SO3). В случае использования в качестве топлива природного газа оксиды серы и летучая зола практически отсутствуют. Из продуктов неполного сгорания обычно выделяют оксид углерода (СО).
В соответствии с введёнными в действие Постановлением Главного государственного санитарного врача РФ от 30.05.2003 № 114 гигиеническими нормативами [15] регламентируются предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ некоторых вредных выбросов (табл. 1). Большинство химических веществ при их одновременном присутствии в атмосферном воздухе обладают суммацией воздействия. Необходимое условие безопасности суммарной концентрации записывается следующим образом:
где C1, C2, ... Cn, — фактические концентрации веществ в атмосферном воздухе;
ПДК1, ПДК2, ..., ПДКn — предельно допустимые концентрации тех же веществ.
Названия веществ в табл. 1 приведены в алфавитном порядке в соответствии с правилами Международного союза теоретической и прикладной химии, (International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC). Регистрационные номера соответствуют классификации Chemical Abstracts Service (CAS). Классы опасности — по ГОСТ 12.1.007–76 [16]:
1 класс — чрезвычайно опасные;
2 класс — высоко опасные;
3 класс — умеренно опасные;
4 класс — мало опасные.
Таблица 1
Предельно допустимые концентрации и классы опасности основных вредных веществ [15, 16]| Порядковый номер | Наименование вещества | Регистрационный номер CAS | Формула | Величина ПДК, мг/м3 | Класс опасности |
|---|
| максимальная разовая | cреднесуточная |
|---|
| 4 | Азота диоксид | 10102–44–0 | NO2 | 0,085 | 0,040 | 2 | | 6 | Азот (II) оксид | 10102–43–9 | NO | 0,040 | 0,660 | 3 | | 286 | Мазутная зола теплоэлектростанций (в пересчёте на ванадий) | | | – | 0,002 | 2 |
|---|
| 463 | Сера диоксид | 7446–09–5 | SO2 | 0,500 | 0,050 | 3 | | 521 | Углерод оксид | 630–08–0 | CO | 5,000 | 3,000 | 4 |
Общие потери энергии в окружающую среду могут достигать 50–70% химической энергии топлива, в зависимости от его вида, технологии сжигания топлива и технических характеристик устройств. Потоки тепловой энергии, характерные для выработки электричества и тепла представлены на рис.3. Приведенные значения распределения энергии отражают порядок величин и могут варьироваться в пределах ±(5–10)% в зависимости от реальных условий. | | |  | | Рис. 3. Распределение тепловой энергии выделенной при сгорании топлива: а) ТЭС, б) ТЭЦ |
Нормативы удельных выбросов определяются с использованием действующих нормативно-методических документов по нормированию и контролю выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от объектов теплоэнергетики [2–4].
Оценка удельных выбросов производится для условий работы котельной установки (котлоагрегата, водогрейного котла) при максимальном расходе сжигаемого топлива наихудшего качества (наименьшая теплота сгорания, наибольшие содержания мазутной золы, серы и т.д.) и максимальной нагрузке. За максимальную концентрацию загрязняющего вещества принимается наибольшая концентрация загрязняющего вещества при наихудших условиях работы оборудования при нормальных условиях. Единицей измерения концентрации обычно является мг/м3. Определение максимальных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу проводится согласно [7].
Типовая методика расчётной оценки вредных выбросов. В зависимости от мощности и производительности котельных установок разработаны различные методики количественного прогноза загрязняющих веществ. Ниже приводится краткое изложение общепринятой методики, предназначенной для расчета выбросов газообразных продуктов сгорания природного газа и мазута применительно к промышленным котельным установкам тепловой мощностью WKA до 20 Гкал·ч (производительностью pKA до 30 т/ч).
Как отмечалось выше, при сжигании газа в атмосферу выбрасываются диоксид азота и оксид углерода. При сжигании мазутов с дымовыми газами выбрасываются оксиды азота, углерода, серы и мазутная зола (в пересчете на соединения ванадия).
Валовые выбросы загрязняющих веществ зависят как от количества и вида топлива, так и от типа установки. Исходные данные о потреблении топливных ресурсов представляются в физических единицах (тыс. т, тыс. м3 и т.д.) или в унифицированных энергетических единицах — тоннах условного топлива (т у.т.). Для преобразования этих данных в энергетические единицы (в системе СИ — джоуль) используются значения низшей теплотворной способности топлива (калорийные эквиваленты), взятые с учетом свойств отечественных видов топлива.
1. Валовый выброс оксидов азота (NOx) в пересчете на диоксид азота (NO2), т/год:
KNO2 — параметр, характеризующий количество оксидов азота, образующихся на один ГДж тепла, кг/ГДж, для которого авторами рекомендована аппроксимационная зависимость в виде логарифмической функции от мощности котельной установки (рис. 4), дающая достоверную оценку (R2 = 0,9676) при 0 < WKA ≤ 20 Гкал·ч:
KNO2 = 0,01 ∙ ln(WKA) + 0,0852 ;
WKA — тепловая мощность, Гкал·ч;
B — коэффициент, зависящий от степени снижения выбросов оксидов азота в результате применения технических решений (при WKA ≤ 20 Гкал·ч принимается равным β = 0). |
Статья в pdf-формате. |
| |
|
|
