Рисунок 1 – Тепловой баланс Мироновской ТЭС
Автор: Кравченко В. С.
Источник: Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: сборник докладов ХII Международной конференции аспирантов и студентов / ДОННТУ, ДонНУ. – Донецк: ГОУ ВПО ДОННТУ
, 2018. – С. 178-181
Проанализированы экологические проблемы, связанные с поступлением в биосферу избыточного тепла от деятельности предприятий теплоэлектроэнергетики на примере СЕ Мироновская ТЭС
ОАО Донецкоблэнерго
, и предложены мероприятия по снижению теплового загрязнения биосферы.
Ключевые слова: ТЕПЛОЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА, ТЕПЛОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС, РЕГЕНЕРАЦИЯ ТЕПЛА.
The report analyzes the ways of receipt of thermal pollution from thermal power plants by the example of the CE "Mironovskaya TРР" OJSC "Donetskoblenergo" and proposed measures to reduce the thermal contamination of the biosphere.
Keywords: HEAT ELECTRIC POWER ENGINEERING, HEAT POLLUTION, THERMAL BALANCE, HEAT REGENERATION.
Электрическую энергию производят за счет использования энергии, скрытой в различных природных ресурсах. Это происходит в основном на тепловых (ТЭС) и атомных электростанциях (АЭС), работающих по тепловому циклу.
Тепловая электрическая станция (ТЭС) – сложная многокомпонентная система, состоящая из большого числа подсистем и агрегатов. На тепловых электростанциях имеются основные и обеспечивающие технологические процессы, производства с весьма высоким уровнем загрязнения окружающей среды.
Загрязнение атмосферного воздуха происходит при сжигании топлива на предприятиях теплоэнергетики. Выбросы ТЭС содержат пылевые частицы различного состава, оксиды серы, оксиды азота, фтористые соединения, оксиды металлов, газообразные продукты неполного сгорания топлива [1].
Наибольшее негативное воздействие теплового загрязнения оказывается на водные экосистемы со следующими негативными последствиями:
– повышение температуры воды часто усиливает восприимчивость организмов к токсическим веществам, которые присутствуют в загрязненной воде;
– температура может превысить критические значения для жизненно важных стадий и циклов водных организмов;
– высокая температура способствует видоизменению обычной флоры водорослей на менее желательную – сине-зеленные водоросли;
Влияние предприятий теплоэнергетики на литосферу заключается в загрязнении прилегающей территории, тепловом воздействии и изменении термического состояния грунтов, изменении радиоактивного фона территории, накоплении в почве соединений тяжелых металлов.
При проектировании и эксплуатации ТЭС некоторым агрегатам уделяется недостаточно внимания, их тепловые потери считаются естественными. К таким агрегатам и системам можно отнести турбогенераторы, трансформаторы ТЭС, систему смазки подшипников вала турбины и турбогенератора, систему непрерывной продувки котлов. Потери теплоты ряда рабочих сред, например, отработавшего пара турбин, традиционно считаются неизбежными из-за низкого потенциала теряемой теплоты, хотя наличие низкопотенциальных теплопотерь ведет к существенному понижению энергетической эффективности ТЭС.
Одним из типичных объектов теплоэлектроэнергетики, оказывающим негативное влияние на окружающую природную среду, является СЕ Мироновская ТЭС
ОАО Донецкоблэнерго
(Мироновская ТЭС), которая расположена в Донецкой области Украины на расстоянии 16 км от г. Дебальцево и в 28 км от г. Артемовска в пгт. Мироновский, на левом берегу р. Лугань. Установленная мощность Мироновской ТЭС – 160 МВт, в эксплуатации находится только 1 из 3 энергоблоков.
Одним из факторов взаимодействия предприятий теплоэнергетики с водной средой является потребление воды системами технического водоснабжения, в том числе, безвозвратное потребление воды. Основная часть расхода воды в этих системах идёт на охлаждение пара в паровых турбинах. В качестве пруда-охладителя Мироновской ТЭС используется Мироновское водохранилище.
Тепловой баланс Мироновской ТЭС (типичен для многих предприятий теплоэлектроэнергетики) приведен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Тепловой баланс Мироновской ТЭС
Потери тепла при работе котлоагрегатов происходят за счет удаления из топки шлака, температура которого составляет 1400-1600оС. При нагрузке турбогенераторов в его обмотках и стали выделяется теплота. Количество выделяемой теплоты зависит от электромагнитного КПД агрегата. На Мироновской ТЭС потери теплоты в турбогенераторах составляют 1,8 %.
Температура отработавшего пара на выходе из турбины лежит в диапазоне 35-40оС, что практически соответствует температуре конденсата после конденсатора. Отработавший пар конденсируют в конденсаторах путем отбора теплоты хладагентом. Основной поток теряемой теплоты – это скрытая теплота конденсации водяных паров, которая составляет 44,2 % от всей теплоты.
С учетом вышесказанного, одним из наиболее актуальных вопросов эксплуатации ТЭС является разработка технологий, позволяющих регенерировать (возвращать в цикл) теплоту низкого потенциала. Возможным представляется применение различных технологий регенерации низкотемпературных потоков тепла от агрегатов и рабочих сред Мироновской ТЭС: явной и скрытой теплоты отработавшего пара турбин; теплот обмоток турбогенераторов и трансформаторов; теплоты продувочной воды низкого давления, неиспарившейся в сепараторе непрерывной продувки; теплот масла смазки вала турбины и турбогенератора.
Одним из наиболее эффективных путей решения этой задачи является регенерация как явной, так и скрытой теплоты отработавшего пара турбин путем использования его теплоты для первичного подогрева воздуха, потребляемого котлами Мироновской ТЭС, перед подачей их в топку [2].
Подогрев воздуха с использованием теплоты отработавшего пара технически можно осуществить двумя способами: заменой водяного конденсатора на воздушный, который включен по охлаждающей среде в магистральный воздуховод дутьевого вентилятора котла или использованием градирни с принудительной циркуляцией воздуха
Технологическая схема процесса с регенерацией теплоты отработавшего пара турбины представлена на рисунке 2.
1 – котел; – горелка; 3 – турбина; 4 – конденсатор; 5 – воздухозаборное отверстие; 6 – воздухоотводящее отверстие; 7 – дутьевой вентилятор
Рисунок 2 – Схема процесса с регенерацией теплоты отработавшего пара турбины
В котел 1 через горелку 2 подают топливо и воздух, вырабатываемый в котле 1 пар направляют в турбину 3. Отработавший в турбине пар конденсируют в конденсаторе 4. Основной конденсат турбин через систему регенерации турбины возвращают в котел 1. В качестве охлаждающей среды конденсатора 4 используют атмосферный воздух, движение которого осуществляют за счет тяги дутьевого вентилятора котла, нагретый воздух подают в котел 1. Частично отработавший в турбине пар по трубопроводу отбора направляют внешним потребителям.
Технология позволяет использовать теплоту теплоисточника для предварительного подогрева дутьевого воздуха в низкотемпературном диапазоне, что позволяет повысить энергетическую эффективность электростанции путем снижения затрат пара на подогрев воздуха перед воздухоподогревателями, а также за счет снижения потерь теплоты отработавшего пара в окружающую среду.
1. Росляков, П. В. Методы защиты окружающей среды: Учебник для ВУЗов / П. В. Росляков. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 336 с.
2. Кубашов, С. Е. Регенерация низкопотенциальных потоков теплоты тепловых электрических станций: Дис. канд. техн. наук: 26.05.08: защищена 22.03.06 : утв. 15.07.06. – У., 2008. – 213 с.