Problemas ecológicos do uso do calor. Problemas ambientais associados ao desenvolvimento da energia
O impacto das usinas termelétricas no meio ambiente depende muito do tipo de combustível queimado (sólido e líquido).
Ao queimar combustível sólido cinzas volantes com partículas de combustível não queimado, anidridos sulfuroso e sulfúrico, óxidos de nitrogênio, uma certa quantidade de compostos de flúor, bem como produtos gasosos da combustão incompleta de combustível entram na atmosfera. As cinzas volantes em alguns casos contêm, além de componentes não tóxicos, mais impurezas nocivas. Assim, nas cinzas dos antracitos de Donetsk, o arsênico está contido em pequenas quantidades, e nas cinzas de Ekibastuz e alguns outros depósitos - dióxido de silício livre, nas cinzas de folhelhos e carvões da bacia de Kansk-Achinsk - óxido de cálcio livre.
Carvão - o combustível fóssil mais abundante em nosso planeta. Especialistas acreditam que suas reservas durarão 500 anos. Além disso, o carvão é distribuído de maneira mais uniforme em todo o mundo e é mais econômico que o petróleo. O combustível líquido sintético pode ser obtido do carvão. O método de obtenção de combustível pelo processamento de carvão é conhecido há muito tempo. No entanto, o custo de tais produtos era muito alto. O processo ocorre em alta pressão. Este combustível tem uma vantagem indiscutível - tem uma taxa de octanagem mais alta. Isso significa que será mais ecológico.
Turfa. O uso energético da turfa tem uma série de consequências negativas para meio Ambiente resultante da extração de turfa em em grande escala. Isso inclui, em particular, violação do regime de sistemas hídricos, mudanças na paisagem e cobertura do solo em locais de extração de turfa, deterioração da qualidade das fontes locais de água doce e poluição da bacia do ar e uma forte deterioração das condições de vida dos animais. Dificuldades ambientais significativas também surgem em conexão com a necessidade de transportar e armazenar turfa.
Ao queimar combustível líquido(óleo combustível) com gases de combustão o ar atmosférico recebe: anidridos sulfurosos e sulfúricos, óxidos de nitrogênio, compostos de vanádio, sais de sódio, bem como substâncias removidas da superfície das caldeiras durante a limpeza. Do ponto de vista ambiental, os combustíveis líquidos são mais “higiênicos”. Ao mesmo tempo, desaparece completamente o problema dos depósitos de cinzas, que ocupam grandes áreas, excluem seu uso útil e são fonte de poluição atmosférica constante na área da estação devido à remoção de parte das cinzas com os ventos. Em produtos de combustão tipos de líquidos o combustível está isento de cinzas volantes.
Gás natural. Quando o gás natural é queimado, os óxidos de nitrogênio são um poluente atmosférico significativo. No entanto, a emissão de óxidos de nitrogênio quando o gás natural é queimado em usinas termelétricas é, em média, 20% menor do que na queima de carvão. Isso se deve não às propriedades do próprio combustível, mas às peculiaridades dos processos de combustão. A proporção de excesso de ar para combustão de carvão é menor do que para combustão de gás natural. Assim, o gás natural é o tipo de combustível energético mais ecológico em termos de liberação de óxidos de nitrogênio durante a combustão.
O complexo impacto das usinas termelétricas na biosfera como um todo é ilustrado na Tabela. 1.
Assim, carvão, petróleo e derivados, gás natural e, menos comumente, madeira e turfa são usados como combustível em usinas termelétricas. Os principais componentes dos materiais combustíveis são carbono, hidrogênio e oxigênio, enxofre e nitrogênio estão contidos em quantidades menores, traços de metais e seus compostos (na maioria das vezes óxidos e sulfetos) também estão presentes.
Na indústria de energia térmica, uma fonte de emissões atmosféricas massivas e grandes lixo sólido são usinas termelétricas, empreendimentos e instalações de usinas a vapor, ou seja, quaisquer empreendimentos cujo trabalho esteja relacionado à combustão de combustível.
Juntamente com as emissões gasosas, a engenharia de energia térmica produz enormes massas de resíduos sólidos. Estes incluem cinzas e escórias.
Resíduos de usinas de preparação de carvão contêm 55-60% SiO 2 , 22-26% Al 2 O 3 , 5-12% Fe 2 O 3 , 0,5-1% CaO, 4-4,5% K 2 O e Na 2 O e até 5% C. Entram nos lixões, que produzem poeira, fumaça e pioram drasticamente o estado da atmosfera e territórios adjacentes.
A vida na Terra surgiu em uma atmosfera redutora e só muito mais tarde, após cerca de 2 bilhões de anos, a biosfera gradualmente transformou a atmosfera redutora em oxidante. Ao mesmo tempo, a matéria viva foi previamente removida da atmosfera várias substâncias, em particular, o dióxido de carbono, formando enormes depósitos de calcário e outros compostos carbonáceos. Agora nossa civilização tecnogênica gerou um poderoso fluxo de gases redutores, principalmente devido à queima de combustíveis fósseis para obter energia. Por 30 anos, de 1970 a 2000, cerca de 450 bilhões de barris de petróleo, 90 bilhões de toneladas de carvão, 11 trilhões. m 3 de gás (Tabela 2).
Emissões atmosféricas de uma usina de 1.000 MW/ano (toneladas)
A maior parte da emissão é ocupada pelo dióxido de carbono - cerca de 1 milhão de toneladas em termos de carbono 1 Mt. Com as águas residuais de uma central térmica, são removidas anualmente 66 toneladas de matéria orgânica, 82 toneladas de ácido sulfúrico, 26 toneladas de cloretos, 41 toneladas de fosfatos e quase 500 toneladas de partículas em suspensão. As cinzas das usinas de energia geralmente contêm concentrações elevadas de terras pesadas, raras e substâncias radioativas.
Uma usina movida a carvão requer 3,6 milhões de toneladas de carvão, 150 m 3 de água e cerca de 30 bilhões de m 3 de ar anualmente. Esses números não levam em consideração os distúrbios ambientais associados à extração e transporte de carvão.
Considerando que essa usina está operando ativamente há várias décadas, seu impacto pode ser comparado ao de um vulcão. Mas se este último geralmente joga fora os produtos do vulcanismo em grandes quantidades de cada vez, a usina faz isso o tempo todo. Por dezenas de milênios, a atividade vulcânica não foi capaz de afetar perceptivelmente a composição da atmosfera, e atividade econômica durante um período de 100-200 anos causou tais mudanças, principalmente devido à queima de combustíveis fósseis e emissões de gases de efeito estufa por ecossistemas destruídos e deformados.
A eficiência das usinas ainda é pequena e chega a 30-40%, o máximo de combustível é desperdiçado. A energia recebida é utilizada de uma forma ou de outra e acaba se transformando em energia térmica, ou seja, além da energia química, entra na biosfera poluição térmica.
A poluição e os resíduos das instalações de energia na forma de gás, fases líquidas e sólidas são distribuídos em dois fluxos: um causa mudanças globais e o outro causa mudanças regionais e locais. O mesmo ocorre em outros setores da economia, mas ainda assim a energia e a combustão de combustíveis fósseis continuam sendo uma das principais fontes de poluentes globais. Eles entram na atmosfera e, devido ao seu acúmulo, a concentração de pequenos componentes gasosos da atmosfera, incluindo gases de efeito estufa, muda. Na atmosfera, surgiram gases que antes estavam praticamente ausentes - os clorofluorcarbonos. Estes são poluentes globais que têm um alto efeito estufa e, ao mesmo tempo, participam da destruição da tela de ozônio estratosférico.
Assim, deve-se notar que, no estágio atual, as usinas termelétricas emitem cerca de 20% do total de todos os resíduos industriais perigosos para a atmosfera. Eles afetam significativamente o ambiente da área de sua localização e o estado da biosfera como um todo. As mais prejudiciais são as usinas de condensação que operam com combustíveis de baixa qualidade. Assim, ao queimar na estação por 1 hora 1.060 toneladas de carvão de Donetsk, 34,5 toneladas de escória são removidas dos fornos das caldeiras, 193,5 toneladas de cinzas são removidas dos depósitos de precipitadores eletrostáticos que limpam os gases em 99% e 10 milhões m 3 são emitidos para a atmosfera através de tubos de gases de combustão. Estes gases, para além dos resíduos de azoto e oxigénio, contêm 2350 toneladas de dióxido de carbono, 251 toneladas de vapor de água, 34 toneladas de dióxido de enxofre, 9,34 toneladas de óxidos de azoto (em termos de dióxido) e 2 toneladas de cinzas volantes não “capturadas” ” por precipitadores eletrostáticos.
Águas residuais Usinas termelétricas e bueiros de seus territórios, contaminados com resíduos de ciclos tecnológicos de usinas e contendo vanádio, níquel, flúor, fenóis e derivados de petróleo, quando lançados em corpos d'água, podem afetar a qualidade da água e dos organismos aquáticos. Mudar composição química de certas substâncias leva a uma violação das condições de habitat estabelecidas no reservatório e afeta a composição e abundância das espécies Organismos aquáticos e bactérias e, em última análise, podem levar a violações dos processos de autodepuração dos corpos d'água da poluição e à deterioração de suas condições sanitárias.
A chamada poluição térmica de corpos d'água com diversas violações de sua condição também é perigosa. As usinas termelétricas produzem energia por meio de turbinas acionadas por vapor aquecido. Durante a operação das turbinas, é necessário resfriar o vapor de exaustão com água, portanto, um fluxo de água sai continuamente da usina, geralmente aquecido a 8-12 ° C e descarregado no reservatório. Grandes usinas termelétricas precisam de grandes volumes de água. Eles descarregam 80-90 m 3 /s de água em um estado aquecido. Isso significa que um poderoso fluxo de água quente flui continuamente para o reservatório, aproximadamente na escala do rio Moscou.
A zona de aquecimento, formada na confluência de um "rio" quente, é uma espécie de trecho do reservatório, em que a temperatura é máxima no ponto do vertedouro e diminui com a distância dele. As zonas de aquecimento de grandes usinas termelétricas ocupam uma área de várias dezenas de quilômetros quadrados. No inverno, as polínias se formam na zona aquecida (nas latitudes norte e média). Durante os meses de verão, as temperaturas nas zonas aquecidas dependem da temperatura natural da água de entrada. Se a temperatura da água no reservatório for de 20 °C, na zona de aquecimento pode atingir 28-32 °C.
Como resultado do aumento das temperaturas no reservatório e da violação de seu regime hidrotérmico natural, os processos de “floração” da água são intensificados, a capacidade dos gases de se dissolver na água diminui, as propriedades físicas da água mudam, todos os produtos químicos e os processos biológicos que ocorrem nela são acelerados, etc. Na zona de aquecimento, a transparência da água diminui, o pH aumenta, a taxa de decomposição de substâncias facilmente oxidáveis aumenta. A taxa de fotossíntese em tal água é marcadamente reduzida.
Uma máquina térmica é um dispositivo capaz de converter a quantidade de calor recebida em trabalho mecânico. O trabalho mecânico em motores térmicos é realizado no processo de expansão de uma determinada substância, chamada de fluido de trabalho. Como fluido de trabalho, geralmente são usadas substâncias gasosas (vapores de gasolina, ar, vapor de água). O corpo trabalhador recebe (ou dá) energia térmica no processo de troca de calor com corpos com grande suprimento de energia interna.
CRISE AMBIENTAL, rompimento das relações dentro de um ecossistema ou fenômenos irreversíveis na biosfera causados por atividades antropogênicas e ameaçando a existência do homem como espécie. De acordo com o grau de ameaça vida natural humanos e o desenvolvimento da sociedade destacam situação ecológica desfavorável, desastre ecológico e catástrofe ecológica
Poluição por motores térmicos:
1. Químico.
2. Radioativo.
3. Térmica.
Eficiência de motores térmicos< 40%, в следствии чего больше 60% теплоты двигатель отдаёт холодильнику.
Quando o combustível é queimado, o oxigênio da atmosfera é usado, como resultado do qual o teor de oxigênio no ar diminui gradualmente.
A combustão do combustível é acompanhada pela liberação de dióxido de carbono, nitrogênio, enxofre e outros compostos na atmosfera.
Medidas de Prevenção da Poluição:
1. Diminuir emissões nocivas.
2.Controle de gases de escape, modificação do filtro.
3. Comparação de eficiência e respeito ao meio ambiente vários tipos combustível, transferência de transporte para combustível de gás.
As principais emissões tóxicas dos veículos incluem: gases de escapamento, gases do cárter e fumaça de combustível. Os gases de escapamento emitidos pelo motor contêm monóxido de carbono, hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio, benzapireno, aldeídos e fuligem. Em média, com um carro rodando 15 mil km por ano, ele queima mais de 2 toneladas de combustível e consome cerca de 30 toneladas de ar . Ao mesmo tempo, cerca de 700 kg de monóxido de carbono (CO), 400 kg de dióxido de nitrogênio, 230 kg de hidrocarbonetos e outros poluentes são lançados na atmosfera, cujo número total é superior a 200 itens. Todos os anos, cerca de 1 milhão de toneladas de poluentes são lançados no ar atmosférico com gases de escape de fontes móveis.
Algumas dessas substâncias, como metais pesados e certos compostos organoclorados, poluentes orgânicos persistentes se acumulam em ambiente natural e representam uma séria ameaça ao meio ambiente e à saúde humana. Mantendo o actual ritmo de crescimento do parque de estacionamento, prevê-se que até 2015 o volume de emissões de poluentes para a atmosfera aumente para 10% ou mais.
Um carro elétrico poderia resolver radicalmente o problema da poluição do ar pelos transportes. Hoje, as locomotivas elétricas são mais amplamente utilizadas no transporte ferroviário.
2. Do ponto de vista ambiental, o hidrogênio é o melhor combustível para carros, que, além disso, é o mais calorífico
3. Estão sendo feitas tentativas de criar motores usando como combustível ar, álcool, biocombustível, etc.. Mas, infelizmente, até agora todos esses motores podem ser chamados de amostras experimentais. Mas a ciência não pára, esperemos que o processo de criação de um carro ecológico não esteja longe
Causas da poluição do ar por gases de escape
carros.
A principal causa da poluição do ar é a combustão incompleta e desigual do combustível. Apenas 15% é gasto na movimentação do carro e 85% "voa contra o vento". Além disso, as câmaras de combustão de um motor de automóvel são uma espécie de reator químico que sintetiza substâncias tóxicas e as libera na atmosfera. Mesmo o nitrogênio inocente da atmosfera, entrando na câmara de combustão, se transforma em óxidos de nitrogênio tóxicos.
Na exaustão do motor combustão interna(ICE) contém mais de 170 componentes nocivos, dos quais cerca de 160 são derivados de hidrocarbonetos, que se devem diretamente à combustão incompleta do combustível no motor. Presença nos gases de escape Substâncias nocivas determinada pelo tipo e condições de combustão do combustível.
Gases de escape, produtos de desgaste de peças mecânicas e pneus de veículos, bem como pavimento representam cerca de metade das emissões atmosféricas de origem antropogénica. As mais estudadas são as emissões do motor e do cárter de um carro. A composição dessas emissões, além de nitrogênio, oxigênio, dióxido de carbono e água, inclui componentes nocivos como o óxido. Movendo-se a uma velocidade de 80-90 km / h em média, um carro converte tanto oxigênio em dióxido de carbono quanto 300-350 pessoas. Mas não é apenas dióxido de carbono. A exaustão anual de um carro é de 800 kg de monóxido de carbono, 40 kg de óxidos de nitrogênio e mais de 200 kg de vários hidrocarbonetos. Neste conjunto, o monóxido de carbono é muito insidioso. Devido à sua alta toxicidade, sua concentração permitida em ar atmosférico não deve exceder 1 mg/m3. Há casos de mortes trágicas de pessoas que ligaram os motores dos carros com as portas da garagem fechadas. Em uma garagem de um único assento, uma concentração letal de monóxido de carbono ocorre dentro de 2 a 3 minutos após o motor de partida ser ligado. Na estação fria, parando à noite na beira da estrada, motoristas inexperientes às vezes ligam o motor para aquecer o carro. Devido à penetração de monóxido de carbono na cabine, essa pernoite pode ser a última.
Os óxidos de nitrogênio são tóxicos para os seres humanos e, além disso, têm um efeito irritante. Um componente particularmente perigoso dos gases de escape são os hidrocarbonetos cancerígenos, encontrados principalmente nos cruzamentos dos semáforos (até 6,4 µg/100 m3, o que é 3 vezes mais do que no meio do trimestre).
Ao usar gasolina com chumbo, o motor do carro libera compostos de chumbo. O chumbo é perigoso porque pode se acumular tanto no ambiente externo quanto no corpo humano.
O nível de contaminação por gás nas rodovias e nos principais territórios depende da intensidade do tráfego de carros, da largura e topografia da rua, da velocidade do vento, da participação de caminhões e ônibus no fluxo total e de outros fatores. Com uma intensidade de tráfego de 500 veículos por hora, a concentração de monóxido de carbono em uma área aberta a uma distância de 30 a 40 m da rodovia diminui 3 vezes e atinge a norma. Dificuldade em dispersar as emissões dos carros em ruas apertadas. Como resultado, quase todos os moradores da cidade sofrem os efeitos nocivos do ar poluído.
Dos compostos metálicos que compõem as emissões sólidas dos veículos, os mais estudados são os compostos de chumbo. Isso se deve ao fato de que os compostos de chumbo, que entram no corpo humano e nos animais de sangue quente com água, ar e comida, têm o efeito mais prejudicial sobre ele. Até 50% da ingestão diária de chumbo no corpo cai no ar, em que uma proporção significativa são os gases de escape dos carros.
A liberação de hidrocarbonetos no ar atmosférico ocorre não apenas durante a operação dos carros, mas também durante o derramamento de gasolina. Segundo pesquisadores americanos em Los Angeles, cerca de 350 toneladas de gasolina evaporam no ar por dia. E não é tanto o carro o culpado por isso, mas a própria pessoa. Derramaram um pouco ao colocar gasolina no tanque, esqueceram de fechar bem a tampa durante o transporte, respingaram no chão ao reabastecer em um posto de gasolina e vários hidrocarbonetos foram lançados no ar.
Todo motorista sabe: é quase impossível despejar toda a gasolina da mangueira no tanque, parte dela do cano da “pistola” necessariamente espirra no chão. Um pouco. Mas quantos carros temos hoje? E a cada ano seu número aumentará, o que significa que a fumaça nociva na atmosfera também aumentará. Apenas 300 g de gasolina derramada no reabastecimento de um carro polui 200.000 metros cúbicos de ar. A maneira mais fácil de resolver o problema é criar um novo design de máquinas de envase que não permita que uma única gota de gasolina caia no chão.
Conclusão
Pode-se dizer sem exagero que os motores térmicos são atualmente os principais conversores de combustível em outros tipos de energia, e sem eles o progresso no desenvolvimento da civilização moderna seria impossível. No entanto, todos os tipos de motores térmicos são fontes de poluição ambiental. (Kostryukov Denis)
21. Problemas ambientais energia e maneiras de resolvê-los.
Atualmente, as necessidades de energia são atendidas principalmente por três tipos de recursos energéticos: combustível orgânico, água e núcleo atômico. A energia da água e a energia atômica são utilizadas pelo homem após transformá-la em energia elétrica. Ao mesmo tempo, uma quantidade significativa de energia contida no combustível orgânico é utilizada na forma de calor, e apenas parte dela é convertida em eletricidade. Porém, em ambos os casos, a liberação de energia do combustível orgânico está associada à sua combustão e, consequentemente, à liberação dos produtos da combustão no meio ambiente.
Problemas ambientais da engenharia de energia térmica
O impacto das usinas termelétricas no meio ambiente depende muito do tipo de combustível queimado.
combustível sólido. Quando os combustíveis sólidos são queimados, cinzas volantes com partículas de combustível não queimado, anidridos sulfurosos e sulfúricos, óxidos de nitrogênio, uma certa quantidade de compostos de flúor e também produtos gasosos da combustão incompleta de combustível entram na atmosfera. As cinzas volantes em alguns casos contêm, além de componentes não tóxicos, mais impurezas nocivas. Assim, nas cinzas dos antracitos de Donetsk, o arsênico está contido em pequenas quantidades, e nas cinzas de Ekibastuz e alguns outros depósitos - dióxido de silício livre, nas cinzas de folhelhos e carvões da bacia de Kansk-Achinsk - óxido de cálcio livre. Combustíveis sólidos incluem carvão e turfa.
Combustível líquido. Ao queimar combustível líquido (óleo combustível) com gases de combustão, dióxido de enxofre e anidrido sulfúrico, óxidos de nitrogênio, compostos de vanádio, sais de sódio, bem como substâncias removidas da superfície das caldeiras durante a limpeza, entram no ar atmosférico. Do ponto de vista ambiental, os combustíveis líquidos são mais “higiênicos”. Ao mesmo tempo, desaparece completamente o problema dos depósitos de cinzas, que ocupam grandes áreas, excluem seu uso útil e são fonte de poluição atmosférica constante na área da estação devido à remoção de parte das cinzas com os ventos. Não há cinzas volantes nos produtos de combustão de combustíveis líquidos. Os combustíveis líquidos incluem o gás natural (???).
As usinas termelétricas usam carvão, petróleo e derivados, gás natural e, menos comumente, madeira e turfa como combustível. Os principais componentes dos materiais combustíveis são carbono, hidrogênio e oxigênio, enxofre e nitrogênio estão contidos em quantidades menores, traços de metais e seus compostos (na maioria das vezes óxidos e sulfetos) também estão presentes.
Na indústria de energia térmica, a fonte de emissões atmosféricas maciças e resíduos sólidos de grande tonelagem são usinas termelétricas, empreendimentos e instalações de usinas a vapor, ou seja, quaisquer empreendimentos cujo trabalho esteja associado à combustão de combustível.
Juntamente com as emissões gasosas, a engenharia de energia térmica produz enormes massas de resíduos sólidos; estes incluem cinzas e escória.
Os resíduos das usinas de preparação de carvão contêm 55-60% de SiO2, 22-26% de Al2O3, 5-12% de Fe2O3, 0,5-1% de CaO, 4-4,5% de K2O e Na2O e até 5% de C. Eles entram nos lixões, que produzem poeira, fumaça e pioram drasticamente o estado da atmosfera e territórios adjacentes.
Uma usina de energia movida a carvão requer 3,6 milhões de toneladas de carvão, 150 m3 de água e cerca de 30 bilhões de m3 de ar anualmente. Esses números não levam em consideração os distúrbios ambientais associados à extração e transporte de carvão.
Considerando que essa usina está operando ativamente há várias décadas, seu impacto pode ser comparado ao de um vulcão. Mas se este último geralmente joga fora os produtos do vulcanismo em grandes quantidades de cada vez, a usina faz isso o tempo todo.
A poluição e o desperdício de instalações energéticas na forma de gás, fases líquidas e sólidas são distribuídos em dois fluxos: um causa mudanças globais e o outro - regional e local. O mesmo ocorre em outros setores da economia, mas ainda assim a energia e a combustão de combustíveis fósseis continuam sendo uma das principais fontes de poluentes globais. Eles entram na atmosfera e, devido ao seu acúmulo, a concentração de pequenos componentes gasosos da atmosfera, incluindo gases de efeito estufa, muda. Na atmosfera, surgiram gases que antes estavam praticamente ausentes - os clorofluorcarbonos. Estes são poluentes globais que têm um alto efeito estufa e, ao mesmo tempo, participam da destruição da tela de ozônio estratosférico.
Assim, deve-se notar que, no estágio atual, as usinas termelétricas emitem cerca de 20% do total de todos os resíduos industriais perigosos para a atmosfera. Eles afetam significativamente o ambiente da área de sua localização e o estado da biosfera como um todo. As mais prejudiciais são as usinas de condensação que operam com combustíveis de baixa qualidade.
Águas residuais de usinas termelétricas e águas pluviais de seus territórios, contaminadas com resíduos de ciclos tecnológicos de usinas e contendo vanádio, níquel, flúor, fenóis e derivados de petróleo, quando lançadas em corpos d'água, podem afetar a qualidade da água e dos organismos aquáticos. Uma mudança na composição química de certas substâncias leva a uma violação das condições de habitat estabelecidas no reservatório e afeta a composição de espécies e a abundância de organismos aquáticos e bactérias e, em última análise, pode levar a violações dos processos de autodepuração de corpos d'água da poluição e à deterioração do seu estado sanitário.
A chamada poluição térmica de corpos d'água com diversas violações de sua condição também é perigosa. As usinas termelétricas produzem energia por meio de turbinas acionadas por vapor aquecido. Durante a operação das turbinas, é necessário resfriar o vapor de exaustão com água, portanto, um fluxo de água sai continuamente da usina, geralmente aquecido a 8-12 ° C e descarregado no reservatório. Grandes usinas termelétricas precisam de grandes volumes de água. Eles descarregam 80-90 m3/s de água em um estado aquecido. Isso significa que um poderoso fluxo de água quente flui continuamente para o reservatório, aproximadamente na escala do rio Moscou.
A zona de aquecimento, formada na confluência de um "rio" quente, é uma espécie de trecho do reservatório, em que a temperatura é máxima no ponto do vertedouro e diminui com a distância dele. As zonas de aquecimento de grandes usinas termelétricas ocupam uma área de várias dezenas de quilômetros quadrados. No inverno, as polínias se formam na zona aquecida (nas latitudes norte e média). Durante os meses de verão, as temperaturas nas zonas aquecidas dependem da temperatura natural da água de entrada. Se a temperatura da água no reservatório for de 20 °C, na zona de aquecimento pode atingir 28-32 °C.
Como resultado do aumento das temperaturas no reservatório e da violação de seu regime hidrotérmico natural, os processos de “floração” da água são intensificados, a capacidade dos gases de se dissolver na água diminui, as propriedades físicas da água mudam, todos os produtos químicos e os processos biológicos que ocorrem nela são acelerados, etc. Na zona de aquecimento, a transparência da água diminui, o pH aumenta, a taxa de decomposição de substâncias facilmente oxidáveis aumenta. A taxa de fotossíntese em tal água é marcadamente reduzida.
Problemas ambientais da hidrelétrica
Apesar do relativo baixo custo da energia obtida a partir de recursos hídricos, sua participação no balanço energético vem diminuindo gradativamente. Isso se deve tanto ao esgotamento dos recursos mais baratos quanto à grande capacidade territorial dos reservatórios de várzea. Acredita-se que, no futuro, a produção mundial de energia hidrelétrica não ultrapasse 5% do total.
Uma das razões mais importantes para a diminuição da parcela de energia recebida nas UHEs é o forte impacto de todas as etapas de construção e operação de usinas hidrelétricas no meio ambiente.
De acordo com vários estudos, um dos impactos mais importantes da energia hidrelétrica no meio ambiente é a alienação de grandes áreas de terras férteis (várzeas) para reservatórios. Na Rússia, onde não mais de 20% dos energia elétrica, pelo menos 6 milhões de hectares de terra foram inundados durante a construção da hidrelétrica. Ecossistemas naturais foram destruídos em seu lugar.
Áreas significativas de terra perto de reservatórios estão sofrendo inundações como resultado do aumento dos níveis das águas subterrâneas. Essas terras, via de regra, entram na categoria de zonas úmidas. Em condições planas, as terras inundadas podem ter 10% ou mais da área inundada. A destruição das terras e dos seus ecossistemas ocorre também em consequência da sua destruição pela água (abrasão) durante a formação da linha de costa. Os processos de abrasão costumam durar décadas, resultando no processamento de grandes massas de solo, poluição das águas e assoreamento de reservatórios. Assim, a construção de reservatórios está associada a uma violação acentuada do regime hidrológico dos rios, seus ecossistemas e a composição das espécies de hidrobiontes.
Nos reservatórios, o aquecimento das águas aumenta acentuadamente, o que intensifica a perda de oxigênio e outros processos causados pela poluição térmica. Este último, juntamente com o acúmulo de substâncias biogênicas, cria condições para o crescimento excessivo de corpos d'água e o desenvolvimento intensivo de algas, inclusive venenosas verde-azuladas. Por estas razões, bem como pela lenta renovação das águas, a sua capacidade de auto-purificação é fortemente reduzida.
A deterioração da qualidade da água leva à morte de muitos de seus habitantes. A incidência de estoques de peixes está aumentando, especialmente a suscetibilidade a helmintos. As qualidades gustativas dos habitantes do ambiente aquático são reduzidas.
As rotas de migração de peixes estão sendo interrompidas, áreas de forragem, áreas de desova, etc.
Em última análise, os sistemas fluviais bloqueados por reservatórios passam de sistemas de trânsito para sistemas de acumulação de trânsito. Além de substâncias biogênicas, acumulam-se aqui metais pesados, elementos radioativos e muitos pesticidas com longa vida útil. Os produtos de acumulação dificultam a utilização dos territórios ocupados pelos reservatórios após a sua liquidação.
Os reservatórios têm um impacto significativo nos processos atmosféricos. Por exemplo, em regiões áridas (áridas), a evaporação da superfície dos reservatórios excede a evaporação de uma superfície terrestre igual em dezenas de vezes.
Uma diminuição na temperatura do ar e um aumento nos fenômenos de neblina estão associados ao aumento da evaporação. A diferença entre os balanços térmicos dos reservatórios e do terreno adjacente determina a formação de ventos locais como as brisas. Estes, assim como outros fenómenos, resultam numa alteração dos ecossistemas (nem sempre positiva), numa alteração do clima. Em alguns casos, na área de reservatórios, é necessário mudar o rumo da agricultura. Por exemplo, nas regiões do sul do nosso país, algumas culturas que gostam de calor (melões) não têm tempo para amadurecer, a incidência de plantas aumenta e a qualidade dos produtos piora.
Os custos de construção hidráulica para o meio ambiente são visivelmente menores em regiões montanhosas, onde os reservatórios geralmente são pequenos em área. No entanto, em áreas montanhosas sísmicas, os reservatórios podem provocar terremotos. A probabilidade de deslizamentos de terra e a probabilidade de desastres como resultado da possível destruição de barragens está aumentando.
Pelas especificidades da tecnologia de aproveitamento da energia hídrica, as hidrelétricas transformam processos naturais por períodos muito longos. Por exemplo, um reservatório de uma usina hidrelétrica (ou um sistema de reservatórios no caso de uma cascata de uma hidrelétrica) pode existir por dezenas e centenas de anos, enquanto no lugar de um curso de água natural surge um objeto feito pelo homem com regulação artificial de processos naturais - um sistema natural-técnico (NTS).
Considerando o impacto das UHEs no meio ambiente, deve-se observar ainda a função de salvar vidas das UHEs. Assim, a geração de cada bilhão de kWh de eletricidade em UHEs em vez de UTEs leva a uma diminuição da mortalidade em 100-226 pessoas por ano.
Problemas da energia nuclear
A energia nuclear pode ser considerada atualmente como a mais promissora. Isso se deve tanto aos estoques relativamente grandes de combustível nuclear quanto ao impacto suave no meio ambiente. As vantagens também incluem a possibilidade de construir uma usina nuclear sem estar atrelada a depósitos de recursos, já que seu transporte não exige custos significativos devido aos pequenos volumes. Basta dizer que 0,5 kg de combustível nuclear permite obter tanta energia quanto queimar 1.000 toneladas de carvão.
Muitos anos de experiência na operação de usinas nucleares em todos os países mostram que elas não têm um impacto significativo no meio ambiente. Em 1998, o tempo médio de operação da NPP era de 20 anos. A confiabilidade, segurança e eficiência econômica das usinas nucleares baseiam-se não apenas na regulamentação estrita do processo de operação das usinas nucleares, mas também na redução ao mínimo absoluto do impacto das usinas nucleares no meio ambiente.
Durante a operação normal das usinas nucleares, as liberações de elementos radioativos no meio ambiente são extremamente insignificantes. Em média, são 2 a 4 vezes menores que as usinas termelétricas da mesma capacidade.
Antes do desastre de Chernobyl em nosso país, nenhuma indústria tinha um nível menor de acidentes industriais do que as usinas nucleares. 30 anos antes da tragédia, 17 pessoas morreram em acidentes, e mesmo assim não por motivos de radiação. A partir de 1986, o principal perigo ambiental das usinas nucleares passou a ser associado à possibilidade de um acidente. Embora sua probabilidade em usinas nucleares modernas seja baixa, ela não está excluída.
Até recentemente, os principais problemas ambientais das usinas nucleares estavam associados ao descarte de combustível irradiado, bem como à liquidação das próprias usinas nucleares após o término de sua vida operacional permitida. Há evidências de que o custo dessas obras de liquidação é de 1/6 a 1/3 do custo das próprias NPPs. Em geral, podem ser citados os seguintes impactos das usinas hidrelétricas no meio ambiente: 1 - destruição de ecossistemas e seus elementos (solos, solos, estruturas hidrográficas, etc.) em locais de mineração de minério (especialmente a céu aberto); 2 - retirada de terrenos para construção de usinas nucleares próprias; 3 - retirada de volumes significativos de água de várias fontes e descarga de água aquecida; 4 - a contaminação radioativa da atmosfera, águas e solos durante a extração e transporte de matérias-primas, bem como durante a operação de usinas nucleares, armazenamento e processamento de resíduos, não sendo descartada sua disposição.
Sem dúvida, em um futuro próximo, a energia térmica permanecerá dominante no balanço energético do mundo e de cada país. Existe uma grande probabilidade de aumento da participação do carvão e de outros tipos de combustíveis menos limpos na produção de energia. Algumas formas e métodos de seu uso podem reduzir significativamente o impacto negativo no meio ambiente. Esses métodos são baseados principalmente no aprimoramento das tecnologias de preparação de combustível e na captura de resíduos perigosos. Entre eles:
1. Uso e melhoria dos dispositivos de limpeza.
2. Reduzir a entrada de compostos de enxofre na atmosfera através da dessulfuração preliminar (dessulfurização) de carvão e outros combustíveis (petróleo, gás, xisto betuminoso) por métodos químicos ou físicos.
3. Grandes e reais oportunidades para reduzir ou estabilizar o fluxo de poluição no meio ambiente estão associadas à economia de energia.
4. Não menos significativas são as possibilidades de economia de energia na vida cotidiana e no trabalho, melhorando as propriedades isolantes dos edifícios. É extremamente desperdício usar energia elétrica para produzir calor. Portanto, a combustão direta de combustível para produzir calor, especialmente gás, é muito mais eficiente do que transformá-lo em eletricidade e depois novamente em calor.
5. A eficiência do combustível também é visivelmente aumentada quando ele é usado no lugar de uma usina termelétrica em uma usina termelétrica. + Uso de energia alternativa
6. Uso de fontes alternativas de energia sempre que possível.
Entre outros perigos sociais, um dos primeiros lugares é ocupado pelos associados ao uso de motores térmicos.
O que são motores térmicos para nós
Todos os dias lidamos com os motores que movem carros, navios, máquinas industriais, locomotivas ferroviárias e aeronaves. Foi o surgimento e uso generalizado de motores térmicos que avançou rapidamente na indústria.
O problema ambiental do uso de motores térmicos é que as emissões de energia térmica inevitavelmente levam ao aquecimento dos objetos circundantes, incluindo a atmosfera. Os cientistas há muito lutam com o problema do aumento do nível do oceano mundial, considerando o principal fator que influencia a atividade humana. As mudanças na natureza levarão a uma mudança nas condições de nossa vida, mas, apesar disso, o consumo de energia aumenta a cada ano.
Onde são usados os motores térmicos?
Milhões de veículos movidos a motores de combustão interna estão envolvidos no transporte de passageiros e mercadorias. Poderosas locomotivas a diesel percorrem as ferrovias, navios a motor percorrem as trajetórias da água. Aviões e helicópteros são equipados com motores a pistão, turbojato e turboélice. Motores de foguete "empurram" espaço estações, navios e satélites da Terra. Os motores de combustão interna na agricultura são instalados em colheitadeiras, estações de bombeamento, tratores e outros objetos.
Problema ecológico do uso de motores térmicos
Máquinas usadas pelo homem, motores térmicos, produção de automóveis, uso de sistemas de propulsão de turbinas a gás, aviação e porta-foguetes, poluição do ambiente aquático por navios - tudo isso tem um efeito catastroficamente destrutivo no meio ambiente.
Em primeiro lugar, quando o carvão e o petróleo são queimados, compostos de nitrogênio e enxofre são liberados na atmosfera, que são prejudiciais aos seres humanos. Em segundo lugar, os processos utilizam oxigênio atmosférico, cujo teor no ar diminui por causa disso.
As emissões atmosféricas não são o único fator no impacto dos motores térmicos na natureza. A produção de energia mecânica e elétrica não pode ser realizada sem que quantidades significativas de calor sejam removidas para o ambiente, o que não pode deixar de levar ao aumento da temperatura média no planeta.
É agravado pelo fato de que as substâncias em combustão aumentam a concentração de dióxido de carbono na atmosfera. Isso, por sua vez, leva ao surgimento do "efeito estufa". O aquecimento global está se tornando um perigo real.
O problema ambiental do uso de motores térmicos é que a combustão do combustível não pode ser completa, e isso leva à liberação de cinzas e flocos de fuligem no ar que respiramos. Segundo as estatísticas, as usinas de energia em todo o mundo liberam anualmente no ar mais de 200 milhões de toneladas de cinzas e mais de 60 milhões de toneladas de óxido de enxofre.
Todos os países civilizados estão tentando resolver os problemas ambientais associados ao uso de motores térmicos. As mais recentes tecnologias de economia de energia estão sendo introduzidas para melhorar os motores térmicos. Como resultado, o consumo de energia para a produção do mesmo produto é significativamente reduzido, diminuindo o efeito nocivo ao meio ambiente.
Usinas termelétricas, motores de combustão interna de automóveis e outras máquinas são descarregados em grandes quantidades na atmosfera e depois no solo, prejudiciais a todos os resíduos vivos, por exemplo, cloro, compostos de enxofre (durante a combustão do carvão), monóxido de carbono CO, óxidos de nitrogênio, etc. Os motores dos carros liberam cerca de três toneladas de chumbo na atmosfera todos os anos.
Nas usinas nucleares, outro problema ambiental no uso de motores térmicos é a segurança e o descarte de rejeitos radioativos.
Devido ao consumo de energia incrivelmente alto, algumas regiões perderam a capacidade de autopurificar seu próprio espaço aéreo. A operação de usinas nucleares ajudou a reduzir significativamente as emissões nocivas, mas a operação requer grandes quantidades de água e grande espaço sob as lagoas para resfriar o vapor de exaustão.
Soluções
Infelizmente, a humanidade não consegue abandonar o uso de motores térmicos. Onde é a saída? Para consumir uma ordem de grandeza a menos de combustível, ou seja, reduzir o consumo de energia, é necessário aumentar a eficiência do motor para realizar o mesmo trabalho. A luta contra as consequências negativas do uso de motores térmicos é apenas aumentar a eficiência do uso de energia e mudar para tecnologias de economia de energia.
Em geral, seria errado dizer que o problema ambiental global do uso de motores térmicos não está sendo resolvido. Um número crescente de locomotivas elétricas está substituindo os trens convencionais; carros a bateria estão se tornando populares; tecnologias de economia de energia são introduzidas na indústria. Há esperança de que aeronaves e motores de foguete ecologicamente corretos apareçam. Muitos governos estão implementando programas internacionais para a proteção do meio ambiente, dirigido contra a poluição da Terra.
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Instituição Educacional Orçamentária do Estado de Ensino Superior Profissional
"Saratov State Technical University nomeado após Yu.A. Gagarin"
Colégio Pedagógico Profissional.
Resumo sobre o tema: "Problemas ecológicos associados ao uso de motores térmicos"
Trabalho concluído
aluno do grupo ZChS-912
Petrova Olesya
Introdução
5. Proteção ambiental contra emissões térmicas
Conclusão
liberar combustível da atmosfera térmica
Introdução
Existe uma relação inextricável e interdependência das condições para garantir o consumo de calor e energia e a poluição ambiental. A interação desses dois fatores da vida e do desenvolvimento humano forças de produção atrai atenção gradual para o problema da interação entre a engenharia de energia térmica e o meio ambiente.
Numa fase inicial do desenvolvimento da engenharia termelétrica, a principal manifestação dessa atenção foi a busca no ambiente por recursos necessários para garantir o consumo de calor e energia e o fornecimento estável de calor e energia para empreendimentos e edifícios residenciais. No futuro, os limites do problema cobriram as possibilidades de um uso mais completo recursos naturais descobrindo e racionalizando processos e tecnologias, extraindo e enriquecendo, processando e queimando combustível, bem como melhorando as usinas termelétricas.
Com o crescimento das capacidades unitárias das unidades, centrais térmicas e sistemas termoelétricos, níveis específicos e totais de consumo de calor e energia, surgiu a tarefa de limitar as emissões poluentes para a bacia aérea, bem como utilizar mais plenamente a sua capacidade dissipativa natural.
No estágio atual, o problema da interação entre a engenharia termelétrica e o meio ambiente adquiriu novos contornos, espalhando sua influência sobre os vastos volumes da atmosfera terrestre.
Escalas ainda mais significativas de desenvolvimento de calor e consumo de energia no futuro previsível predeterminam o crescimento intensivo de vários impactos na atmosfera.
Aspectos fundamentalmente novos do problema da interação entre a engenharia de energia térmica e o meio ambiente surgiram em conexão com o desenvolvimento da engenharia de energia térmica nuclear.
O lado mais importante do problema de interação entre a engenharia de energia térmica e o meio ambiente nas novas condições é a influência reversa cada vez maior, o papel determinante das condições ambientais na solução de problemas práticos de engenharia de energia térmica (seleção do tipo de energia térmica fábricas, localização dos empreendimentos, escolha das capacidades das unidades Equipamento de energia e muito mais).
1. características gerais indústria termelétrica e suas emissões
A engenharia de energia térmica é um dos principais componentes da indústria de energia e inclui o processo de produção de energia térmica, transporte, considera as principais condições para produção de energia e efeitos colaterais indústrias sobre o meio ambiente, o corpo humano e os animais.
Como Yu.V. Novikov, em termos de emissões totais de substâncias nocivas na atmosfera, a engenharia de energia térmica ocupa o primeiro lugar entre as indústrias.
Se uma caldeira a vapor é o “coração” de uma usina, a água e o vapor são seu “sangue”. Eles circulam dentro das usinas, girando as pás das turbinas. Portanto, esse "sangue" tornou-se supercrítico aumentando sua temperatura e pressão várias vezes. Graças a isso, a eficiência das usinas aumentou significativamente. Tal condições extremas metais comuns não poderiam sobreviver. Era necessário criar os chamados materiais estruturais fundamentalmente novos para temperaturas supercríticas.
A maior parte da eletricidade é gerada no mundo em usinas térmicas e nucleares, onde o vapor d'água serve como fluido de trabalho. A transição para os seus parâmetros supercríticos (temperatura e pressão) permitiu aumentar a eficiência de 25 para 40%, o que proporcionou uma enorme poupança nos recursos energéticos primários - petróleo, carvão, gás - e em pouco tempo aumentou consideravelmente o fornecimento de energia do nosso país. Isso se tornou real em grande parte devido à pesquisa fundamental de A.E. Propriedades termofísicas de Sheindlin do vapor d'água em estados supercríticos. Paralelamente, muitos cientistas do mundo se desenvolveram nessa direção, mas a indústria energética nacional conseguiu encontrar uma solução. Ele desenvolveu métodos e configurações experimentais que não tinham análogos no mundo. Os resultados dos cálculos de A.E. Sheindlin tornou-se a base para a construção de usinas de energia em muitos países. Em 1961, Sheindlin criou o Instituto de Altas Temperaturas, que se tornou um dos principais centros científicos da Academia Russa de Ciências.
O Comitê Internacional para o Prêmio Global de Energia selecionou três laureados. O fundo de bônus de 2004 de $ 900.000 foi dividido entre eles. O prêmio "Pelo desenvolvimento de fundamentos físicos e técnicos e pela criação de reatores rápidos de energia de nêutrons" foi concedido ao acadêmico da Academia Russa de Ciências Fedor Nitenkov e ao professor Leonard J. Koch (EUA). Prêmios para pesquisa fundamental propriedades termofísicas de substâncias em temperaturas extremamente altas para engenharia de energia” foi concedido ao acadêmico da Academia Russa de Ciências Alexander Sheindlin.
2. Impacto na atmosfera ao usar combustível sólido
As empresas da indústria do carvão têm um impacto negativo significativo nos recursos hídricos e terrestres. As principais fontes de emissões de substâncias nocivas para a atmosfera são sistemas industriais, de ventilação e aspiração de minas e plantas de processamento, etc.
A poluição da bacia aérea no processo de mineração de carvão a céu aberto e subterrâneo, transporte e enriquecimento de carvão duro é causada por perfuração e detonação, operação de motores de combustão interna e caldeiras, pó de depósitos de carvão e depósitos de rochas e outras fontes.
Em 2002, o volume de emissões de substâncias nocivas para a atmosfera pelas empresas do setor aumentou 30% em relação a 1995, principalmente devido à nova contabilização das emissões de metano das instalações de ventilação e desgaseificação das minas.
Em termos de emissões de substâncias nocivas, a indústria do carvão ocupa o sexto lugar na indústria Federação Russa(contribuição ao nível de 5%). O grau de captura e neutralização de poluentes é extremamente baixo (9,1%), enquanto hidrocarbonetos e VOCs não são capturados.
Em 2002, aumentaram as emissões de hidrocarbonetos (em 45,5 mil toneladas), metano (em 40,6 mil toneladas), fuligem (em 1,7 mil toneladas) e várias outras substâncias; houve redução nas emissões de VOCs (em 5,2 mil toneladas), dióxido de enxofre (em 2,8 mil toneladas), substâncias sólidas (em 2,2 mil toneladas).
O zoneamento do carvão fornecido por fornecedores individuais para usinas termelétricas excede 79% (no Reino Unido é 22% de acordo com a lei, nos EUA é 9%). E o aumento das emissões de cinzas volantes na atmosfera continua. Enquanto isso, apenas uma fábrica de Semibratov produz precipitadores eletrostáticos para coleta de cinzas, atendendo a sua demanda anual em não mais de 5%.
As usinas termelétricas a combustível sólido emitem intensamente na atmosfera produtos de carvão e xisto, contendo até 50% de massa incombustível e impurezas nocivas. Gravidade Específica As usinas termelétricas respondem por 79% do saldo de eletricidade do país. Eles consomem até 25% do combustível sólido produzido e descarregam mais de 15 milhões de toneladas de cinzas, escórias e substâncias gasosas no ambiente humano.
Nos EUA, o carvão continua a ser o principal combustível para as usinas de energia. Até o final do século, todas as usinas de energia devem se tornar ecologicamente corretas e a eficiência deve ser aumentada para 50% ou mais (agora 35%). Para acelerar a adoção de tecnologias de limpeza de carvão, várias empresas de carvão, energia e engenharia, com apoio do governo federal, desenvolveram um programa que exigirá US$ 3,2 bilhões para ser implementado. Dentro de 20 anos, somente nos EUA, novas tecnologias serão introduzidas em usinas existentes com capacidade total de 140.000 MW e em novas usinas convertidas com capacidade total de 170.000 kW.
Ambientaltecnologiaincineraçãocombustível. O método de difusão tradicional de queimar até mesmo combustíveis de hidrocarbonetos de alta qualidade leva à poluição da atmosfera circundante, principalmente por óxidos de nitrogênio e substâncias cancerígenas. A este respeito, são necessárias tecnologias amigas do ambiente para queimar estes tipos de combustível: com uma elevada qualidade de atomização e mistura com o ar até à zona de combustão e combustão intensiva de uma mistura combustível-ar pobre e pré-misturada, uma câmara de combustão óptima (CC) do ponto de vista termoquímico deve proporcionar evaporação preliminar do combustível, mistura completa e uniforme de seus vapores com o ar e combustão estável da mistura combustível pobre com um tempo mínimo de permanência na zona de combustão.
Nesse sentido, o método tradicional de combustão híbrida difusa é muito mais eficiente, que é uma combinação de uma zona difusa com um canal para pré-evaporação e mistura do combustível com o ar.
Foram desenvolvidas tecnologias para queima de carvão em caldeiras com leito fluidizado circulante, onde o efeito de ligação de impurezas de enxofre perigosas para o meio ambiente é alcançado. Esta tecnologia foi introduzida durante a reconstrução de Shaturskaya, Cherepetskaya e Intinskaya GRES. Uma usina termelétrica com caldeiras modernas está sendo construída em Ulan-Ude. O Instituto Teploelektroproekt desenvolveu uma tecnologia para a gaseificação do carvão: não é o próprio carvão que é queimado, mas o gás liberado por ele. Este é um processo ecologicamente correto, mas até agora, como qualquer nova tecnologia, é caro. No futuro, serão introduzidas até tecnologias de gaseificação de coque de petróleo.
Quando o carvão é queimado em leito fluidizado, a emissão de compostos de enxofre na atmosfera é reduzida em 95% e óxidos de nitrogênio - em 70%.
Limpeza de gases de combustão. Para a limpeza dos gases de combustão, utiliza-se um método de cal-catalítico de duas fases para obtenção de gesso, baseado na absorção de anidrido sulfuroso por uma suspensão de calcário em duas fases de contacto. Essa tecnologia, como evidenciado pela experiência mundial, é mais comum em usinas termelétricas que queimam combustíveis líquidos e sólidos com diferentes teores de enxofre e fornecem um grau de purificação de gás de óxidos de enxofre de pelo menos 90-95%. Um grande número de as usinas elétricas domésticas operam com combustível com teor médio e alto de enxofre, portanto, esse método deve ser amplamente utilizado no setor de energia doméstico. Em nosso país, praticamente não havia experiência na limpeza de gases de combustão do dióxido de enxofre pelo método do calcário úmido.
As usinas termelétricas respondem por cerca de 70% das emissões de óxido de nitrogênio para a atmosfera. Nos EUA e no Japão, métodos de limpeza de gases de combustão de óxidos de nitrogênio são amplamente utilizados, nesses países existem mais de 100 instalações que usam o método de redução catalítica seletiva de óxidos de nitrogênio com amônia em um catalisador de platina-vanádio, no entanto, o o custo dessas instalações é muito alto e a vida útil do catalisador é insignificante.
NO últimos anos Nos Estados Unidos, a Genesis Research, do Arizona, desenvolveu uma tecnologia para produzir o chamado carvão autolimpante. Esse carvão queima melhor e, quando usado, 80% menos dióxido de enxofre é encontrado nos gases de combustão, enquanto os custos adicionais são apenas uma fração dos custos de instalação de depuradores. A tecnologia de produção de carvão autolimpante inclui duas etapas. Inicialmente, as impurezas são separadas do carvão por flotação, depois o carvão é moído e adicionado à lama, enquanto o carvão flutua e as impurezas afundam. Na primeira etapa, quase todo o enxofre inorgânico é removido, enquanto o enxofre orgânico permanece. Na segunda etapa, o carvão em pó é combinado com produtos químicos cujos nomes são segredos comerciais e depois compactado em torrões do tamanho de uvas. Quando queimados, esses produtos químicos reagem com o enxofre orgânico e o enxofre é selado com segurança para evitar que escape para a atmosfera. Pedaços desse carvão modificado podem ser transportados, armazenados e usados como carvão comum.
Sistemas de vapor e gás. Eficaz sistema Integrado, proporcionando não apenas a captura de impurezas nocivas dos gases de combustão das usinas termelétricas, mas também reduzindo o consumo específico de combustível para geração de eletricidade em cerca de 20%, foi desenvolvido no Instituto de Energia G.N. Krzhizhanovsky. Sua essência é que antes de queimar no forno das caldeiras a vapor TPP, o carvão é gaseificado, limpo de impurezas sólidas (contendo substâncias nocivas) e enviado para turbinas a gás, onde os produtos de combustão com temperatura de 400-500 graus Celsius são descarregados em vapor convencional caldeiras. Sistemas similares de ciclo combinado são amplamente usados por engenheiros de energia em vários países para reduzir as emissões na atmosfera.
Processamento complexo profundo de carvão. No exterior, há um intenso trabalho de desenvolvimento de tecnologias e equipamentos de gaseificação do carvão para abastecer plenamente a indústria com gases combustíveis, gás de síntese e hidrogênio. Uma planta de demonstração de oxigaseificação de carvão para uma unidade de energia de 250 MW foi comissionada na Holanda. Está previsto o comissionamento de quatro dessas unidades de 175 a 330 MW na Europa, dez unidades de 100 a 500 MW nos EUA e uma unidade com capacidade de 400 MW no Japão. Os processos de gaseificação a altas temperaturas e pressões permitem processar uma ampla gama de carvões. Existem estudos conhecidos sobre pirólise de alta velocidade e gaseificação catalítica, cuja implementação promete enormes benefícios.
A necessidade de aprofundar o processamento do carvão é ditada pelo curso anterior de desenvolvimento da indústria de calor e energia: melhores resultados alcançado pelo processamento combinado de carvão em eletricidade e calor. Um salto qualitativo no uso do carvão está associado ao seu complexo processamento no âmbito de tecnologias flexíveis. A solução deste complexo problema exigirá novas instalações tecnológicas de complexos energéticos e químicos, que garantam um aumento da eficiência das centrais térmicas, uma redução dos custos unitários de capital e uma solução fundamental para as questões ambientais.
3. Impacto na atmosfera ao usar combustível líquido
Ao mesmo tempo, o petróleo suplantou o carvão e ficou em primeiro lugar no balanço energético global. No entanto, isso está repleto de certos problemas ambientais.
Assim, em 2002, as empresas industriais russas emitiram 621.000 toneladas de poluentes (sólidos, dióxido de enxofre, monóxido de carbono, óxidos de nitrogênio, etc.) na atmosfera. Águas residuais na quantidade de até 1.302,6 milhões de m3 são descarregadas em corpos d'água superficiais e no relevo.
Quando combustíveis líquidos (óleo combustível) são queimados com gases de combustão, dióxido de enxofre e anidrido sulfúrico, óxidos de nitrogênio, produtos gasosos e sólidos da combustão incompleta de combustível, compostos de vanádio, sais de sódio, bem como substâncias removidas da superfície das caldeiras durante a limpeza entrar no ar atmosférico. Do ponto de vista ecológico, o combustível líquido tem propriedades mais “higiênicas”: não há problema de depósitos de cinzas, que ocupam grandes áreas, excluem seu uso benéfico e são fonte de poluição constante da atmosfera e da área da estação devido às cinzas levado pelos ventos. Não há cinzas volantes nos produtos de combustão de combustíveis líquidos. O uso de câmaras de combustão híbridas de combustível duplo em vez das tradicionais câmaras de combustão de difusão de zona única usando a substituição parcial de uma parte do combustível de hidrocarboneto por hidrogênio (6% da massa de combustível de hidrocarboneto) reduz o consumo de combustível de petróleo em 17-20% , os níveis de emissão de partículas de fuligem - por uma ordem de grandeza, benzopireno - por 10-15 vezes, óxidos de nitrogênio - 5 vezes).
Na maioria dos países, a combustão de combustíveis derivados do petróleo com teor de enxofre acima de 0,5% é proibida, enquanto na Rússia metade do óleo diesel não se enquadra nesse padrão e o teor de enxofre do combustível da caldeira chega a 3%.
Queime óleo, nas palavras de D.I. Mendeleev, é o mesmo que aquecer o fogão com notas. Portanto, a participação do uso de combustível líquido no setor de energia foi significativamente reduzida nos últimos anos. A tendência emergente se intensificará ainda mais devido à expansão significativa do uso de combustíveis líquidos em outras áreas. economia nacional: nos transportes, na indústria química, incluindo a produção de plásticos, lubrificantes, produtos químicos domésticos, etc. Infelizmente, o óleo não é usado da melhor maneira. Em 1984, com a produção mundial de derivados de petróleo de 2.750 milhões de toneladas de gasolina, foram obtidos 600 milhões de toneladas de querosene e querosene de aviação - 210, óleo diesel - 600, óleo combustível - 600 milhões de toneladas. Bom exemplo A conservação de recursos mostrou o Japão, que busca minimizar a dependência do país das importações de petróleo. Esforços gigantescos foram feitos nos últimos 20 anos para resolver esse importante problema econômico. A atenção prioritária foi dada à tecnologia de economia de energia. E como resultado do trabalho feito, para a produção do mesmo volume do produto nacional bruto do Japão hoje, é necessária a metade do petróleo de 1974. Sem dúvida, as inovações tiveram um impacto positivo na melhoria da situação ambiental.
4. Impacto na atmosfera ao usar gás natural
Por critérios ambientais o gás natural é o combustível ideal. Os produtos da combustão não contêm cinzas, fuligem e substâncias cancerígenas como o benzopireno.
Quando o gás é queimado, os óxidos de nitrogênio continuam sendo o único poluente atmosférico significativo. No entanto, a emissão de óxidos de nitrogênio quando o gás natural é queimado em usinas termelétricas é, em média, 20% menor do que quando o carvão é queimado. Isso se deve não às propriedades do próprio combustível, mas às peculiaridades dos processos de sua combustão. A proporção de excesso de ar para combustão de carvão é menor do que para combustão de gás natural. Assim, o gás natural é o tipo de combustível energético mais ecológico em termos de liberação de óxidos de nitrogênio durante a combustão.
Mudanças no ambiente durante o transporte de gás. Um gasoduto principal moderno é um complexo equipamento de engenharia, que, além da parte linear (o próprio duto), inclui instalações de preparação de óleo ou gás para estações de bombeamento, bombeamento e compressão, parques de tanques, linhas de comunicação, sistema de proteção eletroquímica, estradas ao longo da rota e estradas de acesso a elas , bem como assentamentos residenciais temporários de operadores.
Por exemplo, o comprimento total dos gasodutos na Rússia é de aproximadamente 140.000 km. Por exemplo, 13 oleodutos principais, cuja parcela de emissões é superior a 30% do volume correspondente na república. As emissões, principalmente de metano, estão distribuídas ao longo dos gasodutos, principalmente fora das áreas povoadas.
O ar atmosférico está exposto a poluição significativa devido a perdas de grandes e pequenas “respirações” de reservatórios, vazamentos de gás, etc.
A poluição atmosférica resultante da liberação acidental de gás ou da combustão de petróleo e derivados, que são diferentes na superfície durante um acidente, é caracterizada por um período de exposição muito mais curto, podendo ser classificada como de curta duração.
O ar atmosférico também é poluído como resultado de vazamento de gás através de conexões de dutos com vazamento, vazamento e evaporação durante operações de armazenamento e carga e descarga, perdas em dutos de petróleo e gás e derivados de petróleo, etc. Como resultado, o crescimento da vegetação pode ser suprimido e os limites de exposição aérea podem ser aumentados.
5. Proteção da atmosfera contra emissões térmicas
Resolver o problema de proteger o meio ambiente dos efeitos nocivos das usinas termelétricas requer uma abordagem integrada.
Localização do TP. Uma série de restrições e requisitos técnicos ao escolher um local para construção são ditados por considerações ambientais.
Em primeiro lugar, o chamado fundo de poluição, que surge em conexão com o trabalho nesta zona de várias empresas industriais e, às vezes, usinas já existentes. Se a magnitude da poluição no local da construção proposta já atingiu ou está próxima dos valores limite, a localização de, por exemplo, uma usina termelétrica não deve ser permitida.
Em segundo lugar, na presença de um determinado fundo de poluição, mas não alto o suficiente, avaliações detalhadas devem ser realizadas para comparar os valores de possíveis emissões da usina termelétrica planejada com as já existentes na área. Nesse caso, é necessário levar em consideração fatores de natureza e conteúdo diversos: direção, força e frequência dos ventos nessa área, probabilidade de precipitação, emissões absolutas da estação ao operar com o tipo de combustível proposto, as instruções para os dispositivos de combustão, os indicadores de sistemas de purificação e captura de emissões, etc. Após a comparação das emissões totais obtidas (considerando o impacto da usina termelétrica projetada) com o máximo permitido, deve-se fazer uma conclusão final sobre a viabilidade de construção de uma usina termelétrica.
Durante a construção de usinas, principalmente termelétricas, em cidades ou subúrbios, está prevista a criação de cinturões florestais entre a estação e as áreas residenciais. Eles reduzem o impacto do ruído nas áreas próximas, contribuem para a retenção de poeira durante ventos na direção de áreas residenciais.
Na concepção e construção de centrais termoeléctricas é necessário planear o seu apetrechamento com meios altamente eficientes de limpeza e reciclagem de resíduos, descargas e emissões de poluentes, a utilização de espécies seguras combustível.
Proteção da bacia de ar. A proteção da atmosfera da principal fonte de poluição da UTE - o dióxido de enxofre - ocorre principalmente por meio de sua dispersão nas camadas superiores da bacia aérea. Para isso, são construídas chaminés de 180, 250 e até 420 m de altura.Um meio mais radical de reduzir as emissões de dióxido de enxofre é a separação do enxofre do combustível antes de ser queimado nas usinas termelétricas.
A maioria método eficaz redução das emissões de dióxido de enxofre - a construção de plantas de captura de enxofre de calcário nas UTEs e a implantação de instalações para extração de enxofre de pirita do carvão em plantas de concentração.
Um dos documentos importantes na proteção da atmosfera de emissões térmicas no território da República da Bielorrússia é a Lei da República da Bielorrússia "Sobre a Proteção do Ar Atmosférico". A Lei enfatiza que o ar atmosférico é um dos principais elementos vitais do meio ambiente, cujo estado favorável é a base natural para o desenvolvimento socioeconômico sustentável da república. A lei visa preservar e melhorar a qualidade do ar atmosférico, sua restauração para garantir a segurança ambiental da vida humana, além de prevenir efeitos nocivos ao meio ambiente. A lei estabelece as regras legais e bases organizacionais normas de atividades econômicas e outras no campo do uso e proteção do ar atmosférico.
Conclusão
O principal perigo da engenharia de energia térmica para a atmosfera é que a combustão de combustíveis contendo carbono leva ao aparecimento de dióxido de carbono CO2, que é liberado na atmosfera e contribui para o efeito estufa.
A presença de aditivos sulfurosos na queima do carvão leva ao aparecimento de óxidos de enxofre, eles entram na atmosfera e, após reagirem com o vapor d'água nas nuvens, criam ácido sulfúrico, que cai no solo com a precipitação. É assim chuva ácida com ácido sulfúrico.
Outra fonte de precipitação ácida são os óxidos de nitrogênio, que ocorrem nos fornos das usinas termelétricas em altas temperaturas (em temperaturas normais, o nitrogênio não interage com o oxigênio atmosférico). Além disso, esses óxidos entram na atmosfera, reagem com o vapor d'água nas nuvens e criam ácido nítrico, que, junto com a precipitação, cai no solo. É assim que ocorre a precipitação ácida com ácido nítrico.
Uma usina termelétrica a carvão que gera eletricidade com capacidade de 1 GW = 10" W consome 3 milhões de carvão anualmente, emitindo 7 milhões de toneladas de CO2, 120 mil toneladas de dióxido de enxofre, 20 mil toneladas de óxidos de nitrogênio NO2 e 750 milhares de toneladas de óxidos de nitrogênio no meio ambiente toneladas de cinzas.
Carvão e cinzas volantes contêm quantidades significativas de impurezas radioativas. Uma liberação anual na atmosfera na área de uma usina termelétrica de 1 GW leva ao acúmulo de radioatividade no solo, que é 10 a 20 vezes maior que a radioatividade das emissões anuais de uma usina nuclear da mesma potência .
Assim, a proteção da atmosfera das emissões térmicas deve visar a redução do volume de emissões de gases e sua purificação e incluir as seguintes medidas:
Monitoramento do estado do meio ambiente;
Aplicação de métodos, métodos e meios que limitem o volume de emissões de gases e seu abastecimento à rede de coleta de gás de campo;
Utilização em casos de emergência de dispositivos de flare que assegurem a combustão completa do gás descarregado;
Assegurar o cumprimento das normas ambientais pelas instalações e estruturas projetadas;
A utilização de um sistema de bloqueio automático de fluxos tecnológicos no refino de petróleo, que permite a vedação de áreas perigosas em situações de emergência e descarregar este link no sistema de flare;
A mudança máxima possível nos regimes de combustível das usinas termelétricas em favor do meio ambiente espécies puras combustível e modos de sua redução;
Atingir o principal volume de redução de emissões de gases no refino de petróleo por meio da construção de instalações para a preparação de gás de petróleo e sistemas de gasodutos que fornecem utilização.
A redução do volume de emissões nocivas e do refino de petróleo é alcançada no processo de reconstrução e modernização da indústria de refino de petróleo, acompanhada da construção de instalações ambientais.
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