2. Экологические аспекты энергосбережения. Парниковый эффект. Взаимосвязь экологии и энергосбережения.

Билет 29.1. Режимы теплообмена в нагревательных и плавильных печах.

2. Невозобновляемые источники энергии и окружающая среда.

Объекты энергетики, где в качестве первичной энергии используется углеводородное топливо, являются источника­ми вредных выбросов в окружающую среду. В процессе го­рения топлива наряду с выделением тепловой энергии с отходящими газами выбрасывается ряд веществ, оказываю­щих отрицательное воздействие на биосферу (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Основные вещества, выбрасываемые в атмосферу энергетическими объектами

Вещества	Характеристика
1	2
Диоксид серы (SO2)	Оказывает влияние на процессы окисления, разрушает материалы и вредно воздействует на здоровье человека (раздражает слизистую оболочку дыхательных путей)
Оксид азота (NOX)	Оказывает вредное воздействие на здоровье человека и способствует образованию парни­кового эффекта и разрушению озонового слоя, что также отрицательно влияет на здоровье человека. Оксид азота вызывает «вымирание лесов», «кислотныедожди»
Моноксид углерода (СО)	Выделяется в результате неполного сгорания топлива. Взаимодействует с другими вещест­вами и оказывает разнообразное вредное воз­действие (угарный газ)
Углекислый газ (СO2)	Образование СO2 - необходимое условие процесса горения (производства энергии). Экологические законы ограничивают уровень выбросов СO2 (Киотскии протокол 1997 г.). Способствует созданию парникового эффекта
Твердые частицы	Включают сажу и другие несгоревшие ма­териалы. Переносят тяжелые металлы и углеводороды. Могут являться источником выбросов в атмосферу радионуклидов при сжигании древесины из чернобыльской зоны

Воздействие на окружающую среду оказывают также и другие газы, поступающие в атмосферу: пар, метан, хлад­агенты.

Наиболее эффективным способом снижения вредных выбросов в атмосферу является уменьшение объема сжи­гаемого топлива за счет рационального использования вторичной энергии.

Таким образом, энергосбережение способствует улуч­шению экологии окружающей среды. Этот фактор особен­но важен для Беларуси, где энергогенерирующие техно­логии в основном базируются на топливоиспользующих установках.

Рассмотрим некоторые пути снижения потребления топлива.

Утилизация тепловых энергетических отходов непо­средственно связана с экологическими мероприятиями, так как за счет этого достигается снижение вредных вы­бросов пропорционально сэкономленному топливу.

Особенно наглядной и ощутимой является организа­ция оптимальных топочных процессов и утилизации сбросной теплоты в промышленных печах, котельных установках и на других объектах энергетики. Рассмотрим некоторые аспекты данного направления.

Ископаемое топливо пока остается преобладающим Ис­точником энергии, получаемой в форме теплоты при его сжигании. Исследования, проведенные в Дании, показы­вают, что комбинированное производство электрической энергии и теплоты на ТЭЦ является самым важным на­правлением в снижении выбросов СO₂. При этом сниже­ние выбросов СO₂ в среднем составляет 500 кг/МВтּч при производстве 1 МВтּч электроэнергии по комбинирован­ному циклу в сравнении с раздельным производством электрической и тепловой энергии на ТЭС и в котельных. Кроме диоксида углерода уменьшается количество вред­ных выбросов SO₂ и NO_x (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Влияние технологии производства теплоты и электроэнергии на загрязнение окружающей среды

Уменьшение выбросов NO_x может быть также достиг­нуто путем подмешивания части отходящих дымовых га­зов к воздуху, подаваемому на горение. Для этого следует организовать рециркуляцию дымовых газов.

Внутреннее использование тепловых энергетических от­ходов в котельных установках и промышленных печах для подогрева питательной воды и предварительного подогрева первичного воздуха до 200-400 °С дает реальную экономию топлива. Так, при подогреве воздуха реальная экономия топ­лива в среднем может достигать 25 % (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Экономия топлива за счет подогрева первичного воздуха в зависимости от темпе­ратуры дымовых газов t_oг

Поддержание оптимального состава топливовоздушной смеси позволяет достичь максимально возможной температуры горения, что снижает потребление топлива. При увеличении коэффициента избытка воздуха до 2 тем­пература горения уменьшается на 40% (рис. 5.5).

Кроме того, при избытке воздуха дополнительное пот­ребление топлива возрастает до 25% в зависимости от температуры отходящих газов. Оптимальный состав топ­ливовоздушной смеси можно поддерживать с помощью горелок с автоматическим управлением. Для этого до­полнительно применяются системы сбора информации о химическом составе отходящих дымовых газов, ее обра­ботка и на этой основе осуществляется автоматическое регулирование.

Контроль эффективности сгорания топлива базируется на измерении содержания СO₂ в отходящих дымовых га­зах. Считается, что при оптимальном сгорании природно­го газа получается от 8 до 9,5 % СO₂, а при сгорании мазу­та - от 10 до 12,5 % .

Рис. 5.5. Влияние коэффициента избытка и подогрева воздуха на температуру горения газа

Вместе с тем данные значения концентраций углекис­лого газа могут быть зафиксированы как при полном сго­рании топлива (а>1), так и при его недожоге (a<1), т.е. возможна неоднозначность определения эффективности сжигания топлива на основе измерения только СO₂ (рис. 5.6). Поэтому рекомендуется дополнительно изме­рять в отходящих дымовых газах и содержание кислоро­да. Для оптимального режима горения оно должно иметь минимальное значение.

Сжигание топлива с повышенной влажностью требует дополнительного избытка воздуха, что приводит к сниже­нию температуры в зоне горения, а следовательно, и эф­фективности процесса горения (рис. 5.7). Подогрев же первичного воздуха до 200 °С обеспечивает повышение температуры горения на 7 %.

Значительным источником вредных выбросов является транспорт. В некоторых странах на производство топлива для транспорта расходуется до 50 % потребляемой нефти. Автомобильные выхлопные газы содержат такие вредные вещества, как окись углерода, летучие органические соеди­нения, окись азота и свинец. Ядовитые выхлопные газы и свинец отрицательно влияют на нервную систему человека. Разработка технологий производства чистого горючего и улучшенных двигателей с минимальным потреблением топ­лива позволяет уменьшить загрязнение от транспортных средств. Количество потребляемого топлива транспортными средствами, как и в энергетике, зависит от оптимального со­става топливовоздушной смеси.

Снижение потерь теплоты через ограждения агрегатов и устройств, которые используются при ее производстве, транспортировке и потреблении, также уменьшает расход топлива. Любые потери теплоты требуют компенсации, так как потребитель должен получить необходимое коли­чество энергии для проведения технологических процес­сов или создания комфортных условий для работы, учебы, отдыха.

Уменьшение потребления энергии может быть достиг­нуто и за счет совершенствования технологических про­цессов, использования современного основного и вспомо­гательного энергосберегающего оборудования.

Билет 30.