С чем связано тепловое загрязнение водоёмов, и каким образом можно его уменьшить?

На ТЭС и АЭС с охлаждающей водой в водоёмы сбрасывается огромное кол-во теплоты. Удельное количество теплоты, отводимой с охлаждающей водой, при нагреве её в конденсаторе турбины на 8 – 10°С, составляет на ТЭС 0,3 кДж/кВт*ч при расходе воды 100 – 130 кг/кВт*ч, и на АЭС примерно 7 кДж/кВт*ч при расходе 200 кг/кВт*ч.

В избежание нарушения санитарных норм, тепловые сбросы не должны повышать температуру водоёма более чем на 5 градусов зимой и на 3 градуса летом. Эти нормы могут быть выдержаны, если удельная тепловая нагрузка на водоём не будет превышать 12 – 17 кДж/м3. В то же время, охлаждающая система должна быть достаточно экономичной. Температура воды на входе в конденсатор – основной параметр, определяющий экономичность системы охлаждения. С этой точки зрения наиболее экономична прямоточная система охлаждения, но мощности современных ТЭС и АЭС и ограниченный лимит воды во многих водоёмах не позволяют выполнять санитарные требования к охлаждающей воде. Чтобы предотвратить тепловое загрязнение можно использовать следующие мероприятия:

1) Снижение нагрева (перепада температур) охлаждающей воды в конденсаторе. Для этого можно увеличить степень циркуляции воды, что увеличит затраты электроэнергии.

2) Забор воды из глубинных слоёв водоёма и выпуск воды на поверхность.

3) Интенсивное перемешивание сбрасываемой воды с водой водоёма на коротком и малом по площади участке водоёма.

4) Охлаждение воды перед сбросом (использование плавающих градирен).

5) Использование подогретой охлаждающей воды для нужд теплоснабжения.

6) Охлаждение конденсаторов атмосферным воздухом.

1-16. Когда можно применять малозатратные технологии очистки дымовых газов от SO₂, и как они реализуются на практике?

Если содержание серы в малосернистых углях близки к нормируемым значениям или нужно уменьшить выбросы оксидов серы на 30 – 705, можно применять малозатратные упрощённые методы очистки. Дним из таких способов является способ связывания серы путём ввода известняка в верхнюю часть топки. Этот метод называется сухой известняковой технологией (СИТ). Она основана на том, что в топке распыляется мелкодисперсный известняк, который при температуре 1000 – 1200 градусов вступает в зим. Реакцию с диоксидом серы. Мелкоразмолотый известняк из силосной башни подаётся в расходный бункер, а из него с помощью системы пневмотранспорта и распределения подаётся в верхнюю часть топочной камеры, где температура дымовых газов 1000 – 1100 градусов. Образовавшийся оксид кальция, двигаясь с продуктами сгорания реагирует с диоксидом серы, с образованием в итоге сульфата кальция. При температуре 500 градусов связывание серы прекращается и частицы золы улавливаются в золоуловителе. Использование СИТ имеет ряд особенностей: а) в этой технологии может быть использован любой известняк с любой степенью кристаллизации; б) ввод известняка в дымовые газы изменяет химический состав золы, следовательно, снижается температура деформации золы, что может привести к шлакованию поверхностей нагрева; в) при больших количествах вводимого известняка снижается точка росы, что даёт возможность уменьшить температуру дымовых газов, компенсируя затраты на сероочистку;г) при использовании для очистки газов электрофильтров изменятся электрические св-ва частиц, что должно быть учтено; д) наличие в продуктах сгорания CaSO4 (безводного гипса) может привести к образованию в аппаратах мокрой очистки труднорастворимых отложений, поэтому нужно обеспечить хим. баланс в пылезолоулавливающих установках.

Другие способы могут быть основаны на использовании известняк, сода, поташ (KOH). Урал ВТИ предложила схему известковой сероочистки по технологии E-SOx. Эта технология основана на взаимодействии окислов серы с тонкодиспергированной известняковой суспензией. В поток дымовых газов вводят мелкодисперсную суспензию. Благодаря большой поверхности контакта происходит интенсивное взаимодействие суспензии с диоксидом серы. Так как температура газов повышается, а капли суспензии очень мелкие, происходит их испарение. При этом повышается влажность газа. Что улучшает работу электрофильтра.

Мокроизвестняковый способ очистки – даёт возможность уменьшить содержание диоксида серы в дымовых газах на 95 – 98%. Основан на промывании дымовых газов в адсорбере или скруббере известняковой суспензией с получением двухводного гипса. Эта технология безопасна, так как используемый известняк и получаемый гипс – малорастворимые вещества. При контакте дымовых газов и суспензии протекает химическая реакция: CaCO3 + SO2 = CaSO3+CO2

Процесс протекает в адсорбере башенного типа. В нижней частичного накапливается суспензия сульфата кальция и барботажного воздуха. Через слой суспензии сульфит кальция окисляется в сульфат. Идёт реакция: CaSO3 + ½ O2 + H2O = CaSO4 +2H2O

Дымовые газы после электрофильтра дымососом направляются через регенеративный газоподогреватель в промывочную башню. Перед подачей в эту башню дымовые газы охлаждаются, так как взаимодействие CaSO3 с диоксидом серы более интенсивно происходит при низкой температуре (%0 градусов). В то же время для лучшего рассеивания дымовых газов с помощью дымовой трубы, температура газа должна быть не ниже 70 – 0 градусов. Для регулирования этой температуры предусмотрена байпасная линия. Для подачи очищенных дымовых газов в трубу используется вспомогательный дымосос.

Мокросухой способ очистки – даёт возможность на 86 – 92% связать диоксид серы. Основан на активном поглощении диоксида серы известью Ca(OH)2 или содой Na2SO3. МСС – способ, когда в полый скруббер, куда поступают дымовые газы, впрыскивают суспензию. Она связывает диоксид серы, а жидкая суспензия за счёт теплоты дымовых газов испаряется. Идут химические реакции, в зависимости от хим. реагента:Известь: Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 + H2O Сода: Na2CO3 + SO2 = Na2SO3 + CO2

Продукты сероочистки улавливаются вместе с золой и затем идут в золоотвод. К преимуществам МСС можно отнести меньшие, чем при МИС капитальные затраты, меньшие затраты на подогрев дымовых газов, отсутствие сточных вод. Недостатками метода являются значительное энергопотребление, которое составляет от 3 до 6% мощности ТЭС, повышенный расход дорогих компонентов (извести, соды), низкое качество сухих продуктов (отсутствуют вяжущие в-ва); необходимость установки системы очистки дымовых газов от твёрдых продуктов реакции после скруббера. Из этих недостатков МСС получил ограниченное применение.

Магнезитовый способ очистки от SO2 – при очистке по этому способу дымовые газы поступают в адсорбер типа трубы Вентури, где промываются суспензией, содержащий MgO. MgO + SO2 = MgSO3

Полученный MgSO3 высушивается и подвергается термическому разложению при 900 градусах – идёт обратная реакция. Концентрированный SO2 можно использовать для получения серной кислоты или серы, а оксид магния – повторно. Плюсы: небольшой расход реагентов, которые расходуются только на восполнение потерь в технологическом процессе; также получается высококачественный побочный продукт – серная кислота или сера. Недостатки: невысокий коэффициент очистки – до 90%; большой расход энергии при разложении сульфида магния. Этот способ не нашёл широкого применения.

Аммиачно-сульфатный и аммиачно-циклический способы очистки. Аммиачно-сульфатный способ основан на связывании диоксида серы водным раствором аммиака с последующим окислением продуктов реакции до сульфата аммония. Его можно использовать в С/Х. Аммиачно-циклический метод основан на поглощении SO2 сульфатом аммония с образованием бисульфита. После промывки газа, бисульфит аммония нагревают, получая сернистый ангидрид (SO2) и сульфат аммония. Диоксид серы может быть использован для получения серы и серной кислоты, а сульфит аммония используется повторно. Достоинством способа является практическое отсутствие затрат реагента и затрат энергии на его восстановление. Основной недостаток – всё оборудование должно быть кислотостойким. Кроме того, эксплуатация такой установки представляет определённую сложность, поэтому метод находится в стадии освоения.

1-17. В чём заключается влияние CO₂ и других парниковых газов на глобальное потепление климата Земли?

В атмосферу Земли поступает большое кол-во т.н. парниковых газов: CO₂, H₂O (пар), углеводороды, озон. Эти газы + азот и кислород воздуха пропускают к поверхности Земли видимую световую часть солнечного излучения. Падая на поверхность Земли, солнечное излучение нагревает её и с поверхности Земли происходит тепловое длинноволновое излучение. Это излучение задерживается парниковыми газами (как правило, это трёхатомные газы). Происходит накопление энергии в верхнем слое атмосферы, что приводит к повышению температуры. По прогнозам, к середине XXI века это может привести к повышению температуры на 1,5 - 4°С. Для биосферы Земли это может иметь как положительные, так и отрицательные последствия. К положительным относится то, что с повышением температуры возрастёт испарение с поверхности океанов и возрастёт влажность атмосферы, что приведёт к уменьшению числа засушливых районов. Также возросшее количество углекислого газа усилит фотосинтез, что приведёт к расцвету лесов и культурных растений. К отрицательным последствиям относят повышение уровня мирового океана, что может привести к затоплению больших территорий.