Сторінка
4

Матеріально-енергетичні баланси промислового виробництва і шляхи вирішення еколого-виробничих проблем

Витрати сумарної кількості атмосферного кисню (mol) на окиснення сірки й азоту визначимо, виходячи з того, що за стехіометричним рівнянням на один моль SO2 i NO2 потрібно по одному молю О2. Отже, на 0,08 kmol SO2 i 0,07 kmol NO2 буде витрачено 0,08 + 0,07 = = 0,15kmol молекулярного кисню (О2), маса якого становитиме 0,15 kmol · 32 = 4,8 kg.

Разом з розрахованою вище масою витрати кисню на окиснення вуглецю вугілля (229,3 kg) сумарна витрата атмосферного кисню становитиме:

У складі атмосферного повітря в топку електростанції, крім кисню, надходить ще молярний азот (N2) відповідно до складу повітря (О2 — 23%, N — 76% і близько 1 % інертних газів).

Звідси маса повітря:

Об’єм повітря Vп, яке надходить у топку парового котла електростанції кожної секунди (за умов спалювання 100kg вугілля за секунду), можна визначити, виходячи з розрахованої вище кількості речовини (mol) кисню й азоту:

Якщо кількість речовини (mol) попередньо не розраховувалась, але відома маса повітря — mп і густина ρп, то об’єм Vп дорівнюватиме:

Незначну різницю в розрахунках Vп двома способами зумовлено визначенням за молярною масою тільки азоту.

Склад димового газу визначимо через відносну кількість речовин —

(100%).

Звідси склад димових газів за об’ємом (% об’ємн.):

.

Слід зазначити, що за розрахунку об’єму ми знехтували незначною витратою азоту на утворення його оксиду, вологістю повітря та іншими компонентами реагуючої системи. Але навіть більш коректний підхід не змінить результату розрахунків за стехіометричним рівнянням. Інша справа — це відхилення розрахункових даних від реальних. Передовсім це зумовлено технологічною доцільністю подавання в топку значно більшої кількості повітря, а також нехтуванням водяною парою (з повітря і вугілля), яка реагує з вуглецем і оксидами сірки та азоту.

Отже, крім наведених, у димових газах міститимуться ще СО, NO, пари відповідних кислот та деякі інші речовини. Цінність розрахунку полягає в тім, що він дає можливість визначити як мінімальні витрати чистого повітря і вугілля, так і нижчу межу викиду токсичних речовин і прогнозувати екологічні наслідки.

Обчислені дані щодо спалювання 100 kg вугілля за 1s відповідають тепловій потужності топки 3000 MW і щосекунди така ТЕС виробляє 1000 MJ енергії (278 kW·h). Матеріальні й енергетичні потоки спалювання вугілля на 1000 MW потужності ТЕС показано на рис. 38. Для більшої наочності розглянемо ситуацію, яка складається навколо великої сучасної електростанції з потужністю 3000 MW, отже, такої, котра спалює 300kg вугілля за 1s (необхідні вихідні дані ми розрахували вище).

За добу, тобто за 86400s, викиди (мінімальні) становитимуть

за СО2 : 3 · 315 · 8,64 · 104 = 8165·104kg (81650t);

за SO2 : 3 · 5 · 8,64 · 104 = 129 · 104kg (1290t);

за NO2 : 3 · 3,3 · 8,64 · 104 = 85 · 104kg (850t).

Поглинання кисню з атмосфери становитиме

3 · 234 · 8,64 · 104 = 6065 · 104kg (60650t).

Увага! Над 1 m2 Землі кисню в атмосфері лише 2,3t!

При цьому на станцію треба завезти вугілля:

3 · 100 · 86400 = 2592 · 104kg (25920t)

і вивезти шлаку: 3 · 5,2 · 86400 = 134784kg (1348t). Не важко підрахувати, що під відвали шлаку і золи (заввишки до 10m) потрібно щороку відводити площу до 3ha.

У розділі 1.1.3 ми вже звертали увагу на економічні проблеми, пов’язані з розбудовою в Україні ще в 70-х роках саме таких електростанцій (Криворізької — 3000 MW і Запорізької — 3600 MW). Не важко розрахувати, що на кожну вироблену kW·h така ТЕС поглинає понад 3000 літрів повітря, повертаючи в атмосферу токсичний дим. Така ціна 1 kW·h (приготування на електроплиті сніданку).

Оскільки в промислово розвинутих країнах теплові електростанції виробляють сьогодні від 60 до 80% всієї електроенергії, то щорічні викиди в атмосферу токсичних газів становлять в таких країнах (у тім числі в Україні) сотні мільйонів тонн.

В атмосфері оксиди сірки й азоту утворюють з парами води відповідні кислоти, які згубно діють на рослинність і фауну водоймищ. Звичайна дощова вода, яка утворюється за конденсації водяної пари в атмосфері, мала б нейтральну реакцію , але навіть у чистому повітрі через наявність СО2 природного походження вона підкислюється до рН 6,0…5,6. Нині в промислових регіонах, де атмосферу забруднено промисловими викидами оксиду сірки і азоту, рН дощової води часто буває навіть менше 4. Зменшення рН на одиницю означає збільшення кислотності в 10 разів, на дві — 100 разів. Відомі випадки, коли йшов дощ з рН близько 2,5, тобто коли кислотність води була така сама, як і харчового оцту. Всі живі організми в озерах і водоймищах з підкисленою такими дощами водою загинули. На рис. 48 показано рівні рН дощової води в порівнянні з відомими нам «кислими об’єктами».