Методическое пособие 761

Технические характеристики градирен энергоблоков № 3 и №4 НВАЭС и энергоблоков № 1 НВАЭС-2

Градирня — это башня, в которой происходит охлаждение воды. Вода подается в нее на определенную высоту и в виде струй стекает вниз, охлаждаясь по пути за счет испарения. В нижней части градирни она собирается и откачивается циркуляционными насосами к конденсаторам турбин. Холодный воздух поступает через окно ниже уровня воды и, двигаясь ей навстречу, нагревается за счет частичного испарения воды. Нагретый до 35-45 °С насыщенный водяными парами воздух выбрасывается в атмосферу через верх градирни, создавая естественную тягу. Воздух содержит капли воды размером 100–500 мкм в количестве 0,5–1 г на 1 м3 воздуха (рисунок). Поэтому тепловое влияние АЭС на микроклимат и атмосферные процессы происходит за счет выбросов тепла и влаги из башенных испарительных градирен, что оказывает некоторое воздействие на климатические характеристики площадки.

С парами в атмосферу поступает примерно 95 % тепла, отводимого от охлаждаемого оборудования, а оставшаяся часть тепла отводится в водоисточники с продувочной водой. Интенсивность теплового потока на выходе из градирни в зависимости от тепловой нагрузки может достигать 250–300 кВт/м2. Он создает факел тумана (паровой факел), поднимающийся на высоту до 150–300 м и распространяющийся в направлении ветра на 2–10 км.

При работе на промплощадке большого количества мокрых градирен и определенном сочетании погодных условий группа факелов может формировать в районе предприятия местный микроклимат с повышенной влажностью атмосферного воздуха. Кроме того, при наличии в атмосферном воздухе газообразных примесей выходящая из градирни влага может с ними взаимодействовать и образовывать вредные для окружающей среды соединения.

Принципиальная схема водоснабжения градирни блока №6 (оригинальный)

При использовании для подпитки оборотных систем городских и промышленных сточных вод, а также сильно минерализованных природных вод (например, морской воды) градирни могут быть источником вредного воздействия на окружающую среду – атмосферу,

131

почву, водные объекты. Вредное воздействие происходит в результате выброса капель оборотной воды в атмосферу, осаждения их на почву и на поверхность воды водных объектов. В капля могут содержаться также ингибиторы коррозии, накипеобразования и химические реагенты для предотвращения биологических обрастаний, добавляемые в оборотную воду. Но указанные выше возможные факторы риска не имеют место быть на территории промплощадки НВАЭС:

─в нашей полосе наблюдается умеренный климат близкий к холодному с равномерным увлажнением.

─для подпитки градирен используют пресные воды реки Дон.

─периодически, по мере повышения солесодержания, выполняется продувка градирни в р. Дон. Продувка ведѐтся исключительно после полного разложения биоцида, применяемого для удаления биологических отложений.

─вблизи АЭС отсутствуют какие-либо крупные промышленные предприятия, воздействующие на атмосферный воздух района.

Говоря о радиационном воздействии на окружающую среду важно отметить, что лабораторией внешнего радиационного контроля (ЛВРК) проводится радиационный контроль объектов Нововоронежской АЭС и объектов окружающей среды с установленной периодичностью: газоаэрозольные выбросы контролируются ежедневно, сброс технических вод – еженедельно, подземные воды – раз в квартал, контроль рыбы в пруде-охладителе и урожая. Для контроля над градирнями установлены 24 поста, мощность дозы определяется по 80 дозиметрам. В последние годы вводится новое современное оборудование и программное обеспечение. Для контроля трития в жидких средах, в том числе в воде градирен, установлен спектрометр чувствительностью 1 Бк на кг, фиксируется уровень не более 5-10 Бк на кг.

Ежегодные замеры концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, а также факельные и подфакельные наблюдения с учетом направления ветра по утвержденным ежемесячным графикам отбора проб свидетельствуют о допустимом влиянии НВАЭС на атмосферный воздух и о наличии высокого показателя комфортности климата в районе размещения НВАЭС. С 2010 по 2014 год выбросы в атмосферу не превышали 12 % от допустимых уровней, сбросы техногенных радионуклидов с техническими водами не превышали 25 % от

допустимых уровней, в радиусе 50 км никакой динамики в зависимости от розы ветров нет. Содержание радионуклидов в воздухе – не более 10-6 ПДК, в технических сбросах – не более 1 % от ПДК для питьевой воды (т.е. воду из градирен с радиационной точки зрения можно пить); и это в основном природный тритий, не связанный с деятельностью АЭС; в растительности – 0,1 % от ПДК, в сельхозкультурах – не более десятых долей процента, общий фон – на 99 % от естественных источников, и только на 1 % от НВАЭС.

В августе на Нововоронежской АЭС подвели итоги экологической работы за последние несколько лет. Стартовал практический семинар по вопросам охраны окружающей среды, приуроченный к Году экологии в России. На форуме присутствовали Ольга Плямина, директор научно-исследовательского института проблем экологии, Виктор Ступин, руководитель управления Росприроднадзора по Воронежской области. Прозвучали доклады о природоохранной деятельности на атомной станции, рациональном использовании водных ресурсов и в целом об экологической политике в отрасли. В частности, благодаря модернизации оборудования, выброс радионуклидов сегодня составляет менее одного процента от разрешѐнного объѐма. На Нововоронежской АЭС вводятся в эксплуатацию новые сооружении по очистке ливневых, таловых и нефтесодержащих сточных вод. А благодаря прудам охладителям и башенным градирням удалось существенно снизить нагрузку на реку Дон.

В августе на Нововоронежской АЭС подвели итоги экологической работы из-за анализа результатов исследований и расчетов следует, что выбросы тепла и влаги восьми испарительных градирен с рассмотренными геометрическими и физическими характеристиками при климатических условиях, характерных для площадки Нововоронежской АЭС, не будут

132

оказывать существенного влияния на микроклимат прилегающей к ним территории, поскольку среднегодовой прирост наземной температуры и удельной влажности воздуха незначителен. Полученные оценки среднегодовых значений приращений температуры и удельной влажности воздуха в приземном слое атмосферы существенно меньше среднегодовых значений и межгодовой изменчивости этих метеорологических элементов в районе площадки Нововоронежской АЭС. Так, например, среднегодовая температура воздуха для района площадки за последние 17 лет равна плюс 7,3 градуса Цельсия, а межгодовая изменчивость температуры воздуха достигает нескольких градусов (2,2 градуса Цельсия), что много больше максимального приращения температуры воздуха за счѐт выброса тепла из двух башенных испарительных градирен.

Следовательно, можно сделать вывод о том, что башенные испарительные градирни Нововоронежской АЭС-2 не оказывают существенного влияния на микроклимат прилегающих к ним территорий.

Литература

1.Клименко В.В. Введение в энергетику / В.В. Клименко, А.А. Макаров. – М.: Изд.

дом МЭИ, 2009. – 408 с.

2.Брылов С.А. Охрана окружающей среды / С.А. Брылов, Л.Г. Грабчак, В.И. Комащенко. – М.: Изд-во «Высшая школа», 1985. – 272 с.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

E.V. Usova, O.A. Alekhina, V.Yu. Dubanin

INFLUENCE OF COOLING TOWER OF NOVOVORONEZH NUCLEAR POWER PLANT

ON ENVIRONMENT OF SURROUNDING AREA

This article discusses the technical characteristics of the chimney-type cooling tower of Novovoronezh nuclear power plant and their impact on the environment of the adjacent territory

Key worlds: nuclear power plant, chimney-type cooling tower, climate, MPC, environment, NVNPP

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education «Voronezh state technical University»

УДК 577.1

Ю.Н. Шалимов1, М. Лутовац2, Б. Лутовац3, А.В. Руссу4

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРЕДПРИЯТИЙ МАСЛОПЕРЕРАБОТКИ

В работе рассмотрены процессы очистки парофазной воды от веществ, загрязняющих ее состав и ухудшающих технологический процесс производства подсолнечного масла. Сброс такой воды в очистные сооружения запрещен всеми правилами и нормативами органов природоохраны. Очистка производится методом флотации для выноса твердой фазы электролитическим водородом и дополнительной анодной обработкой электролитическим кислородом. Такая комбинированная очистка позволяет на порядок понизить концентрацию веществ ХПК

Ключевые слова: флотация, вещества, химически поглощающие кислород, анодная обработка воды, газогенераторный комплекс, ферментация продуктов жизнедеятельности птицы, гумусный слой почвы

Современные технологии переработки подсолнечника позволяет значительно увеличить выход полезного продукта (масло) с единицы массы исходного сырья. Повышение эффективности технологического процесса обеспечивается путем использования температурной паровой обработки массы. Однако в процессе обработки парофазная система постепенно насыщается компонентами веществ химически поглощающих кислород (ХПК). Определен-

133

ная концентрация веществ ХПК в составе масла резко снижает качество конечного продукта. Кроме того, сброс этих загрязнений в локальные очистные сооружения фактически не приемлем, поскольку микробиологическая очистка стоков становится малорезультативной [1-9].

Корпорация «Эфко» поставила перед нами задачу по устранению недостатков указанной технологии и определению методов их устранения. Наше предположение состояло в том, что одной из причин изменения качества воды могут быть механические включения из твердофазных частиц, остающихся в воде после обработки спрессованной массы. Изменение оптической плотности раствора было установлено экспериментально. Для очистки раствора от механических включений мы использовали флотацию твердофазных частиц электролитическим водородом. Использование электролитического водорода позволяет значительно повысить эффективность очистки растворов от механических включений. Механизм взаимодействия водородного пузырька с твердофазными частицами представлен на рис. 1.

Как следует на рис. 1, степень дисперсности водорода определяет минимальный размер частиц, извлекаемых из раствора. Изменение степени дисперсности электролитического водорода зависит главным образом от плотности поляризующего тока. Это связано с тем, что число центров нуклеации (центров зарождения водородных пузырьков) определяется локальной плотностью тока. Так как вероятность электрохимического взаимодействия (разряда частицы) прямо пропорциональна плотности тока на катоде и их концентрации, то для сохранения этого паритета (постоянство концентрации) нами был использован импульсный метод электролиза.

Основные закономерности для импульсного электролиза определяются из следующего уравнения:

Q= T / τH

Q – скважность импульсного тока; T – период следования импульсов; τН - длительность импульсов.

Максимальное значение Q выбирается из условия τН > τO, где τН – собственное время релаксации иона, определяющее время протекания процесса разряда. На рис. 2 представлена блок-схема установки импульсного тока.

Рис. 1. К механизму флотации твердофазных частиц электролитическим водородом: а – крупный размер пузырька; б – мелкие пузырьки

(оригинальный)

134

Рис. 2. Принципиальная электрическая схема установки импульсного тока: В – выпрямитель; ЭВ – электролитическая ванна; БП – блок питания схемы управления; ИГ – им-

пульсный генератор (оригинальный)

Для повышения эффективности воздействия импульсного тока в установке используется узел ИТП позволяющий снизить затраты от источника тока на перезарядку емкости двойного электрического слоя. Однако ликвидация твердой фракции из состава раствора не устраняет действие растворенных веществ ХПК на физико-химические свойства воды.

Действенный эффект получен нами при очистке технологической параметрической воды методом анодной обработки в специальном реакторе-электролизере, конструкция которого приведена на рис. 3.

Вкачестве материала анода используется стеклоуглеродная сетка с диаметром волокон ~ 50 мкм, выполненная в виде круга. Катод выполнен из такого же материала по аналогичной схеме расположен под анодом на расстоянии 0,2 мм, что обеспечивает возможность электролитического разложения воды по схеме.

Вреакции образования кислорода на аноде молекула O2 образуется из двух атомов O, поэтому даже при малых временах дезинтеграции кислорода атомарный кислород, активно окисляет молекулы веществ ХПК. В качестве одного из факторов, повышающих эффективность действия кислорода, является температура электролита. Установлено, что при температуре +80 °С кислород удаляется из воды наиболее интенсивно (максимальная скорость де-

аэрации). В результате этого воздействия кислорода на молекулы ХПК энергозатраты на очистку воды содержащихся в ней веществ ХПК для электролиза с рабочим объемом 0,1 м3 составляет 250 Вт·час на 1 м3. При этом условии содержание ХПК снижается со 100 % до 10

%.Простота и доступность используемых материалов позволяет решить сложную проблему технологически простыми способами. Применяемый в настоящее время метод очистки с помощью ионообменных мембран оказался менее эффективным и более энергозатратным во времени, а утилизация требует дополнительных затрат.

135

Не менее важной проблемой предприятий маслопереработки является утилизация подсолнечной шелухи. Практикуемое прямое сжигание в печах утилизации наносит серьезный урон окружающей среде. Вынос в атмосферу окислов углерода не единственное воздействие на атмосферу. В состав отходящих газов включен и твердофазный углерод (сажа).

Рис. 3. Конструкция электролизера-реактора для анодной обработки параметрической технологической воды

(оригинальный)

На предприятии «Эфко» ежедневная переработка подсолнечника составляет ~ 80т/сут отходов. Для данного предприятия нами был предложен проект энергетического комплекса переработки отходов производства, работающий по замкнутому технологическому циклу.

В состав комплекса входят:

1.Энергоблок производства тепловой и электрической энергии

2.Предприятия производства топлива.

3. Водоочистные сооружения мясокомбината

4. Предприятия по производству органоминеральных удобрений. Функционально-технологическая схема взаимодействия этих объектов представлена

на рис. 4.

Рис. 4. Функционально-технологическая схема взаимодействия предприятий (оригинальный)

136

Рис. 5. Общий вид установок блока газификации твердого топлива (оригинальный)

Рис. 6. Общий вид ферментера: 1 – реактор; 2 – приемный бункер; 3 – бункер дозатор; 4 – узел загрузки; 5 – узел выгрузки; 6 – узел фасовки готового удобрения; 7 – газопровод

биогаза (метана); 8 – привод вращения; 9 – электрический щит (оригинальный)

Потерю их в почве можно восполнить внесением минеральных удобрений. Но ресурс их работы в почве составляет всего один сезон. В сравнении с ними органоминеральные удобрения на основе куриного помета позволяют увеличить ресурс почв в 5-6 раз в сравнении с минеральными. Вывод напрашивается единственно правильный – птицефермы обеспечивают технологическим сырьем: пометом – ферментеры предприятий-производителей органоминеральных удобрений. Схемы логистики определяются в процессе проектирования. Время ферментации (полный технологический цикл) составляет 7 суток. Температура в реакторе ферментера поддерживается в пределах 50-52 °С.

Удобрения не содержат фитофтору. Рентабельность создания таких комплексов отвечает всем принципам рыночной экономики. Так, например, себестоимость 1 кг органоминеральных удобрений составляет ~ 5-7 руб./кг, для сравнения европейская цена 6-8 евро/кг. Срок окупаемости не более 2-х лет. Основное же преимущество таких комплексов состоит в следующем:

1.Все предлагаемые технологии имеют завершенный цикл переработки отходов производства.

2.Повышают эффективность природопользования.

3.Экологически более безопасны, чем существующие технологии.

138

4.Имеют полное импортозамещение

5.В сравнении с существующими технологиями более просты, экономичны и надеж-

ны.

6.Обеспечивают абсолютную энергонезависимость

7.Создают дополнительные рабочие места для высококвалифицированных кадров.

Литература

1.Бокрис Дж. О'М. Солнечно-водородная энергия. Сила, способная спасти мир / Дж. О'М. Бокрис, Т.Н. Везироглу, Д.Л. Смит. – М.: Изд-во «МЭИ», 2002. – 164 с.

2.Токарев Г.Г. Газогенераторные автомобили / Г.Г. Токарев. – М.: Изд-во «Машгиз», 1955. – 207 с.

3.Шалимов Ю.Н. Использование водорода в реакторах газификации твердого топлива / Ю.Н. Шалимов // Электротехнические комплексы и системы управления. – Воронеж: Изд-во «ЗАО «Воронежский инновационно-технологический центр», 2006. – № 1. – С. 4448.

4.Шалимов Ю.Н. Водород в установках утилизации твердого топлива / Ю.Н. Шалимов, Е.Н. Островская, Ю.В. Литвинов, Е.Л. Харченко // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». – Саров: Изд-во «Научно-технический центр «ТАТА»», 2006. – № 5. – С. 75-77.

5.Патент Горина US 2570543.

6.Мишуров Н.П., Кузьмина Т.Н. Автономные источники энергоснабжения малых форм хозяйствования / Н.П. Мишуров, Т.Н. Кузьмина. – М.: ФГНУ «Росинформагротех»,

2010. – 116 с.

7.Копытов В.В. Газификация твердых топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития / В.В. Копытов // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». – Саров: Изд-во «Научно-технический центр «ТАТА»», 2011. – №6. – С. 29-78.

8.Копытов В.В. Газификация конденсированных топлив: ретроспективный обзор, современное состояние дел и перспективы развития / В.В. Копытов. – М.: Изд-во «ИнфраИнженерия», 2014. – 504 с.

9.Зельдович Я.Б. Теория горения и детонации / Я.Б. Зельдович. – М.: Изд-во АН

СССР, 1944. – 71 с.

10.Шалимов Ю.Н. Получение топлива из отходов предприятий растениеводства для улучшения экологических условий в регионе / Ю.Н. Шалимов, М. Лутовац, Н.С. Кравцов и др. // Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций: сб. ст. по материалам VII Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. уч. 28-29 апр. 2016 г.: в 2-х ч. Ч. 1 / ФГБОУ ВО Воронежский институт ГПС МЧС России. – Воронеж, 2016. – 523 с. – С. 374-380.

1ООО «Георесурс», г.Воронеж

2Академия республики Сербия, г. Белград 3Союзный университет имени Николы Теслы, г. Белград

4ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»

Yu.N. Shalimov1, M. Lutovac2, B. Lutovac3, A.V. Russu4

ENVIRONMENTAL PROBLEMS OF OIL-PROCESSING ENTERPRISES

The work deals with the processes of purification of vapor-phase water from substances polluting its composition and worsening the technological process of production of sunflower oil. The discharge of such water into treatment facilities is prohibited by

139