بخشی از مقاله
بررسي راهکارهاي کاهش اثرات زيست محيطي نيروگاههاي حرارتي ( مطالعه موردي: نيروگاههاي سيکل ترکيبي)
چکيده
استفاده از منابع انرژي از قبيل سوختهاي فسيلي علارغم تسهيلات فراواني که براي جوامـع بشـري بـه ارمغـا آورده است ، با معضلاتي از قبيل تغيير شرايط اقليم ، اثرات گلخانه اي،گرمايش جهاني، بارش بارانهـاي اسـيدي و ايجاد مواد سرطانزا همراه شده است . بخشهاي عمده مصرف کننـده سـوختهاي فسـيلي عبارتنـد ز صـنايع يـا کارخانجات ، صنايع گرمايشي خانگي و تجاري، وسايل نقليـه موتـوري و نيروگاههـا هسـتند کـه در ايـن ميـان نيروگاهها بيشترين سهم مصرف سوختهاي فسيلي را به خوداختصاص داده اند. بررسيهاي حاکي از آن است که وابستگي نيروگاهها به سوخت فسيلي تا سال ٢٠٥٠ ميلادي يعني بيش از ٤٠ سال ديگر ادامـه خواهـد داشـت .
نيروگاه هاي حرارتي از پرکاربردترين و مهمترين نيروگاه هاي متدوال در جهان و ايران هستند. اين نيروگاه هـا مبدل هايي هستند که انرژي نهفته در سوخت هاي جامد، مايع ،گازي ويا سوخت هاي هسـته اي را بـه انـرزي برق تبديل مي کنند. نيروگاه هاي حرارتي، طيف وسيعي از نيروگاه ها را در بر مي گيرند کـه از آن جملـه مـي توان به نيروگاه هاي بخاري، گازي، چرخه ترکيبي، ديزلي و هسته اي اشاره نمود. عمده اثرات زيسـت محيطـي نيروگاهها آلودگي هوا، آب و خاک ميباشد. علت اصلي آلودگي هوا را مي توان در ناخالصـي يـا احتـراق نـاقص سوخت جستجو نمود که طي آن بر اثر عدم سوخت رساني کامـل يـا نسـبت نامناسـب هـوا و سـوخت ، پـس احتراق ، آلاينده هاي مختلف به جو راه مي يابند. آلودگي آب ناشي از توليد فاضلابهاي نمکـي، حرارتـي، سـمي فاضلابهاي آلوده به روغن ، فاضلابهاي بهداشتي و هرز آبها و آلودگي خاک نيز مربوط به مواد زايـد و زبالـه هـايي است که در محوطه نيروگاهها ايجاد ميشود.در اين مقاله ضمن بررسي انواع آلودگي هاي نيروگاههـاي حرارتـي به بررسي انواع آلاينده هاي نيروگاههاي سيکل ترکيبي، منابع توليد و روشهاي کنترل آنها خواهيم پرداخت .
کلمات کليدي:
نيروگاه ، حرارتي، سيکل ترکيبي، اثرات زيست محيطي
١. مقدمه
از اواخر قرن نوزدهم ، بشربراي توليد الکتريسيته از نيروگاه هاي حرارتي استفاده مي کند. دراين نيروگاها ابتدا زغال سنگ مصرف مي شد و بعدها فرآورده هاي سنگين نفتي مورد استفاده قرارگرفت . اساس کار اين نيروگاه ها برگرم کردن آب تا حالت بخار است و سپس بخارهاي توليد شده توربين هاي توليد کننده الکتريسيته رابه حرکت درمي آورند. عيب اين نوع نيروگاه ها توليد گازکربنيک فراوان و اکسيدهاي ازت وگوگرد است که درجو زمين رها شده ومحيط زيست را آلوده مي سازد.
دانشمندان براين باورند که دراثر افزايش اين گازها در جو زمين اثرگلخانه اي به وجودمي آيد و دماي کره زمين درحال افزايش است .
در يک نيروگاه حرارتي انرژي مکانيکي مورد نياز براي به حرکت در آوردن مولدها به وسيله حرارتي که معمولاً از سوختن سوخت ها به وجود ميآيد تامين ميشود. بيشتر نيروگاه هاي حرارتي (در حدود ٨٦ درصد آنها) از بخار براي انتقال حرارت و ايجاد انرژي مکانيکي استفاده ميکنند و به همين دليل اين نيروگاه ها را نيروگاه هاي بخاري نيز مينامند.نيروگاه هاي حرارتي از پرکاربردترين و مهمترين نيروگاه هاي متدوال در جهان و ايران هستند. اين نيروگاه ها مبدل هايي هستند که انرژي نهفته در سوخت هاي جامد، مايع ،گازي و يا سوخت هاي هسته اي را به انرزي برق تبديل مي کنند. نيروگاه هاي حرارتي، طيف وسيعي از نيروگاه ها را در بر مي گيرند که از آن جمله مي توان به نيروگاه هاي بخاري، گازي، چرخه ترکيبي، ديزلي و هسته اي اشاره نمود. نوع بسيار متداول نيروگاه هاي حرارتي، نيروگاه هاي بخار مي باشد. در اين نوع نيروگاه ، با مشتعل شدن سوخت فسيلي، آب سيکل ، به بخار تبديل مي شود. سپس انرژي بخار توليدي، سبب چرخش توربين و در نهايت توليد انرژي برق مي گردد. تفاوت اساسي نيروگاه هاي گازي با بخاري در آن است که سيال سيکل توربين گازي، هواي محيط مي باشد.
اما نيروگاه هاي چرخه ترکيبي، متشکل از واحد هاي گازي وبخاري مي باشند که در آنها، به منظور افزايش بازده کل حرارتي وباز يافت بخشي از انرژي باقيمانده در گازهاي خروجي از توربين هاي گازي، اين گازها را به يک ديگ بخار بازيافت هدايت مي کنند. بخار حاصل از اين طريق ، توربين بخاري را به گردش در مي آورد.
اولين نيروگاه چرخه ترکيبي در سال ١٩٥٠ ايجاد و در سالهاي دهه ١٩٧٠ رشد سريعي پيدا کرد. در چرخه ترکيبي، از هر دو توربين بخار و گاز براي توليد قدرت و اعمال آن به شبکه استفاده مي شود. به فرايندي که در دماي منبع گرم از توربين گازي و در دماي منبع سرد از توربين بخار استفاده شود، چرخه ترکيبي گفته مي شود. ايده ايجاد چرخه ترکيبي براساس افزايش راندمان نيروگاه گازي با استفاده از حرارت تلف شده از گازهاي خروجي توربين بخار بوجود آمد، که اين کار با استفاده از واحد بازياب انجام مي شود. اين واحد ٦٠-٧٠ درصد انرژي ورودي به نيروگاه را که ممکن است به هدر رود به چرخه نيروگاه باز مي گرداند.
يکي از پرکاربرد ترين نيروگاه ها در کشور ما نيروگاهاي سيکل ترکيبي هستند. اين نيروگاه از ترکيب دو نيروگاه حرارتي و گازي تشکيل شده است . نيروگاه سيکل ترکيبي به مراتب داراي راندماني بالاتر از نيروگاه حرارتي است و يکي ديگر از مشخصه هاي خوب آن اين است که خيلي زود وارد مدار مي شود.
از مهم ترين اثرات زيست محيطي نيروگاهها انتشار گازهاي گلخانه اي به ويژه گاز دي اکسيد کربن و گازهاي اسيدي
(گاز اسيد سولفوريک )، اکسيد ازت و ذرات معلق و پسابهاي صنعتي آلوده به فلزات سنگين و ساير آلاينده ها است .آلودگي آب ناشي از توليد فاضلابهاي نمکي، حرارتي، سمي، فاضلابهاي آلوده به روغن ، فاضلابهاي بهداشتي و هرز آبها ، آلودگي خاک نيز مربوط به مواد زايد و زباله هايي که در محوطه نيروگاهها ايجاد ميشود.
سوخت گاز يکي از پاکترين انواع سوخت نيروگاهي است که تغيير سيستم احتراق نيروگاهها و جايگزين کردن سوخت
گاز با سوختهاي مايع سنگين (نفت کوره ) سبب شده تا به ميزان زيادي از توليد دياکسيدکربن نيروگاهي کاهش پيدا کند.
جدول (١) پيامدهاي منفي ناشي از نيروگاههاي حرارتي و راههاي مقابله با آن و شکل (١) شبکه تاثيرات محيط
زيستي نيروگاهها را به اختصار نشان مي دهد.
. آلاينده هاي نيروگاههاي سيکل ترکيبي
١.٢. آلودگي هوا
عمده ترين آلاينده هاي ناشي از احتراق گاز شامل اکسيدهاي نيتروژن ، اکسيدهاي کربن ، ذرات معلق ، دي اکسيد گوگرد و هيدروکربن و آلاينده هاي منتشره از احتراق گازوئيل بسيار شديدتر بوده و به ترتيب اهميت شامل دي اکسيد گوگرد، اکسيدهاي نيتروژن ، ذرات معلق ، هيدروکربنها و منواکسيدکربن است .
بيش از ٩٥% اکسيدهاي نيتروژن متشکله در نيروگاهها را منواکسيد نيتروژن (NO) تشکيل مي دهد. اکسيدها گوگرد شامل ترکيبات مختلف گازي از قبيل منوکسيد سولفور (SO) ، دياکسيد سولفور (SO٢) ، ترياکسيد سولفور (SO٣) تترا اکسيد سولفور (SO٤) و هپتو اکسيد سولفور (SO٢٧) مي باشند. در مطالعه آلودگي هوا، دياکسيد سولفور و ترياکسيد سولفور حائز بيشترين اهميت است .
٢.٢. پسابها
در يک نيروگاه چرخه ترکيبي انواع پسابهاي زير ممکن است توليد گردند:
- آبهاي خنک کننده که ممکن است عامل آلودگي حرارتي يا برخي مواد شيميايي و کلر در آبهاي طبيعي گردند.
- پسابهاي ناشي از واحد تصفيه آب و واحد زلال سازي آب کندانسور (حذف کدورت و مواد معلق , حذف سختي, بي
يون کردن آب , ...)
- پسابهاي آلوده به مواد نفتي و سوختي
- پسابهاي ناشي از شستشوي سطوح خارجي (بخش گاز, لوله هاي بويلر, پيش گرمکنها، سوپرهيترها، اکونومايزر و
کوره
- پسابهـاي نـاشـي از شستـشوي شـيمـيايي (با اسـيد يا قلـيا) لوله هاي بويلر, سوپر هيترها, اکونومايزر, ...
- پسابهاي انساني
- پسابهاي شستشوي واحدها و رواناب سطحي ناشي از آب باران
- پسابهاي ناشي از سيستم تصفيه و گوگردزدايي دود خروجي در صورت وجود سيستم تصفيه دود
٣.٢. مواد زائد
مهمترين زايدات جامد و نيمه جامد نيروگاهها از ديد منبع توليد عبارتند از:
- مواد زائد ناشي از احتراق سوخت
- لجنهاي ناشي از تصفيه و پسابهاي شستشوهاي شيميايي سطوح داخلي لوله هاي بويلر، اکونومايزر، سوپرهيترها،
چگالنده ها و جامدات خشک ناشي از آبگيري اين رسوبات و لجنها
- مواد زائد ناشي از سيستم گردش و تصفيه آب
- مواد زائد ناشي از زباله هاي انساني
- لجنهاي ناشي از تصفيه پساب بهداشتي (انساني)
- انواع زايدات متفرقه نظير قراضه هاي آهن و فلزات ديگر، سيم و کابل هاي مسي
- زايدات و ترکيبات روغني بدست آمده از واحدهاي مختلف در جداکننده هاي آب و روغن
