Страница 52 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Задание 9. Какие меры предпринимаются для снижения уровня загрязнения воздуха, которое возникает в результате сгорания топлива на теплоэлектростанциях? Соберите необходимую информацию, используя дополнительную литературу или Интернет.

Для снижения уровня загрязнения воздуха от сжигания топлива на теплоэлектростанциях (ТЭС) применяется комплексный подход, включающий меры на разных стадиях технологического процесса. Эти меры можно разделить на три основные группы: до сжигания топлива, во время сжигания и после сжигания (очистка дымовых газов).

1. Меры, принимаемые до сжигания топлива (подготовка топлива)

Цель этого этапа – улучшить качество сжигаемого топлива, чтобы уменьшить образование вредных веществ изначально.

• Переход на более чистые виды топлива: Замена угля с высоким содержанием серы и золы на низкосернистый уголь, а в идеале – на природный газ. Природный газ является самым экологически чистым ископаемым топливом, при его сжигании образуется значительно меньше оксидов серы ($SO_2$), оксидов азота ($NO_x$) и твердых частиц.
• Обогащение угля: Перед сжиганием уголь подвергают специальной обработке (промывке), в ходе которой из него удаляется значительная часть негорючих минеральных примесей (породы) и серы. Это снижает количество образующейся золы и выбросов $SO_2$.
• Газификация твердого топлива: Преобразование угля в горючий газ (синтез-газ). Очистить газ от серы и других примесей до его сжигания технологически проще и дешевле, чем очищать дымовые газы после сгорания угля.

2. Меры, принимаемые во время сжигания топлива (оптимизация процесса горения)

На этом этапе изменяют сам процесс сжигания, чтобы минимизировать образование вредных веществ, в первую очередь оксидов азота.

• Сжигание в кипящем слое (КС): Топливо сжигается в слое инертного материала (например, песка), который поддерживается во взвешенном состоянии ("кипит") потоком воздуха. Этот метод имеет два ключевых преимущества:
  • Сгорание происходит при более низких температурах (800–900 °C) по сравнению с традиционными топками (1300–1500 °C), что резко снижает образование "термических" оксидов азота ($NO_x$).
  • В слой можно добавлять известняк ($CaCO_3$), который непосредственно в процессе горения связывает оксиды серы ($SO_2$), превращая их в сульфат кальция ($CaSO_4$, гипс), который удаляется вместе с золой.
• Использование горелок с низким уровнем выбросов $NO_x$: Специальная конструкция горелок обеспечивает ступенчатую подачу воздуха в зону горения. Это создает зоны с недостатком кислорода, что подавляет реакции образования $NO_x$.
• Ступенчатое сжигание: Подача воздуха в топку осуществляется в несколько этапов. Это позволяет контролировать температуру и концентрацию кислорода на разных стадиях горения, снижая образование $NO_x$.

3. Меры, принимаемые после сжигания топлива (очистка дымовых газов)

Это наиболее распространенная и эффективная группа методов, направленная на улавливание загрязняющих веществ из дымовых газов перед их выбросом в атмосферу через дымовую трубу.

• Очистка от твердых частиц (золы):
  • Электростатические фильтры (электрофильтры): Самый распространенный метод. Частицы золы в потоке газа получают электрический заряд и затем притягиваются к осадительным электродам с противоположным зарядом. Эффективность достигает 99% и более.
  • Рукавные (тканевые) фильтры: Газы пропускаются через фильтровальную ткань (подобно гигантскому пылесосу), которая задерживает твердые частицы. Обладают очень высокой эффективностью.
  • Мокрые скрубберы: Для улавливания золы используется распыленная жидкость (чаще всего вода). Поток газа промывается, и частицы улавливаются каплями.
• Очистка от оксидов серы ($SO_2$) (сероочистка):
  • Мокрая известняковая очистка: Дымовые газы пропускаются через абсорбер, где их орошают суспензией известняка ($CaCO_3$). В результате химической реакции $SO_2$ связывается, образуя гипс ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$), который является товарным продуктом и используется, например, в строительстве. Реакция: $CaCO_3 + SO_2 \rightarrow CaSO_3 + CO_2$, затем $CaSO_3 + \frac{1}{2} O_2 \rightarrow CaSO_4$.
• Очистка от оксидов азота ($NO_x$) (азотоочистка):
  • Селективное каталитическое восстановление (СКВ): Наиболее эффективный метод (удаление до 95% $NO_x$). В дымовые газы перед прохождением через специальный катализатор впрыскивается аммиак ($NH_3$) или мочевина. В результате $NO_x$ восстанавливается до безвредного азота ($N_2$) и воды ($H_2O$). Реакция: $4NO + 4NH_3 + O_2 \rightarrow 4N_2 + 6H_2O$.
  • Селективное некаталитическое восстановление (СНКВ): Аммиак или мочевина впрыскиваются непосредственно в высокотемпературную зону котла (без катализатора). Метод менее эффективен, чем СКВ, и работает в узком диапазоне температур.

4. Общие и организационные меры

• Повышение эффективности ТЭС: Чем выше КПД станции, тем меньше топлива нужно сжечь для выработки того же количества энергии, а значит, и меньше будет выбросов. Использование парогазовых установок (ПГУ) и когенерации (одновременная выработка тепла и электроэнергии) значительно повышает общую эффективность.
• Рассеивание выбросов: Строительство высоких дымовых труб (до 300-400 метров) не уменьшает общее количество выбросов, но способствует их рассеиванию в верхних слоях атмосферы, что снижает концентрацию вредных веществ у поверхности земли вблизи станции.
• Непрерывный мониторинг выбросов: Установка автоматических систем контроля на дымовых трубах позволяет в реальном времени отслеживать концентрацию загрязняющих веществ и оперативно реагировать на превышения нормативов.

Ответ: Для снижения загрязнения воздуха от ТЭС предпринимаются следующие основные меры: 1) предварительная подготовка топлива (переход на газ, обогащение угля); 2) оптимизация процесса сжигания для минимизации образования вредных веществ (сжигание в кипящем слое, специальные горелки); 3) многоступенчатая очистка дымовых газов после сжигания с помощью электрофильтров (от золы), систем сероочистки (от $SO_2$) и систем каталитического восстановления (от $NO_x$); 4) повышение общей эффективности станций и рассеивание выбросов через высокие дымовые трубы.