نیروگاه های برق و آلاینده های آن

بررسی آلاینده‌های نیروگاه 

توسعه صنعت‌برق کشور از سال 1346 شروع شده و همچنان ادامه یافته و هم‌اکنون توانسته است پاسخگوی انرژی مورد نیاز بخش‌های مصرف (خانگی- صنعتی و کشاورزی و خدماتی) باشد.
با توجه به افزایش میزان سرانه تولید انرژی برق و افزایش جمعیت سال 1374 نیاز انرژی الکتریکی برای این جعیت معادل 106*82719 کیلووات ساعت بوده و انرژی حرارتی مورد نیاز معادل 106*206800 کیلوکالری خواهد بود که 90 درصد آن با سوزاندن سوختهای فسیلی به دست خواهد آمد به عبارتی دیگر معادل 22 میلیون تن مازوت برای تأمین کل تولید انرژی سالانه مورد نیاز است.

با توجه به فاکتورهای انتشار آلودگی ناشی از سوخت‌های فسیلی که هم عملاً‌ اندازه‌گیری و هم بطور تئوری محاسبه شده است مقدار بسیار زیادی ذرات معلق و گازهای دی‌اکسید‌گوگرد و اکسیدهای ازت و هیدروکربورها و دی‌اکسیدکربن و منواکسید کربن در هوای مناطق مختلف کشور تخلیه می‌شود.

مطالعات انجام شده در قالب بررسی اثرات زیست‌محیطی نیروگاههای کشور همان طوری که در ا ین مقاله ملاحظه خواهد شد نشان داده است که نیروگاهها با تخلیه آلاینده‌های گازی، ذرات و پسابها باعث آلودگی در محل استقرار شده‌اند لذا جلوگیری و یا کاهش اثرات آلودگی به پیشنهاداتی که در این گزارش برای رفع آلودگی شده است توجه لازم بعمل آید و برای نیروگاههای جدید و یا توسعه نیروگاههای موجود به منظور حفاظت محیط‌زیست، پیش‌بینی‌های لازم انجام گیرد و گزینه بهینه برای کاهش اثرات نامطلوب انتخاب شود.

نیروگاههای مولد برق و انواع آن

نیروگاهها محل تبدیل انرژی سوخت (شیمیایی) به انرژی الکتریکی است. اساس کار نیروگاههای حرارتی بر تبدیل انرژی حرارتی حاصل از سوخت ذغال‌سنگ- نفت- مازوت- گازوئیل- گاز یا انرژی حرارتی ناشی از فعل و انفعالات هسته‌ای به انرژی الکتریکی قرار دارد. مخازن نفت خام یا گازهای تولید شده در پالایشگاه و یا در فرآیندهای شیمیایی قابل دسترس است.

انواع سوخت نیروگاههای حرارتی

سوخت گازی

سوخت گازی یکی از تمیزترین نوع سوخت در حال حاضر شناخته شده است این نوع سوخت بصورت گاز طبیعی در مجاورت مخازن نفت خام یا گازهای تولید شده در پالایشگاه و یا در فرآیندهای شیمیایی قابل دسترس است. گاز طبیعی بهترین سوخت، آماده مصرف است که ترکیبی از متان (4CH) به میزان 80 تا 90 درصد و 20 تا 10 درصد بقیه آن عمدتاً ‌اتان و دیگر گازها از جمله پروپان بوتان و نیتروژن است. ناخالص‌هایی مانند دی‌اکسید‌کربن و دی‌هیدروژن سولفور (2(SH و ترکیبات آلی سولفور به میزان یک درصد نیز در گاز طبیعی موجود است. گاز مورد مصرف نیروگاهها از طریق لوله‌های گاز تحت فشار به محل نیروگاه انتقال داده می‌شود و پس از تقلیل فشار گاز و عبور از سیکلون‌ها در مجاورت محل مصرف مستقیماً‌به مشغل‌ها منتقل می‌شود.

سوخت مایع

سوخت مایع که از طریق تقطیر، کراکینگ یا مخلوطی از آنها به دست می‌آید که نوع سبک آن گازوئیل و نوع نیمه سنگین آن مازوت است مازوت که یکی از پس‌مانده‌های پالایش نفت است که دارای پایین‌ترین کیفیت از نظر سوخت و بالاترین درجه در آلوده‌سازی هوا است در حال حاضر 30 تا 40 درصد از تولید پالایشگاه ایران مازوت است. مواد اصلی تشکیل‌دهنده نفت کوره ترکیبات پارافنیک، پارافین‌ها (2N-2(CH الفین‌های خطی N2CNH نفتن‌ها (الکانهای حلقوی و ترکیبات آروماتیک است گروگرد و خاکستر نیز از مواد زائد موجود در نفت کوره هستند ارزش حرارتی نفت کوره بطور متوسط 9230 کیلوکالری بر کیلوگرم است.

در صورتی که نفت کوره بیش از 5/0 درصد وزنی سولفور داشته باشد مسائل خوردگی جدی و مشکل رسوب‌گذاری بر صفحات انتقال حرارت را همراه خواهد داشت خاکستر موجود در نفت کوره موجب از بین رفتن مواد نسوز جدارهای کوره خواهد بود.

سیستم‌های اصلی نیروگاههای حرارتی که از نظر آلوده‌سازی دارای اهمیت هستند:

 بویلر


بویلر مهمترین قسمت یک نیروگاه بخاری است که شامل درام‌ها- سوپرهیترها- ری‌هیترها- اکونومایز- تجهیزات کمکی آن، دمنده‌های هوا- گرمکن‌ها- جمع‌کننده خاکستر دی‌سوپرهیتر و ... است. بویلرها بصورت زیر دسته‌بندی می‌شوند.

بویلرها از لحاظ شکل ظاهری و ساختمانی به دو قسمت تقسیم می‌شوند.

بویلرهای بدون پوشش،‌بویلرهای با پوشش که بیشتر در مناطق سردسیر برای جلوگیری از اتلاف حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ازنظر سیکل آب و بخار بویلرهایی که بالای نقطه بحرانی و زیر نقطه بحرانی کار می‌کند.

بویلرهای درام دار و بدون دارم

بویلرهای یک بار گذر و چند بار گذر

بویلرهای با گردش آب طبیعی و گردش آب اجباری

از لحاظ محوطه احتراق یک عبور و دو عبوره تحت خلاء و تحت فشار

مشعل‌ها

مشعل‌ها از دو قسمت اصلی تشکیل شده‌اند:

الف- اتمایزر که سوخت ورودی را توسط بخار یا هوا و با فشار خود سوخت به شکل پودر در‌می‌آید.

ب- تنظیم‌کننده‌های هوا که هوای لازم برای احتراق را تامین می‌کنند.

قسمت اتمایزر در وسط مشعل قرار گرفته و ثابت‌کننده‌های هوا دور تا دور آن قرار دارند و دارای دمپرهای تنظیم‌کننده هوا به طرف کوره است. دسته‌بندی مشعلها بر اساس سوخت مصرفی به صورت زیر است.

مشعلهای سوخت مایع

اکثر سوخت‌ها در فاز مایع به سختی محترق می‌شوند. بدین علت احتراق باید در فاز بخار صورت گیرد بنابراین اولین وظیفه مشعل ایجاد شرایط تبخیر یا تولید ذرات زیرسوخت مایع است. بطوری که سوخت به ذرات ریز در حد میکرون تبدیل و به محفظه احتراق پرتاب می‌شوند. بر اساس نحوه پودر کردن سوخت مشعلها به انواع زیر تقسیم‌بندی می‌شوند.

مشعل پودرکننده بخار آب

مشعل با پودرکننده هوا

مشعل با پودرکننده مکانیکی

فن‌ها

فن‌های دمنده هوا- مکنده هوا- فن‌گردش دهنده گاز

پارامترهایی که در اندازه‌گیری گازهای خروجی از دودکش مهم است به شرح زیر

دمای گاز دودکش FT

این دما در مرکز جریان گاز دودکش (مرکز فلو) اندازه‌گیری می‌شود در مرکز فلو مقداری دی‌اکسید کربن (2(CO و دما ماکزیمم و مقدار اکسیژن مینیمم است.

منواکسید کربن CO

در نیروگاههای گازسوز میزان غلظت گاز منو اکسید کربن توسط سنسور اندازه‌گیری می شود. غلظت CO در گاز دودکش در این نوع نیروگاهها ثابت نیست در رسته‌های مخصوص وجود می‌آیند از این رو پراب mltihol برای اندازه‌گیری و متوسط‌گیری مقدار منواکسیدکربن که از کانال دودکش عبور می‌کند به کار برده می‌شود.

اکسیدهای نیتروژن

با اندازه‌گیری و کنترل اکسیدهای نیتروژن روش برای کاهش اکسیدهای نیتروژن که از کوره‌ها در مرحله احتراق خارج می‌شود به دست می‌آید اکسیدهای نیتروژن شامل منواکسید نیتروژن (NO) و دی‌اکسید نیتروژن (2(NO است،‌منواکسید نیتروژن را با دی‌اکسید نیتروژن اندازه‌گیری کرده و جمع آنها معادل NOX خواهد بود.

(2NO+(NOX=NO از آنجایی که دی‌اکسیدنیتروژن گاز قابل حل در آب است. بنابراین برای تعیین دی‌اکسید نیتروژن باید همواره از گاز دودکش خشک استفاده کرد در غیر این صورت مقدار دی‌اکسید نیتروژن که در رطوبت تراکم حل نشده اندازه گرفته شود.

اندازه‌گیری 2SO

دی‌اکسیدسولفور موجود در گاز دودکش از سوخت‌های گوگردی از قبیل نفت- ذغال‌سنگ و یا مخلوطی از این سوخت‌ها ناشی می‌شود که مقدار کمی در آب حل می‌شود. چنانچه دمای گاز تا زیرنقطه شبنم بخار آب تنزل کند احتمال می‌رود که اسید سولفوریک تولید می‌شود. از این رو دودها در کانال دودکش بالا می‌روند و باعث آلودگی شدید می‌شوند.

به علت قابل حل بودن 2SO در آب باید از گاز دودکش خشک استفاده شود و قبل از اندازه‌گیری گاز را با دستگاه خشک کرد.

در جایی که غبار در گاز دودکش وجود دارد چون این بخار باعث گرفتگی سنسور 2SO می‌شود باید حتماً‌از فیلتر استفاده کرد سپس اندازه‌گیری شود.


اندازه‌گیری 2COدی‌اکسیدکربن موجود در گاز دودکش به عنوان مشخصه‌ای برای کیفیت (راندمان) کوره است حرارت اتلافی گاز دودکش در صورتی که مقدار 2CO حتی‌الامکان بالا باشد و همچنین میزان هوای اضافی آن اندک باشد. کمترین مقدار خواهد بود هر کدام از سوختها دارای ماکزیمم مقداری برای 2CO موجود در گاز دودکش است که البته در عمل دست نیافتنی است.

اندازه‌گیری میزان نسبت هوا

اکسیژن مورد نیاز برای احتراق در بویلر توسط هوای احتراق فراهم می‌آید. برای رسیدن به احتراق کامل هوای مورد نیاز واقعی باید از مقدار تئوری آن بیشتر باشد.

راندمان خالص (Net effiqency)

راندمان خالص راندمانی است که در آنالیز گاز دودکش محاسبه می‌شود. البته هنگامی که هیچگونه بخار آبی وجود نداشته باشد و حرارت در گاز دودکش محسوس باشد. پس برای محاسبه راندمان خالص باید از مقدار گرمای خالص ایجاد شده توسط سوخت استفاده کرد.

راندمان غیرخالص

راندمانی است که در آنالیز گاز دودکش محاسبه می‌شود البته در صورتی که در گاز دودکش حرارت نهایی بخار آب وجود داشته باشد بنابراین برای محاسبه گاز دودکش که هدر رفته باید از مقدار گرمای غیرخالص ایجاد شده توسط سوخت استفاده شود.

اندازه‌گیری آلاینده‌های هوا در دود خروجی دودکش‌های نیروگاههای سیکل ترکیبی

هدف اندازه‌گیری‌ میزان آلاینده‌های موجود در هوای خروجی از دودکشها و مقایسه با استانداردها در جهت ارزیابی کیفیت هوا و در صورت لزوم اتخاذ استراتژی مناسب جهت حذف یا کاهش آلودگی و رساندن حد آلودگی به میزان مجاز در جهت حفظ و صیانت محیط‌زیست پیرامون نیروگاه است.

این سنجش‌ها با هماهنگیهای قبلی با نیروگاه مورد نظر به منظور استقرار سیستم‌های مدیریت کیفیت زیست‌محیطی (14001و مدریت کیفیت ایمنی و بهداشت (ISO صورت پذیرفته است.

شرایط عمومی آماده‌سازی برای نمونه‌برداری

تاریخ .................................................

مکان: نقاط مورد لزوم که عبارتند از خروجی‌های بویلر و توربین

زمان: از ساعت 8 صبح لغایت 16 بعدازظهر

دستگاه اندازه‌گیری:

دستگاه اندازه‌گیری گازهای خروجی از دودکش است تستو مدل 350 استفاده شد.

روش کالیبراسیون:

دستگاه سنجش گازهای خروجی از دودکش‌ها که گواهی کالیبراسیون معمولاً همراه دارد.

منطقه مورد اندازه‌گیری:

با توجه به ارزیابی زیست‌محیطی حاصل از این سنجش‌ها کلیه خروجیهای دودکشها مورد سنجش و ارزیابی قرار گرفته است.

روش اندازه‌گیری:

پراب اندازه‌گیری در مرکز خروجی دودکش فیکس کرده و نتایج آنالیز دریافت شد.

استاندارد مورد استفاده:

دفتر بررسی آلودگی هوا ضوابط و استانداردهای زیست‌محیطی انتشارات حفاظت محیط‌زیست 1382

بحث و نتیجه‌گیری

اندازه‌گیری مواد آلاینده خروجی از دودکش نیروگاه که میزان آلاینده موجود در محل اندازه‌گیری که ارتفاع آخر دودکش است با استانداردهای خروجی از دودکش کارخانجات و کارگاههای صنعتی مطابقت داشته و در شرایط قابل قبول قرار داشت.

شرح تفصیلی تحلیل و نتایج اندازه‌گیری

دود خروجی از دودکش نیروگاه نشان می‌دهد که احتراق در این نیروگاه کامل بوده و در خروجی دودکش بویلر آنچه که وارد محیط‌زیست می‌شود در حد استاندارد است. از نظر آلاینده‌های دیگر همچنین 2CO و 2SO و NOX نیز میزان اندازه‌گیری شده پایین‌تر از حد مجاز مطابق با استاندارد محیط‌زیست بوده و از این نظر خطر آلودگی محیط‌زیست را به همراه ندارد. لازم به توضیح است بطور معمول نیروگاه گازسوز است آلاینده‌ 2SO زمانی‌ که گازسوز است در دود خروجی مقدار 2SO بین PPM4-12 مشاهده می‌شود.

ولی زمانی که سوخت به گازوئیل تغییر پیدا می‌کند مقدار 2SO به PPm96-102 می‌رسد اگر چه از حد استاندار PPm 800 خیلی پایین‌تر است ولی چرخش هوا و رطوبت موجود در هوا باعث می‌شود مقدار 2SO در نقاط مختلف نیروگاه پخش شود و اثرات جانبی بجا بگذارد. لذا حتی‌المقدور از سوخت مایع نباید استفاده کرد. مصرف زیادتر از حد گازوئیل می‌تواند موجب افزایش 2SO احتمالاً‌عدم انطباق با شرایط استاندارد را به دنبال داشته باشد. لذا پیشنهاد می‌شود ضمن کنترل میزان مصرف گازوئیل هر از گاه آنالیز سوخت مصرفی در نیروگاه انجام گیرد.

برای پیشگیری از مسائل آلودگی در نیروگاهها اعمال مدیریت در کنترل آلودگی هوا به شرح زیر است:

1- تغییر در شرایط کار و تجهیزات و احتراق و سیستم کنترل مشعلها

2- احتراق با هوای اضافی اپتیمم به منظور کاهش CO و NOX

3- تغییر شرایط سوخت با روش گردش مجدد گاز دودکش

4- بکارگیری تکنیک‌های جریان (کنترل اختلاط هوا و سوخت)

5- استفاده از مشعل‌های LNB با میزان کم‌آلودگی NOX

6- قابل توجه که در فصول مختلف سال اندازه‌گیری‌های یکسان نخواهد بود