Эколого-энергоресурсосберегающее устройство по утилизации низкопотенциального тепла ТЭЦ для таяния снега с целью решения экологических проблем реки Енисей

There has been developed and patented ecologic and energy saving technology to utilize water waste heat from the thermal power station after cooling the steam turbines condensers for snow melting. The introducing of this technology will ensure to solve the following problems of the city of Krasnoayarsk:

• to significantly reduce the Yenisey river pollution;

• to ensure low-cost and efficient snow melting at the expense of utilizing enormous quantity of low po­tential heat from the thermal power station;

• to decrease the costs of snow removal and snow waste piling

Ежегодно г. Красноярск сталкивается с проблемой уборки снега и вывоза его за чер­ту города на специальные снегоотвалы. При таянии снега в реку Енисей попадает огромное количество вредных для здоровья человека ве­ществ.

ТЭЦ г. Красноярска сбрасывают до 18 000 м³/час воды с температурой до 25 ^оС в р. Ени­сей после охлаждения конденсаторов паровых турбин, тем самым увеличивая тепловое загряз­нение.

Таким образом, актуальной задачей являет­ся создание эколого-энергосберегающей техно­логии для таяния снега с использованием тепла оборотной системы водоснабжения ТЭЦ.

На кафедре ТЭС ПИ СФУ была разработана и запатентована [1] эколого-энергосберегающая технология использования сбросной воды ТЭЦ для организации таяния снега, принципиальная схема которой представлена на рис 1.

Данное устройство состоит из обогреваемо­го приемного бункера 1, расположенного ниже уровня земли. Он представляет собой прямоу­гольный корпус с двойной стенкой, с проточной системой нагрева. Между наружной и внутрен­ней стенками нижней части приемного бункера установлена поперечная перегородка 3, ниже которой внутренняя стенка бункера представ­ляет собой перфорированную ленту 4. Душевой коллектор 2 выполнен в виде закольцованной трубы, размещенной вдоль всего периметра вну­тренней стенки верхней части приемного бун­кера. По всей длине коллектора расположены разбрызгивающие сопла 5 под углом, направ­ленным в центр приемного бункера. На днище бункера размещены в плотном контакте съемные контейнеры 6 прямоугольной формы с перфорированными стенками. Верхние торцы контейне­ров окантованы уголками с проушинами. Над за­грузочным окном приемного бункера располага­ется тельфер, с помощью которого производится подъем контейнеров для очистки их от мусора. Загрузочное окно приемного бункера накрыто съемной решеткой 7 для предварительного из­мельчения снега и отбора крупного мусора.

Рис.1. – Принципиальная схема снеготаялки: 1 – приемный бункер; 2 – душевой коллектор; 3 – поперечная перегородка; 4 – перфорированная внутренняя стенка бункера; 5 – разбрызгивающее сопло; 6 – контейнер с перфорированными стенками; 7 – съемная решетка; 8 – уровень земли; 9 – подача теплой сбросной воды от ТЭЦ; 10 – сброс охлажденной воды от ТЭЦ; 11 – сброс воды в канализацию

Принцип действия снеготаялки заключа­ется в следующем. С помощью насоса в про­странство между стенками и на душевой кол­лектор подается сбросная теплая вода от ТЭЦ, тем самым обогревая приёмный бункер, куда через загрузочные окна из самосвалов загружа­ется снег, удаляемый с городских территорий. Так как внутренняя стенка приемного бункера выполнена с наклоном, превышающим угол естественного откоса, снег, нагреваясь от вну­тренней стенки бункера, перемещается в съем­ные контейнеры и попадает под «душ» теплой воды из сопел душевого коллектора, вследствие чего происходит интенсивное таяние снега.

Растаявший снег вместе со сбросной водой удаляется через перфорированные стенки кон­тейнеров, при этом мусор, оказавшийся в снеге, задерживается в контей­нерах. Далее вода через внутреннюю перфориро­ванную стенку бункера поступает в грязесбор- ник, из которого грязь пе­риодически отсасывается илососом, а осветленная вода через перелив посту­пает в канализацию для последующей очистки.

Выполнение перфо­рированной решетки по всему периметру нижней части внутренней стен­ки бункера исключает ее заиливание.

Внедрение предлага­емой технологии утилиза­ции сбросного тепла воды от ТЭЦ после охлаждения конденсаторов паровых турбин для использо­вания таяния снега, на­правленной на выполнение Государственной программы «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на 2011-2012 годы», позволит решить следующие проблемы г. Красноярска:

• значительно снизить загрязнение реки Енисей;

• обеспечить малозатратное и эффектив­ное таяние снега за счет утилизации огромного количества низкопотенциального тепла от ТЭЦ;

• снизить затраты на вывоз снега и соору­жение снегоотвалов.

К малым рекам в географии относятся реки с водосбором не свыше 2000 км² или имеющие длину не более 100 км. В гидроло­гическом и экологическом отношении малые реки изучены значительно хуже, чем большие. Если говорить о малых реках Красноярского края, то многие из них вообще не изучены. По территории края (без учета бассейна р. Анга­ры) протекает около 70 тыс. рек длиной 100 км и менее, что составляет более 99 % обще­го количества всех типов рек этого огромного региона. Однако (по приблизительным под­счетам) только 135 малых рек имели или име­ют стационарные пункты гидрометрических наблюдений. Из этого количества более 60 % малых рек расположены в южной части Крас­ноярского края [3].

Как верхние части речной сети, малые реки играют огромную роль в общем водном балансе рек, в водно-ресурсной оценке тер­риторий, определяют водный режим и каче­ственный состав вод гидрологических систем в целом. Достаточно сказать, что при проекти­ровании крупнейшей Красноярской ГЭС при гидрологических расчетах была значительно недооценена роль именно малых рек.

На долю малых рек приходится значи­тельная часть общего объема речного стока. Сегодня для малых рек Красноярского края характерны те же экологические проблемы, что и для всех малых рек России. Их можно свести к двум основным: сохранение водно­сти и чистоты рек и их бассейнов. Проблема количественного истощения водных водных ресурсов малых рек связана как с прямым (рост водопотребления), так и с косвенным воздействием на них человека. Причем по­следнее часто недооценивается. Вырубка ле­сов на водосборе и в долине реки, распашка долинных лугов, осушение болот, разработка карьеров, урбанизация - все это крайне не­благоприятно влияет не только на гидрологи­ческий, гидрохимический и гидробиологиче­ский режим реки, но и на ее водность. На наш взгляд, именно косвенное воздействие чело­века является определяющим в возникнове­нии проблемы количественного истощения водных ресурсов малых рек. Поэтому изуче­нию этого вопроса следует уделить первосте­пенное внимание.

Изучение и решение проблемы сохра­нения водных ресурсов малых рек от каче­ственного истощения усложняются тем, что наряду с организованными массовыми, срав­нительно легко контролируемыми промыш­ленными и коммунальными стоками суще­ствует еще один вид загрязнений - неоргани­зованные сточные воды. Сюда входят дожде­вые, талые, поливочные воды с территории городских населенных пунктов. В сельской местности реки загрязняются сточными во­дами животноводческих ферм и сельскохо­зяйственных полей, содержащими удобрения и ядохимикаты. Для борьбы с этими видами загрязнений до сих пор не разработаны эф­фективные меры. Прежде чем подготовить какие-то конкретные природоохранные ме­роприятия по защите малой реки, требуется оценить ее экологическое состояние, выявить причинно-следственные связи приведения водоема в состояние частичной или полной деградации. Ответ на этот вопрос помогут дать детальные комплексные исследования всего речного бассейна. В связи со слабой изученностью малых рек Красноярского края (отсутствием гидроэкологических характери­стик для их абсолютного большинства) един­ственным, на наш взгляд, наиболее плодот­ворным направлением исследований должно быть комплексное эколого-географическое. Важнейшим достоинством этого направле­ния при проведении исследований малых рек является возможность получения достаточно надежных характеристик качественной оцен­ки, необходимых для обоснования имею­щихся немногочисленных количественных данных гидрологических и гидрохимических режимов малых рек и их водности, данных по водным ресурсам. Данные комплекс­ных исследований позволяют разобраться в сложном механизме взаимосвязей внутри ландшафтно-гидрологических систем, а так­же взаимосвязей с прилегающими природно- территориальными комплексами. Они помо­гают также разобраться в механизме деграда­ций малой реки под влиянием возрастающего антропогенного воздействия.

Основныезадачиэколого-географических исследований малых рек можно сформулиро­вать следующим образом.

• Изучение ландшафтных и ландшафтно- гидрологических систем в бассейнах малых рек и оценка природных факторов формиро­вания водных ресурсов бассейна (формиро­вание стока и его режима). Такими фактора­ми являются литология, орография, климат и почвенно-растительный покров. Необходимы также изучение и оценка их роли как природ­ных ограничителей формирования водных ресурсов.

• Изучение и оценка природных механиз­мов, ограничивающих возможности самоочи­щения атмосферы и гидросферы. Например, ухудшение вентиляции бассейна в условиях преобладания котловинного рельефа, рас­положение территории в зоне резкоконтинен­тального климата, для которого характерно большое количество безветренных дней в году, а в холодный период еще и проявление термических инверсий способствуют попа­данию загрязнений из атмосферы в речную воду, почву, а зимой - в снеговой покров. До­ждевые и талые воды с поверхности почв вы­носят загрязнения в русла рек, где они и на­капливаются.

• Выявление в бассейне природных ин­дикаторов, реагирующих на чистоту атмосфе­ры и водной среды, а также на изменение во­дности бассейна. К ним относятся некоторые виды наземных и водных растений, лишайни­ки. Последние растут только там, где воздух чистый. Диамантовые водоросли становятся многочисленными в тех местах, где в реку попадают воды, богатые азотом, фосфором, углеродом. Появление на лугу кочек с бело­усом и осоками свидетельствует о развитии процесса заболачивания территории [1].

• Выявление в бассейне и изучение био­фильтров (природных механизмов самоочи­щения атмосферы и водной среды). К ним от­носятся зеленые растения и некоторые виды микроорганизмов. Например, корни ольхи и ивы поглощают из речной воды нитраты; тростник и камыши очищают воду от фено­лов и солей тяжелых металлов. Но одним из наиболее активных поглотителей вредных ве­ществ являются бактерии, плесневые и дрож­жевые грибы [1].

• Изучение гидрологических и гидрохи­мических характеристик малой реки. Органи­зация стационарных (ключевых) и маршрут­ных инструментальных наблюдений.

• Изучение взаимосвязей водного компо­нента с другими компонентами бассейна и их взаимовлияние. Выделение зоны формирова­ния питания бассейна (формирование основ­ного стока) и зоны расхода водных ресурсов (зоны транзитного стока).

• Изучение характера и степени антропо­генного воздействия на малую реку. Анализ и оценка результатов этого воздействия. В эту часть работы входит также химический ана­лиз речной воды и снегового покрова бассей­на. Снег - индикатор загрязнения воздушного бассейна, и поэтому его исследования помо­гут определить степень и характер загрязне­ния талых вод, часть которых попадает в рус­ло реки. Изучение плотности снега и запасов воды в нем необходимо для прогноза водно­сти реки в весенне-летний период.

• Изучение экологического состояния бассейна малой реки. Выявление зависимо­сти экологического состояния от степени и характера антропогенного воздействия на нее. Изучение динамики аквального комплек­са в сторону изменения и разрушения. Ана­лиз и оценка степени и характера изменений облика бассейна и составляющих его компо­нентов. Анализ и оценка характера и интен­сивного проявления негативных процессов, вызванных антропогенным воздействием на территорию речного бассейна (склоновая и береговая эрозия, русловые процессы, заи­ление русла, заболачивание долины и рус­ла реки, зарастание водорослями водоема, остепнение коренных берегов, уплотнение почв, обеднение и изменение видового соста­ва растительного покрова и др.). Выявление в бассейне устойчивых (обладающих высоким саморегулированием) и легкоранимых ланд­шафтов, их изучение, оценка и районирова­ние.

• Медико-географическое обследование малой реки (заболеваемость населения, вы­званная загрязнением территории).

• Оценка рекреационного потенциала малых рек.

• Разработка рекомендаций по охране и использованию малой реки. При их разработ­ке необходим дифференцированный подход с учетом устойчивости того или иного ланд­шафта на территории бассейна или его отдель­ного компонента к загрязнению и к измене­нию водообеспеченности и режима водности. Рекомендация выявленных в бассейне расте­ний и растительных сообществ-биофильтров для борьбы с естественными загрязнителями речной воды, почв, атмосферного воздуха. В отдельных случаях следует ставить вопрос о разведении этих природных санитаров на территории бассейна. Разработка лесоме­лиоративных мероприятий по охране малой реки. Это лесопосадки и создание из них во­доохранных зон в пойме и в зоне основного питания реки. Эти мероприятия следует про­водить с учетом гидроклиматических усло­вий бассейна. При подборе растений следует учитывать их устойчивость к атмосферному и почвенному загрязнению, к изменению во­дности, гидрологического и гидрохимическо­го режима. Важно учитывать почвозащитные свойства растений. Например, лучшим за­щитником почв от водной и ветровой эрозии является облепиха. Ей не страшен пырей, ко­торый может погубить другие кустарники и деревья, а ее корневая система, как прочная сеть, надежно сцепляет частицы почвы и не дает ей разрушаться водой и ветром.

• Оценка эколого-экономического ущерба от деградации ландшафтно-гидрологической системы в целом и ее отдельных компонен-

Библиографический список тов (заболеваемость населения, экономиче­ский ущерб вследствие истощения ресурсов и т. д.).

- Эколого-экономическое районирование большого региона как обобщенного этапа ис­следования малых рек. По каждому бассейну разрабатываются природохозяйственные пла­ны и карты освоения этих территорий. В пла­нах предусмотрены пути сохранения малых рек, включающие охранные меры, рекульти­вацию, технологические мероприятия (для производства), выделение охранных зон. Со­ставляется экологический паспорт на каждую малую реку, а также перечень предложений по целесообразному размещению производства. В целом должно быть обеспечено оптималь­ное функционирование геосистем бассейнов малых рек с различных позиций (вода требуе­мого количества и качества, использование в хозяйственных целях, рекреационные цели).

По отношению к малым рекам в связи с их уязвимостью, видимо, следует применять принцип абсолютной охраны, т. е. полностью или хотя бы в значительной мере оградить эти реки от хозяйственного использования, чтобы не допустить ощутимого снижения водности, загрязнения основной водной артерии терри­тории. Для нашего края такой артерией явля­ется р. Енисей. Следует организовать охрану всего бассейна малой реки, а не каких-то его отдельных частей. Организация только од­них, так называемых «защитных зон» вдоль берегов реки не спасет реку от деградации. Река - природный комплекс, все части которо­го взаимосвязаны и взаимозависимы. Важно учитывать, в какой части бассейна большой реки находится малая река: в верховье бас­сейна, где формируется основной сток боль­шой реки, или в нижней части, где сток малой реки не оказывает существенного влияния на водность главной реки. При планировании характера использования малой реки, види­мо, следует исходить из того, что главное ее использование - это использование в рекреа­ционных целях [2].

Дубровский В.А., Потылицын М.Ю., Третяк Н.В., Нагимулина С.А., Евтихов Ж.Л.
Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия

источник http://damba.org/novosti/materialy-k-vi-mezhdunarodnoj-nauchno-prakticheskoj-konferencii-reki-sibiri-krasnoyarsk-2011-god.html