16+
Регистрация
РУС ENG
Расширенный поиск
http://www.eprussia.ru/epr/145/11155.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 05 (145) март 2010 года

Виноват ли уголь в глобальном потеплении?

Нефть, газ, уголь в энергетике К. т. н. Евгений ДУБРОВИН, к. т. н. Игорь ДУБРОВИН

В пору одной из самых холодных, за всю историю метеонаблюдений, зим говорить о глобальном потеплении климата вроде бы нелепо.

Ивсе же, по мнению наших постоянных авторов, проблема отнюдь не становится менее актуальной. На прошедшей в Дании конференции ООН в глобальном потеплении обвинили… уголь. Так ли это на самом деле?

Со второй половины ХХ века проблема потепления климата на Земле приобрела глобальный характер и вышла в разряд актуальных экологических проблем современности. Причин возникновения этого планетарного явления множество, некоторые из них – например, влияние вулканической активности или воздействие солнечной активности, – являются объективными. Однако существуют и субъективные причины, которые вызваны непосредственно человеческой деятельностью.



Дело рук человека

Мощными антропогенными или искусственными источниками загрязнения атмосферы дымовыми газами являются практически все тепловые двигатели и энергетические установки, сжигающие углеводородное топлива. Вместе с уходящими, выхлопными и отработавшими газами в атмосферу сбрасывается около 60 90 процентов всей полученной при сжигании тепловой энергии, что приводит к тепловому загрязнению атмо-сферы.

Доля суммарных выбросов от транспортных средств в наиболее развитых странах составляет до 60 процентов, в России этот показатель соответствует 80 85 процентам, а доля суммарных выбросов от объектов энергетики и промышленности – 40 процентов в развитых странах и до 15 20 процентов в Российской Федерации.

Другим следствием антропогенной деятельности людей является изменение обмена энергией и веществом между земными экосистемами и их отдельными элементами: атмосферой, гидросферой и литосферой. Человеком созданы ранее не существовавшие в природе антропогенные (техногенные) объекты, которые экологической системе Земли не известны.

Они имеют различные размеры и оказывают разное влияние на естественные процессы, происходящие на Земле. К наиболее масштабным искусственным объектам следует отнести, например, мегаполисы и промышленные центры. Действительно, обустраивая свою жизнь, человек асфальтирует дороги, вырубает леса, осушает водоемы, создает новые накопители воды и энергоносителей, концентрирует источники энергии на ограниченных площадях, сбрасывает в окружающую природную среду колоссальное количество тепла, неиспользованные природные ресурсы, промышленные и бытовые, в том числе радиоактивные и токсичные, отходы.

Население Земли постоянно увеличивается, что неизбежно требует урбанизации новых территорий, вырубки лесов, и в то же время количество потребления углеводородного топлива непрерывно возрастает, вызывая увеличение объемов газовых и тепловых выбросов в воздушный бассейн, что в конечном итоге также приводит к изменению климата.

Таким образом, развитие человеческой цивилизации может явиться экологической «миной» замедленного действия.



Без вины виноватый

На Международной конференции ООН по потеплению климата на Земле, проходившей в декабре 2009 года в Копенгагене, было высказано мнение, что основной причиной этого климатического явления является использование в качестве энергетического топлива угля. Однако, по мнению авторов, это не совсем так.

Угли, как известно, являются одним из видов углеводородного топлива и представляют собой твердые полезные ископаемые осадочного происхождения. Как правило, они включают горючие органические соединения – продукты преобразования высших и низших растений с участием микроорганизмов планктона, минеральные примеси и влагу.

Низшая, теплотворная способность угля составляет от 8300 кДж / кг (у бурых углей) до 34700 кДж / кг (у антрацитов), а после удаления из него балласта (минеральных включений и влаги) теплота сгорания этого горючего возрастает практически вдвое и может составлять соответственно от 16000 кДж / кг до 65000 кДж / кг, что по калорийности выводит уголь на первое место среди всех других видов углеводородных энергоносителей, включая сырую нефть.

В настоящее время в мировом топливном балансе доля ископаемого топлива (угля, газа, нефти, горючих сланцев и торфа) не превышает 77 процентов, из которых не более 20 процентов приходится непосредственно на уголь, около 41 процента – на нефтяное топливо и около 22 процентов – на газообразное горючее.

Необходимо отметить, что все дымовые и выхлопные газы, сбрасываемые в атмосферу, несмотря на свой состав, оказывают влияние на потепление климата, поскольку обладают температурой, значительно превышающей температуру окружающей среды.

Количество продуктов сгорания, образовавшихся при сжигании углеводородного топлива, определяется не только расходом топлива на горение, но и расходом атмо-сферного воздуха, затраченного на организацию процесса сгорания. Так, теоретическое количество воздуха с температурой +15 ºС, необходимое для полного сжигания 1 килограмма топлива, составляет для углей около 7,7 килограмма, для газообразного и жидкого топлива – соответственно около 11,3 и 11,9 килограмма.

Действительное количество затраченного на горение воздуха превышает теоретическое значение на величину коэффициента избытка воздуха, который зависит, помимо всего прочего, от вида сжигаемого топлива и составляет для углей – не более 1,6, а для газообразного и жидкого топлива соответственно – 1,01 1,05 и 1,2 1,5.

В реальных условиях действительный расход воздуха значительно завышен за счет повышения коэффициента избытка воздуха в два, три и более раза. При увеличении коэффициента огромные массы воздуха, проходя транзитом через зону горения, не участвуют в процессах окисления и, нагреваясь до высоких температур, сбрасываются в атмосферу, при этом даже постоянный расход топлива или его снижение приводит к увеличению объема дымовых газов.

Следует отметить, что количество сбрасываемых в атмосферу продуктов сгорания для разных видов топлив также различно. Например, при сжигании угля в атмосферу выбрасывается не более 65 процентов от общего объема продуктов сгорания, в основном – летучие и газообразные вещества. Аналогичный показатель для газообразного топлива составляет более 99 процентов, а для жидких нефтяных топлив находится в диапазоне 80 95 процентов. Остальная часть продуктов сгорания топлива в виде нагара, копоти, золы, сажи и других отложений остается на поверхностях нагрева топливосжигающей установки.

Зная доли использования различных видов углеводородного горючего, долю ископаемых топлив в мировом топливном балансе, теоретические расходы и коэффициенты избытка воздуха для каждого вида топлива, а также доли выброшенных в воздушный бассейн продуктов сгорания, можно рассчитать количество уходящих в атмосферу газов при сжигании 1 килограмма топлива за час работы топливосжигающей установки. При этом все расчеты должны проводиться в одних единицах измерения, поскольку 1 кубический метр газа, 1 литр жидкого топлива и 1 килограмм угля – это не одно и то же. Эти величины связаны между собой через плотности.

Количество продуктов сгорания, уходящих в атмосферу при сжигании 1 килограмма конкретного вида углеводородного топлива, вычисляется следующим образом. К 1 килограмму топлива прибавляется произведение теоретического количества воздуха и коэффициента избытка воздуха, далее полученная величина умножается на долю дымовых газов, сбрасываемых в воздушный бассейн, на долю ископаемого топлива в мировом энергетическом балансе и на долю сжигаемого вида топлива в данном балансе.

Расчеты, проведенные авторами, показывают, что сжигание 1 килограмма жидкого топлива дает 5,7 килограмма дымовых газов. Для сравнения – значение данного показателя для газообразного горючего составляет 2,2 килограмма дымовых газов, а для угля – 1,3 килограмма дымовых газов. Поэтому обвинять один лишь уголь в потеплении климата на Земле нет никаких оснований.
Анализ причин потепления климата на Земле, связанных с использованием ископаемого топлива, показывает, что приоритет в возникновении и протекании этого процесса принадлежит не виду и физико-химическим показателям сжигаемого углеводородного горючего, а качеству организации процесса его сжигания, которое определяется, в свою очередь, технологией подготовки и схемой смешения компонентов, участвующих в реакции горении. Говоря другими словами, не важно, какое топливо сжигается, а важно, как оно сжигается.



Приоритетные направления

В ХХ веке ученые пытались решить проблему глобального потепления путем разработки и внедрения в энергетике и на транспорте целого ряда инженерных новшеств и организационно-технических мероприятий, связанных, в основном, со способами и методами подавления тепловых и газовых выбросов.

К сожалению, большинство из этих мероприятий коснулись главным образом последствий и не смогли оказать существенного влияния на причины возникновения данного процесса. В то же время постоянно возрастало количество сжигаемого углеводородного топлива, увеличивался объем атмо-сферного воздуха, забираемого на горение.

В настоящее время существует ряд направлений, практическая реализация которых позволит устранить некоторые причины глобального потепления климата, вызванные сжиганием углеводородного топлива. К ним следует отнести:
1) снижение количества потребляемого углеводородного топлива;
2) дальнейшее совершенствования подготовки топлива к сжиганию;
3) изменение схемы смешения горючего и окислителя.

Наиболее же перспективным для решения проблемы потепления является третье направление, поскольку именно его реализация позволяет при сохранении энергетической эффективности процесса сжигания одновременно снижать расход топлива и расход воздуха на горение.

Так, применение совместной схемы смешения горючего и окислителя позволило получить требуемое количество тепловой энергии при сниженных на 15 процентов расходах топлива и воздуха.

Это означает, что количество выброшенных в атмосферу горячих дымовых газов также уменьшилось, как минимум, на 15 процентов. Очевидно, что подобным образом можно организовать сжигание газообразного и твердого топлив. Данное направление не требует изменения конструкции топливосжигающих установок, а реализуется исключительно за счет внедрения принципиально новых топливных систем и их элементов.

Отправить на Email

Для добавления комментария, пожалуйста, авторизуйтесь на сайте

Также читайте в номере № 05 (145) март 2010 года: