Утилизация отходов электростанций

Белорусский Национальный Технический Университет

 

Энергетический факультет

Кафедра «Электрические системы»

 

 

Реферат

по дисциплине «Экология энергетики»

 

 

Тема реферата:

«Утилизация отходов электростанций»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:                                       Дмитрук Т.А.

                          гр.106116

 

 

 

Руководитель:                                                       к.т.н., доцент  Цыганков В.М.     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Минск 2010

 

 

Содержание

 

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………3

1. УТИЛИЗАЦИЯ Отходов ядерной энергетики…………………4
2. Комплекс переработки ЖРО……………………………………….7
3. Золошлаковые отходы: опыт и перспективы использования……………………………………………………….10
4. ТЕХНОЛОГИЯ  КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЗОЛОШЛАКОВЫХ ОТХОДОВ ТЭС……………………………………14
5. ТЕХНОГЕННЫЕ ОТХОДЫ  ПРЕДПРИЯТИЙ ЭНЕРГЕТИКИ И ПУТИ ИХ ВТОРИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ………………………………………16
6. Способы уменьшения выбросов ТЭС в Окружающую среду Уменьшение выбросов сернистых соединений в органическим топливе для ТЭС……………………………20

 

ВВЕДЕНИЕ

Существует образное выражение, что мы живем в эпоху трех «Э»: экономика, энергетика, экология. Не зря говорят: «Энергетика – хлеб промышленности». Чем более развиты промышленность и техника, тем больше энергии нужно для них. Существует даже понятие – «опережающее развитие энергетики». Это значит, что ни одно промышленное предприятие, ни один новый город или просто дом нельзя построить до того, как будет определён или создан заново источник энергии, которую они станут потреблять. Вот почему по количеству добываемой и используемой энергии довольно точно можно судить о технической и экономической мощи, а проще говоря – о богатстве любого государства.

Экология как наука и образ мышления привлекает все более и более пристальное внимание человечества.

Экологию рассматривают как науку и учебную дисциплину, которая призвана изучать взаимоотношения организмов и среды во всем их разнообразии. При этом под средой понимается не только мир неживой природы, а и воздействие одних организмов или их сообществ на другие организмы и сообщества.

Термин «экология» был введен в употребление немецким естествоиспытателем Э. Геккелем в 1866 году и в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме (ойкос – дом, жилище; логос – учение, наука).

Энергетика – это область хозяйства, охватывающая выработку преобразования, передачу и использование разных видов энергии.

Энергетика

Это совокупность отраслей топливной промышленности, электроэнергетики, а также средств доставки топлива и энергии. Это основа современного хозяйства, всех прогрессивных процессов в экономике.

Экология

Все энергетические предприятия при работе в той или иной мере оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду, на биосферу, на жизнь и здоровье человека. Объекты энергетики, как и многие предприятия других отраслей промышленности, представляют источники неизбежного, потенциального, до настоящего времени практически количественно не учитываемого риска для населения и окружающей среды. Острой проблемой стала утилизация отходов энергетики.

 

УТИЛИЗАЦИЯ Отходов ядерной энергетики

 

Ядерная энергия в силу уникальной ее концентрации оказалась предельно приспособленной для централизованного производства электроэнергии, которой человечеству для удовлетворения своих энергетических нужд требуется все больше и больше. Так, если при полном сгорании 1 кг газа можно получить всего 14,9 кВт·ч энергии, нефти – 12,6, угля – 8,2, то при делении 1 кг ядерного топлива (урана или плутония) выделяется 22,8 млн кВт·ч электрической энергии. Обеспеченность человечества природным ураном – основным сырьем для ядерного топлива – сопоставима с обеспеченностью нефтью и газом, но при этом учитываются лишь доступные и экономически рентабельные на сегодняшний день ресурсы. Уран находится на земле повсеместно. Это металл, приблизительно такой же распространенный, как олово или цинк, он является составляющим множества пород (концентрация в среднем 0,0002–0,0004% в горных породах и 0,00013% – в море и океане). Поэтому при разработке экономичных технологий извлечения урана из распространенных на Земле пород ресурсы топлива для АЭС будут практически неисчерпаемы. В настоящее время баланс ядерного топлива может быть восполнен и из вторичных источников, к которым относятся:

складские запасы;

уран и плутоний, регенерированные из отработанного ядерного топлива (смешанное оксидное топливо);

повторно обогащенные хвосты обедненного урана;

уран и плутоний класса оружия и т.д.

До сих пор нет технического решения, как наиболее полно использовать всю энергию ядерного топлива. К примеру, АЭС с блоком ВВЭР1000 (водоводяной энергетический реактор электрической мощностью 1000 МВт) потребляет за год примерно до 30 т ядерного топлива1 – обогащенного урана в виде оксида урана UO2. Для этого необходимо подвергнуть переработке порядка 150–180 т природного урана, содержащегося в урановой руде и являющегося на сегодняшний день основным сырьем для ядерного топлива. Но в итоге лишь не более 1 т загружаемого в реактор ядерного топлива подвергается делению и, соответственно, участвует в энерговыработке. Тем не менее возможная выработка электрической энергии электростанциями на ядерном топливе в несколько сотен раз превышает выработку электроэнергии на органическом топливе, принимая равные расходы сырья. При этом топливная составляющая в себестоимости выработки электрической энергии на ядерном топливе значительно ниже, чем на органическом. Например, на мировых рынках стоимость урана на сегодняшний день составляет порядка 150–180 долл./кг. Затраты на добычу и производство урана, как правило, составляют не более 2/5 от затрат на производство ядерного топлива. АЭС при нормальной эксплуатации практически не загрязняют окружающую среду вредными выбросами. Ежегодная масса “ядерной золы” от них в мире не превышает 1% прироста токсичных химических отходов, равных более 1 млрд т моющих средств, которые со временем могут полностью отравить почву и водоемы всей планеты Земля. Кроме того, 99,5 % всех радиоактивных нуклидов, возникающих на АЭС, концентрируется в твэлах и подвергается последующей радиохимической переработке. Поэтому не удивительно, что радиоактивность дымовых шлейфов тепловых электростанций на угле многократно превышает радиационный фон в окрестностях АЭС4. Выбросы вредных газовых составляющих – окиси азота, углекислого и сернистого газов на тепловых электростанциях в зависимости от используемого топлива выглядят следующим образом (табл. 2). С начала развития ядерной энергетики главное внимание уделялось контролю за возможной утечкой радиоактивности в окружающую среду. Поэтому к АЭС предъявлялись гораздо более жесткие требования, чем к любому другому источнику загрязнения. Вероятность радиактивного выброса очень мала – только при аварии.

Конечно, даже самое качественное оборудование не может обеспечить полной безопасности станции, однако мировая атомная энергетика шагнула далеко вперед. Как показывает практика производственной деятельности человека, риск аварий при производстве электроэнергии с использованием нефти, газа, угля и даже на гидростанциях в сотни и тысячи раз больше, чем при получении электроэнергии от АЭС.

К настоящему времени мировая практика выработала некоторый стабильный свод правил, положений, рекомендаций, обеспечивающих безопасность АЭС и сводящихся к допустимому минимуму их воздействия на человека и окружающую среду.

Выгружаемое из реактора АЭС отработанное ядерное топливо очень радиоактивно и выделяет высокую температуру. Поэтому первоначально оно помещается в “водоемы” или большие резервуары с водой на трехметровую глубину для охлаждения и замедления радиационной активности. Это можно делать как на самой территории АЭС, так и на заводе по переработке. В результате большинство типов топлива перерабатываются не сразу после выгрузки с реактора, а по истечении 5–25 лет.

Сегодня в большинстве стран используется открытый ядерный топливный цикл. В отличие от него замкнутый цикл вместо транспортирования ОЯТ к месту утилизации предполагает транспортирование его на радиохимические заводы, где происходит извлечение невыгоревшего урана. Годный для повторного применения уран составляет более 95 % от его первоначальной массы. Затем он проходит те же стадии обработки, что и добытый в рудниках.

Параллельно с этим происходит выделение и утилизация радиоактивных изотопов различных химических элементов. Радиоактивные отходы (их доля составляет менее 3% от имевшейся в свежем ядерном топливе массы урана) перерабатываются и размещаются в застывающую стеклянную массу, которая подвергается захоронению в специально оборудованных могильниках. Это заключительная стадия.

Надо сказать, что отработанное атомное топливо из действующих реакторов АЭС типа ВВЭР после дополнительной обработки может использоваться в реакторах на быстрых нейтронах типа БН80011, где радиоактивная часть его будет выжигаться полностью, не оставляя радиоактивных отходов.

Следует отметить, что мировой рынок обращения с отработанным ядерным топливом, имеющим остаточную радиоактивность, еще только начинает формироваться. В то же время многие страны уже оценили его значимость. В Великобритании и Франции созданы высокорентабельные радиохимические производства, разрабатывается технология сухого долговременного хранения, имеются предложения по международному хранению топлива, которые поддерживаются США, Великобританией, некоторыми странами ЮгоВосточной Азии, и проблема захоронения и использования ОЯТ в ближайшем будущем будет решена окончательно.

 

Комплекс переработки ЖРО

Научные концепции и проектные решения 60–70-х годов не предусматривали технологий по переработке и утилизации жидких радиоактивных отходов (ЖРО), которые неизбежно образуются в ходе эксплуатации атомных станций. Современная же научная мысль, наоборот, предлагает кондиционировать ЖРО — переводить их в более безопасные формы, которые будут удобны и для хранения, и для транспортировки, а также для окончательной утилизации. В настоящее время применяются разные методы переработки ЖРО. Проанализировав их, российские и германские специалисты определили оптимальную технологию переработки ЖРО для Кольской АЭС. На основании выбранной технологии был разработан проект комплекса переработки ЖРО.

В 2000 году на промплощадке станции начались интенсивные строительные работы. Именно тогда строительная организация «Апатитстрой» полномасштабно приступила к возведению здания КП. Строителям были заданы достаточно жёсткие сроки. К концу 2004 года основные работы по сооружению КП ЖРО были завершены. В настоящее время внутри этого огромного строения идут отделочные работы в помещениях и монтаж основного и вспомогательного оборудования. Масштаб работ впечатляет! Я провёл внутри здания всего полчаса и был заворожён гигантскими размерами помещений, переходами, толщиной стен и перекрытий.

На нулевой отметке комплекса расположится помещение для хранения отработанных фильтров-контейнеров, толщина стен которого более чем внушительная — 800 мм. Также здесь будет находиться установка ионно-селективной очистки, предназначенная для выделения из солевого раствора радионуклидов Cs-134, Cs-137 и других.

Комплекс уникален, подобных нет ни в России, ни за рубежом. Такого оборудования и технологий в промышленных масштабах современности просто не существует. Так что же включает в себя КП ЖРО Кольской АЭС?

Технический проект КП ЖРО был разработан специалистами С.-Петербургского института «Атомэнергопроект» при участии специалистов Кольской АЭС, «РАОТЕХ» и NUKEM GmbH (Германия) и включает в себя два направления переработки ЖРО. Прежде всего это изъятие ЖРО из баков хранения кубового остатка. Жидкая часть отходов будет попросту откачана и переработана, а вот кристаллизовавшаяся часть будет растворяться и также изыматься из бака. Каким же образом кристаллы будут размываться? Внутрь ёмкости с жидкими отходами будет помещён так называемый «кроллер» — механизм, напоминающий танк в миниатюре. Именно он через имеющиеся у него форсунки и будет размывать кристаллизовавшуюся часть, а через насос раствор солей отправится на установку очистки. Эта установка производства российской компании «РАОТЕХ», по словам начальника ЦОРО КоАЭС М. Р. Стахива, является сердцевиной комплекса, так как её основная задача — очистка растворов (кубового остатка) от радионуклидов.

На этой установке раствор будет озонироваться, после чего в нём должно произойти выпадение осадков, содержащих, в основном, органические соединения кобальта. С помощью узла фильтрации образовавшийся шлам будет отделяться от солевого раствора. Вместе со шламом будут удалены радионуклиды Со-60, Mn-54 и другие. Затем раствор поступит на узел ионно-селективной очистки. Использование новейших технологий, реализованных в данном узле, позволит сконцентрировать основные радионуклиды, содержащиеся в ЖРО в минимальном объёме, в специальном фильтре-контейнере, после прохождения которого получится нерадиоактивный раствор. Полученный «чистый» раствор поступит на установку концентрирования (установку глубокого упаривания), в результате работы которой будет получен солевой нерадиоактивный плав. Благодаря этой установке происходит концентрирование очищенных от радионуклидов растворов, которые в дальнейшем размещаются в 200-литровые бочки. Исходный материал после расфасовки будет направляться на хранение в хранилище отверждённых радиоактивных отходов (ХОРО КоАЭС), возводимое сейчас рядом с УТП–1.

Интерес вызывает и тот факт, что в недалёком будущем вероятно и промышленное использование полученного сырья. Солевой плав богат боратами (соли бора). Не исключено, что при появлении технологии извлечения этого химического элемента из солей возможно его дальнейшее применение для нужд Кольской АЭС. А значит, в итоге мы получим безотходное производство. На сегодняшний день можно уже похвастаться и тем, что переработка ЖРО организована таким образом, что позволяет минимизировать объём получаемых отходов.

Параллельно с комплексом переработки ЖРО возводится ХОРО, которое понадобится при реализации второго направления переработки отходов, когда в комплексе появится установка цементирования. Отработанные сорбенты и шламы, накопленные в баках хранения за годы эксплуатации, будут извлекаться с помощью установки изъятия. Затем будут смешиваться с цементом в установке цементирования, образуя при этом цементный компаунд, который будет заливаться в специальные железобетонные контейнеры, так называемые «невозвратные защитные контейнеры» (НЗК). После чего заполненный контейнер будет отправлен на хранение в ХОРО. Для того чтобы обеспечить радиационную безопасность при хранении контейнеров, в ХОРО будет проводиться радиационный контроль. Для защиты окружающей среды и персонала от воздействия гамма-излучения стены хранилища и комплекса имеют большую толщину. Само здание ХОРО и прилегающая к нему территория будут обеспечены надлежащей системой физической защиты. Как говорит Михаил Романович, хранилище может вместить не только переработанные отходы, оно рассчитано и на дальнейшую эксплуатацию КоАЭС. По проекту ХОРО рассчитано на 50 лет эксплуатации, то есть это временное хранилище. Во всяком случае, до тех пор, пока в России на федеральном уровне не будет создано долговременное хранилище, куда будут перевезены отходы.