Что внутри больших труб тэц
Что на самом деле выходит из труб ТЭЦ
Многие видели большие конусные трубы ТЭЦ, но ошибочно полагают, что они загрязняют воздух. На самом деле они практически безвредны. Рассказываем как они устроены.
Башни, выпускающие такие «белые облака», называются градирни. Еще их называют охладительными башнями. Они предназначены для охлаждения больших объемов воды в системах оборотного водоснабжения тепловых электростанций. На самом деле никакого дыма в таких устройствах быть не может. Внутри них ничего не горит, а наоборот – остужается.
Как работает ТЭЦ
Чтобы понять для чего нужны градирни, необходимо сначала выяснить как работает типовая ТЭЦ. Теплоносителем в таких теплоэлектроцентралях выступает водяной пар. Для его производства служит вода, которая чаще всего используется в системе ТЭЦ по замкнутому контуру.
Надежность работы котлов и систем теплоснабжения в первую очередь зависит от качества воды, поэтому обычная водопроводная вода здесь не годится. Так как главной задачей является предотвращение коррозии и накипи в котлах и трубопроводах, воду для них специально химически подготавливают, лишая ее кислорода, минеральных примесей, а также солей кальция и магния.
Подготовленная таким образом вода в паровых котлах превращается в пар и затем под высоким давлением поступает в паровые турбины для производства электроэнергии.
Проходя через рабочее колесо турбины, отработанный пар поступает в конденсаторы, чтобы потом снова в виде воды возвратиться в рабочий цикл производства. Но температура такой воды слишком высока, чтобы сразу вернуться в систему, поэтому для ее снижения и устанавливают градирни.
Градирни различаются по способу подачи воздуха (вентиляторные, башенные, вакуумные и брызгальные) и по направлению движения рабочей среды (с противотоком, с перекрестным током и со смешанным током).
Устройство градирни
Рассмотрим ее работу на примере самой обычной башенной градирни. Именно их чаще всего устанавливают вблизи ТЭЦ. Такие градирни самые экономичные, так как опираются на естественную тягу без использования электричества, но при этом они самые затратные в плане строительства из-за своего большого размера.
Горячая вода в такой башне подается насосами наверх к вершине башни и разбрызгивается оросительной системой, через множество специальных форсунок.
Снизу, через специальные окна, в градирню поступает воздух. Он движется вверх под действием естественной тяги, создаваемой в башне за счет перепада высоты.
При этом, часть горячей воды, успевает испариться и выходит вместе с воздухом через сопло градирни в виде пара. Другими словами, воздух как бы выталкивает часть пара наружу. Именно этот пар мы и видим в виде белых облаков над тепловыми электростанциями. Остальная часть воды, остуженная воздухом, под действием силы тяжести стекает вниз к основанию башни в специальный установленный водосборник.
А оттуда вода попадает обратно в систему. Так ТЭЦ удается экономить средства на водоподготовку.
А где тогда дым от котельных?
Другое дело – дымовые трубы, которые используются для выброса дыма из водогрейных и паровых котлов. Для нагрева воды в таких котлах в качестве топлива используется уголь, газ или мазут. А значит без процесса горения и дыма их работа невозможна. В отличие от градирен, из таких полосатых труб в атмосферу выходит дым.
Почему трубы строят такими высокими?
Большая высота дымовых труб котельных обусловлена несколькими факторами. Главный из них – экология. По понятным причинам дымовые трубы должны быть выше всех основных городских зданий. Также немаловажную роль играет наличие так называемого инверсионного слоя, или по-простому «купола».
Это невидимое скопление воздушных масс, которое препятствует вертикальному перемещению воздуха, образуя тем самым смог. Инверсионные слои называются также задерживающими. Поэтому в зависимости от местности трубы строят с учетом «пробития» такого «купола».
Вторая причина – чем выше дымовая труба, тем лучше тяга в топке котлов. А также, чем больше объем дымовых газов, требуемых для выброса, тем выше должна быть труба.
Почему заводские трубы окрашены в красно-белые полосы?
Трубы окрашивают в красно-белый цвет по требованиям авиационной безопасности.
Трубы высотой до 100 метров должны иметь окраску на 1/3 высоты трубы в виде чередующихся красно-белых полос одинаковой ширины. При этом верхняя и нижняя полосы должны быть окрашены в красный цвет. Дымовые трубы высотой выше 100 м, окрашиваются чередующимися полосами красного и белого цвета на всю высоту сооружения. То есть по количеству полос можно судить о высоте дымовой трубы.
Что на самом деле выходит из труб ТЭЦ
Башни, выпускающие такие «белые облака», называются градирни. Еще их называют охладительными башнями. Они предназначены для охлаждения больших объемов воды в системах оборотного водоснабжения тепловых электростанций. На самом деле никакого дыма в таких устройствах быть не может. Внутри них ничего не горит, а наоборот – остужается.
Как работает ТЭЦ
Чтобы понять для чего нужны градирни, необходимо сначала выяснить как работает типовая ТЭЦ. Теплоносителем в таких теплоэлектроцентралях выступает водяной пар. Для его производства служит вода, которая чаще всего используется в системе ТЭЦ по замкнутому контуру.
Надежность работы котлов и систем теплоснабжения в первую очередь зависит от качества воды, поэтому обычная водопроводная вода здесь не годится. Так как главной задачей является предотвращение коррозии и накипи в котлах и трубопроводах, воду для них специально химически подготавливают, лишая ее кислорода, минеральных примесей, а также солей кальция и магния.
Подготовленная таким образом вода в паровых котлах превращается в пар и затем под высоким давлением поступает в паровые турбины для производства электроэнергии.
Проходя через рабочее колесо турбины, отработанный пар поступает в конденсаторы, чтобы потом снова в виде воды возвратиться в рабочий цикл производства. Но температура такой воды слишком высока, чтобы сразу вернуться в систему, поэтому для ее снижения и устанавливают градирни.
Градирни различаются по способу подачи воздуха (вентиляторные, башенные, вакуумные и брызгальные) и по направлению движения рабочей среды (с противотоком, с перекрестным током и со смешанным током).
Устройство градирни
Рассмотрим ее работу на примере самой обычной башенной градирни. Именно их чаще всего устанавливают вблизи ТЭЦ. Такие градирни самые экономичные, так как опираются на естественную тягу без использования электричества, но при этом они самые затратные в плане строительства из-за своего большого размера.
Горячая вода в такой башне подается насосами наверх к вершине башни и разбрызгивается оросительной системой, через множество специальных форсунок.
Снизу, через специальные окна, в градирню поступает воздух. Он движется вверх под действием естественной тяги, создаваемой в башне за счет перепада высоты.
При этом, часть горячей воды, успевает испариться и выходит вместе с воздухом через сопло градирни в виде пара. Другими словами, воздух как бы выталкивает часть пара наружу. Именно этот пар мы и видим в виде белых облаков над тепловыми электростанциями. Остальная часть воды, остуженная воздухом, под действием силы тяжести стекает вниз к основанию башни в специальный установленный водосборник.
А оттуда вода попадает обратно в систему. Так ТЭЦ удается экономить средства на водоподготовку.
А где тогда дым от котельных?
Другое дело – дымовые трубы, которые используются для выброса дыма из водогрейных и паровых котлов. Для нагрева воды в таких котлах в качестве топлива используется уголь, газ или мазут. А значит без процесса горения и дыма их работа невозможна. В отличие от градирен, из таких полосатых труб в атмосферу выходит дым.
Почему трубы строят такими высокими?
Большая высота дымовых труб котельных обусловлена несколькими факторами. Главный из них – экология. По понятным причинам дымовые трубы должны быть выше всех основных городских зданий. Также немаловажную роль играет наличие так называемого инверсионного слоя, или по-простому «купола».
Это невидимое скопление воздушных масс, которое препятствует вертикальному перемещению воздуха, образуя тем самым смог. Инверсионные слои называются также задерживающими. Поэтому в зависимости от местности трубы строят с учетом «пробития» такого «купола».
Вторая причина – чем выше дымовая труба, тем лучше тяга в топке котлов. А также, чем больше объем дымовых газов, требуемых для выброса, тем выше должна быть труба.
Почему заводские трубы окрашены в красно-белые полосы?
Трубы окрашивают в красно-белый цвет по требованиям авиационной безопасности.
Трубы высотой до 100 метров должны иметь окраску на 1/3 высоты трубы в виде чередующихся красно-белых полос одинаковой ширины. При этом верхняя и нижняя полосы должны быть окрашены в красный цвет. Дымовые трубы высотой выше 100 м, окрашиваются чередующимися полосами красного и белого цвета на всю высоту сооружения. То есть по количеству полос можно судить о высоте дымовой трубы.
Почему трубы теплоэлектростанций красят в красно-белые полоски
У теплоэлектроцентралей есть два типа труб, одни из которых часто красят в красно-белые полоски. Рассказываем, для чего это нужно
Но прежде чем мы перейдем к ответу на главный вопрос, разберемся с устройством и принципом работы теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
Как работает теплоэлектроцентраль
Теплоэлектроцентраль – она же ТЭЦ — помимо генерации электроэнергии осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.
При этом устроена она достаточно просто. В топку одновременно поступают топливо (в России это измельченный уголь) и разогретый воздух — окислитель. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел, в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Под воздействием мощного потока она начинает вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.
Проходя через рабочее колесо турбины, отработанный пар поступает в конденсаторы, где снова превращается в воду и возвращается назад в рабочий цикл производства. Но температура такой воды слишком высока, чтобы сразу вернуться в систему, поэтому для ее снижения устанавливают градирни. Так называются эти высокие конусообразные башни, через которые выходит пар.
В этих градирнях горячая вода подается насосами наверх к вершине башни и разбрызгивается оросительной системой через множество специальных форсунок. В это же время снизу через специальные окна в градирню поступает воздух. Он движется вверх под действием естественной тяги, которая образуется внутри из-за перепада высоты.
При этом часть горячей воды успевает испариться и выходит вместе с воздухом через сопло градирни в виде пара. Собственно, именно его мы видим в виде белых облаков над тепловыми электростанциями. Некоторые люди считают, что эти выбросы загрязняют воздух или даже ядовиты, но по факту никакой опасности в них нет. После этого оставшаяся часть воды, остуженная воздухом, под действием силы тяжести стекает вниз к основанию башни в специальный установленный водосборник. А оттуда попадает обратно в систему.
Как строят дымовые трубы
Однако, пока человечество не научилось избавляться от газообразных отходов предприятий и электростанций, не выбрасывая эти отходы подальше в атмосферу, трубы будут строиться, а возведение этих сооружений останется сложнейшей и интереснейшей инженерной задачей.
Самая высокая дымовая труба в мире была построена в 1987 году в СССР, а находится ныне на территории Казахстана. На высоту 420 м она отводит выбросы Экибастузской ГРЭС-2, вырабатывающей электроэнергию из местного высокозольного угля. Этой трубе немного уступает по высоте канадская Inco Superstack с ее 385 м, возведенная в 1971 году.
В XXI веке ничего подобного уже не строилось — сегодня ставка делается на очистные сооружения, которые серьезно снижают токсичность выбросов. Это, однако, не означает, что трубы утратили свою актуальность — просто появилась возможность строить их ниже, но не так чтобы намного: трубы выше 200 м возводятся и сегодня. Они не столь зрелищны, как небоскребы, но многие инженерные проблемы, которые приходится решать при строительстве сверхвысоких зданий, присутствуют и в работе трубокладов — да-да, именно так называют строителей дымовых труб.
Кирпич отступил
Классическим и самым первым материалом для строительства дымовых труб был кирпич. Пока трубы оставались невысокими, все было отлично, но по мере увеличения их высоты выяснилось, что кирпич имеет свои прочностные пределы и недостаточно хорошо работает на сжатие. Впрочем, если подобрать кирпич покрепче и связующие растворы с особыми качествами, то рекорды возможны и в этой области. Еще в 1919 году американской компанией Custodis Chimney в городе Анаконда, штат Монтана, была возведена самая высокая в мире кирпичная труба для отвода газов от множества медеплавильных печей. Труба имеет коническую форму (диаметр 23 м у основания и 18 у вершины) и уходит в небо на 178,3 м. Толщина ее кирпичных стен у основания составляет 180 см.
У этого рекордсмена не было последователей. В грядущие десятилетия самым популярным конструкционным материалом стал железобетон. Железобетонные трубы возводят и поныне, хотя уже существуют альтернативы в виде металла и пластика. Чтобы узнать, что представляют собой современные гигантские дымовые трубы, «ПМ» отправилась в Санкт-Петербург, где расположилась штаб-квартира ЗАО «Корта». Эта компания проектирует и строит высокие дымовые трубы, градирни, а также занимается их ремонтом и обслуживанием в 40 регионах России.
«Видео в интернете, на которых жаждущие адреналина молодые люди прыгают с высоких труб с тарзанок и с парашютами, в нашей профессиональной среде воспринимаются без восторга, — говорит Алина Смирнова, генеральный директор ЗАО «Корта». — Эти сорвиголовы рискуют ради риска, а работа трубоклада сопряжена с риском по необходимости. До сих пор работа на высоте — это тяжелый, по преимуществу ручной труд, где невнимательность и пренебрежение техникой безопасности может стоить жизни». Кубометр бетона, залитый вблизи земли, и кубометр бетона, залитый на высоте 150 м, колоссально отличаются по стоимости — так нам говорят специалисты. Чтобы убедиться в справедливости этого утверждения, стоит разобраться, как устроена и как строится современная железобетонная дымовая труба.
Все ближе к небу
Все, конечно, начинается с фундамента, и тут аналогии с небоскребом напрашиваются сами собой. Подобно ядру высотного здания, дымовая труба — это стержень, консольно защемленный в основании. Как под будущей трубой, так и под будущим небоскребом заливается бетонная плита. Плита может опираться на сваи, а может и не опираться, но в последнем случае придется значительно увеличить ее площадь. Поскольку дымовые трубы строятся, как правило, в стесненных условиях промышленных территорий, сваи обычно используют. Над плитой устанавливается так называемый стакан — круглое основание будущей трубы.
Сооружение трубы в чем-то сходно с монолитным строительством зданий — она поэтапно растет вверх. Разница лишь в том, что в распоряжении трубокладов не просторные этажи, а пространство, ограниченное диаметром трубы — всего несколько метров. Существует два основных метода сооружения труб — подъемно-переставной опалубки и скользящей опалубки. Первый метод технологически проще, дешевле, но уступает второму в скорости работ и в качестве железобетонного ствола трубы.
Если трубу возводят методом подъемно-переставной опалубки, то на фундаменте (внутри будущей трубы) устанавливают наращиваемую решетчатую конструкцию — «шахтный подъемник». Он используется для подъема наверх строительных материалов (арматуры, бетона), а также служит опорой для электромеханического подъемного механизма — «подъемной головки». К головке подвешивается круглая площадка, с которой свисает внешняя часть опалубки. Внутренняя (переставная) часть опалубки монтируется дополнительно. Опалубка собрана, закреплена, в ней установлена арматура, туда заливают бетонный раствор. После того как бетон застывает и обретает конструктивную прочность, головка поднимает площадку на 2,5 м. Все повторяется снова. Таким образом труба нарастает кольцами, и каждое из этих колец имеет внутренний выступ, так называемую консоль. Зачем она?
О чем плачут трубы?
Иногда он выступает на наружной поверхности трубы в виде белесых пятен, а в зимний период превращается в огромные сосульки. Тогда говорят: труба плачет. Чтобы исключить такие явления, футеровку покрывают специальными составами, снижающими ее проницаемость для конденсата. А вот в трубах, отводящих газы при сжигании угля (в России много угольных разрезов и много ТЭЦ при них), защита футеровки возникает естественным образом: образующийся налет прекрасно защищает кирпич.
Недешевое скольжение
В 1960-е годы в Швеции была разработана более прогрессивная технология строительства железобетонных труб — метод скользящей опалубки. В этом случае рабочая площадка с опалубкой двигается от нулевой отметки, поднимаясь на домкратных стержнях, которые остаются в теле бетона. Высота опалубки 1,2 м, но укладка бетона происходит слоями по 20−30 см. Как только слой обретает конструктивную прочность 5 МПа, укладывается следующий. Метод скользящей опалубки позволяет наращивать строящуюся трубу на 3 м и более в сутки, процесс идет практически непрерывно, и нет необходимости разбирать и собирать опалубку.
«Однако это сложная и дорогая технология, — говорит директор по производству ЗАО «Корта» Андрей Кузнецов. — Оборудование для строительства труб методом скользящей опалубки производят только две фирмы в мире, и его эксплуатация настолько сложна, что нам приходится использовать его только под контролем иностранных супервайзеров, представляющих производителя. Строить же конические сооружения этим методом умеют только австрийцы. Кроме дороговизны, в России метод скользящей опалубки имеет еще два недостатка. Во-первых, его практически нельзя применять при минусовых температурах (из-за постоянной подачи жидкого раствора, который может замерзнуть), а во-вторых, технология предполагает бесперебойный подвоз раствора в течение, скажем, двух месяцев, и далеко не в каждом регионе нашей страны производственные мощности такое позволяют».
Но какой бы сложной ни была технология опалубки, работа на высоте предъявляет людям высокие требования. Если строящаяся труба не оснащена лифтовым оборудованием (а до определенных высот оно не устанавливается), только забраться на высоту 100−150 м — это приличная затрата времени и сил. Работа на высоте нелегка и психологически — страх высоты заложен в человеке с рождения. Как нам рассказали, некоторые трубоклады, успешно работающие на 120-метровых трубах, отказываются наотрез от работы на 200-метровых. Страшно! Наверху на небольшой площадке нет места для тяжелой техники — для заливки раствора в опалубку рабочие используют тачки и много разного ручного инструмента. Куб бетона, залитый на высоте, «золотым» делает еще и необходимость обеспечивать безопасность трубокладов, а это стоит больших денег. «Экономия на безопасности позволяет некоторым компаниям предлагать низкие цены, — говорит Андрей Кузнецов, — но в итоге это может привести к трагическим последствиям, вроде гибели трех рабочих во время ремонта трубы Конаковской ГРЭС в мае этого года. Люди сорвались вниз вместе с люлькой, которая, очевидно, не прошла положенных испытаний».
Ликбез №35: Чем выше, тем чище
Дымовая труба – один из самых заметных объектов в тепловой энергетике и крупной индустрии. Впечатляющее своими масштабами сооружение нередко становится главным высотным элементом городской среды. Стремление в небо – не для красоты, а для чистоты воздуха.
Стоимость проекта оценивается в 350-400 млн рублей, и он является одним из ключевых в программе модернизации оборудования ТЭЦ-1, преследующей, прежде всего, экологические цели. Для Красноярска, экологией которого в этом году обеспокоился даже президент РФ Владимир Путин, это приоритет – за счет подобного решения, а также ряда других важных действий (например, замещения котельных), СГК рассчитывает снизить выбросы от своих предприятий минимум на 17 тыс. тонн. Это очень солидная цифра. Чем выше дымовая труба, тем лучше для любого города – и именно поэтому такие сооружения весь ХХ век все дальше устремлялись в небо.
Немного теории
Как только человек научился пользоваться огнем, он задумался и об отводе дыма, и о сохранения тепла. Первое и простейшее решение – обложить костер камнями – позволило греться, спать и готовить пищу. Но дымовые трубы в том виде, в каком мы привыкли их видеть, появились только с началом промышленной революции – в конце XVIII – начале XIX веков. Такие сооружения строили не заводах и фабриках – в любой индустрии, где требовалось много тепла. Основной задачей дымовой трубы был отвод продуктов сгорания топлива: не только газов, но и сажи, пепла, копоти. Решить эту задачу помогала естественная тяга, создаваемая в стволе за счет разной плотности горячих газов в топке и холодного воздуха на уровне выходного отверстия трубы. Простейшая физика.
Исходя из многочисленных расчетов по множеству параметров – от мощности станции до свойств топлива, для дымовой трубы выбирают наиболее оптимальное сечение (круглое, овальное или многоугольное) и материал, обязательно негорючий (природный камень, кирпич, керамика, асбоцемент, металл или бетон). Самые распространенные трубы в России – кирпичные. Они универсальны и подходят для использования в широком диапазоне температур, в том числе и весьма высоких. Но по высоте они обычно не превышают 100 метров, потому что кладка кирпича – дело весьма трудоемкое и слабо поддающееся механизации.
Менее трудоемкие материалы – металл и бетон. Но металлические трубы в России практически не строят – раньше экономили на материале, сейчас это просто очень дорого. Зато монолитных железобетонных труб наштамповали достаточно. Большинство – по 120-150 метров, несколько сотен — от 180 до 250 метров. Но есть и единицы — выше 300 метров. Самая высокая дымовая труба в мире – 420 метров – у Экибастузской ГРЭС-2 (для сравнения – высота Эйфелевой башни 324 метра). Сейчас она находится в Казахстане, но возводили ее во времена СССР для отвода газов от сжигания очень высокозольного угля. Среди «чисто» российских ГРЭС выше всех труба у Березовской в Красноярском крае (370 метров, компания «Юнипро»), среди ТЭЦ – у Волжской ТЭЦ-2 в Волгоградской области (300 метров, энергодивизион НК «ЛУКойл»).
Трубы крупных ТЭЦ обычно красят в красно-белые цвета, чтобы они были заметны для самолетов и вертолетов – таковы требования авиационной безопасности. Для этих же целей на оголовьях ставят красные сигнальные огни и оборудуют ночную подсветку. Некоторые трубы используются в качестве вышек мобильной связи и даже опор ЛЭП (таковы трубы Конаковской и Каширской ГРЭС в Тверской области и подмосковной Кашире соответственно, а также Выборгской ТЭЦ в Санкт-Петербурге). Но чаще всего дымовая труба просто вносит свой яркий вклад в огни большого города.
Высота имеет значение
Важно понимать, что счет объемов выбросов по крупным ТЭЦ обычно идет на десятки тысяч тонн; но именно высокие трубы помогают нивелировать влияние объемных показателей на реальное качество воздуха – грубо говоря, выбросы рассеиваются на широкие ареалы и в тех слоях атмосферы, где человек не присутствует (люди не летают). В отличие от приземного слоя, в котором мы живем – и вдыхаем выхлопные газы автомобилей, сажу и копоть от малых котельных, а также печек в частных домах и на «шиномонтажках».
Красноярские «зеленые» еще в прошлом году, например, подсчитали влияние различных источников выбросов на человека. И пришли к неутешительному выводу: 11 высоких труб крупных тепловых станций своими выбросами затрагивают всего 19,3 тыс. красноярцев, тогда как примерно полсотни низких труб котельных влияют на жизни 283 тыс. жителей. По словам лидера красноярских «зеленых» Сергея Шахматова, сделанные тогда оценки в целом актуальны и сегодня: «Чем выше расположен источник загрязнения, тем с меньшей концентрацией загрязняющие вещества долетают до приземного слоя. Мы разделили Красноярск на 24 сектора, и в каждом из них замеряем концентрацию по ряду веществ. И прекрасно видим, что там, где есть низкие источники – например, в секторах с частным сектором и печным отоплением, там и концентрации стабильно высокие. Понятно, что в общем вале выбросов на такие источники придется немного, по сравнению с ТЭЦ, но мы говорим про тот слой, где мы, что называется, все «чувствуем носом»».
Сопредседатель «Красноярского экологического фронта» Сергей Шахматов – о том, из-за чего Красноярск чуть не смыло аномальным ливнем. И почему 11 высоких труб угольных ТЭЦ не так опасны для здоровья горожан, как более 60 ведомственных и муниципальных котельных? Эксклюзивное интервью лидера красноярских «зеленых» «Кислород.ЛАЙФ».
Перевод автотранспорта на газомоторное топливо, строительство метрополитена, закрытие мини-котельных, дальнейшая модернизация тяжелой индустрии и даже газификация региона – собрали основные тезисы совещания с руководством Красноярского края и представителями крупного бизнеса, которое провел в Красноярске президент Владимир Путин.