23 Октября 2018

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.

Поделиться в социальных сетях

На Красноярской ТЭЦ-1, которая входит в структуру «Сибирской генерирующей компании» (СГК), в апреле этого года снесли главную дымовую трубу: эффектный взрыв транслировался в прямом эфире. Наверное, если бы не летний снос телевышки в Екатеринбурге, вызвавший многочисленные споры, падение в центре Красноярска 105-метровой «старушки», дымившей с 1952 года, осталось бы главным управляемым взрывом года. Падала, правда, не вся труба – сначала ее разобрали примерно до 60 метров. И лишь оставшийся «обрубок» добили тротилом. 

Сейчас на площадке самой старой из трех действующих ТЭЦ Красноярска идет строительство новой дымовой трубы, высота которой превысит 270 метров (немногим меньше трубы Красноярской ТЭЦ-3). В октябре строители закончили бетонировать первую секцию ствола – диаметром почти 30 метров. Труба будет расти кольцами, по 2,5 метра каждое, и диаметр выходного отверстия сузится в три раза. Всего строителям предстоит нарастить еще 107 колец, но закончить эту масштабную стройку в СГК рассчитывают к концу 2019 года. «После этого будут демонтированы оставшиеся две трубы высотой 105 и 120 метров. Освободится пространство для установки новых электрофильтров на котлы теплоэлектроцентрали, а это самое современное на сегодня газоочистное оборудование, с КПД 99,7%», - объясняет директор Красноярской ТЭЦ-1 СГК Сергей Бородулин

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.

Новая дымовая труба на Красноярской ТЭЦ-1 будет достроена к концу 2019 года. Ее высота составит 270 метров.

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. 

Первоначально дымовые трубы служили только для создания естественной тяги, были не высокими (до 50-60 метров) и, как сказали бы сегодня, «грязными» (про очистку на заре индустриализации мало кто задумывался). Затем появились технологии создания принудительной тяги, способной «вытолкнуть» значительно большие объемы отходящих газов и сразу в верхние слои атмосферы. Современные трубы, как правило, являются одновременно и тяговыми, и отводящими. За почти два века строительства таких объектов их появилось великое множество, и, наверное, не будет преувеличением сказать, что каждая труба по своему уникальна. Но инженеры-энергетики знают, что все дымовые трубы при этом имеют общие конструктивные элементы: фундамент, цоколь, ствол, головку, ходовую лестницу, светофорные площадки, молниезащиту и футеровку. В последнем случае речь – про облицовку внутренней поверхности трубы специальными материалами, устойчивыми к высоким температурам и агрессивности «отводимых» газов (кому интересно, рекомендуем вот эту статью журнала «Популярная механика»). Кстати, на угольных ТЭЦ естественный налет сажи создает футеровке дополнительную защиту. 

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.

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.

Высота имеет значение

За счет современных технологий сжигания топлива и принудительной тяги только для эффективного отвода дымовых газов совсем не обязательно строить высокие трубы, хватит и «средних по росту» (исключение – мощные ГРЭС, где от высоты зависит сила тяги). Но в целом длину труб в большей степени уже давно определяет другой фактор – уровень загазованности конкретного воздушного бассейна промышленными выбросами. «Наличие фоновых загрязнений, а также отсутствие эффективных и экономически целесообразных способов очистки топлива и газов от вредных примесей определяют сооружение все более высоких промышленных труб для рассеивания в атмосферном воздухе содержащихся в дымовых газах вредных примесей с целью снизить их концентрации в приземном слое атмосферы до приемлемого по санитарно-гигиеническим требованиям уровня. Высота дымовых труб, первоначально обеспечивавшая лишь процессы горения в топке или рабочем пространстве печи, начинает выполнять иную, не менее актуальную, задачу — обеспечивать загазованность воздуха ниже определенного уровня», - объясняют авторы книги «Дымовые трубы. Теория и практика конструирования и сооружения» (Москва, «Стройиздат», 2001 год). 

«Уменьшение загрязнения атмосферы вредными примесями дымовых газов достигается максимальным их рассеиванием с помощью дымовых труб. Эффективность рассеивания выбросов тем выше, чем больше высота дымовой трубы и скорость газов на выходе из ее устья», - говорится в книге «Тепловая электрическая станция – это очень просто» (Издательство «Флинта», 2017 год). Таким образом, высокая труба, этот главный проводник выбросов – одновременно и залог чистого воздуха в конкретном населенном пункте.

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»». 

«Увеличение высоты труб – один из важных шагов к снижению влияния предприятий теплоэнергетики на окружающую среду. Это отвечает и мировым тенденциям — на ТЭЦ, которые строятся в последнее время, сразу проектируются высокие трубы, которые лучше рассеивают загрязняющие вещества и способствуют снижению их концентрации в воздухе. Нам есть с чем сравнивать: например, другие ТЭЦ Красноярска имеют трубы высотой 180 и 275 метров, что позволяет более эффективно рассеивать вредные вещества, в отличие от ТЭЦ-1, где у самой высокой из трех труб высота составляет лишь 120 метров. Но, конечно, одной высоты для полноценного вклада в экологию мало: нужны и современные электрофильтры, которые эффективнее, например, циклонных уловителей, как сейчас на ТЭЦ-1. Нужно реализовать и комплекс других мероприятий», - отмечает заместитель технического директора СГК по охране окружающей среды Константин Кушнир.

«Уменьшение загрязнения атмосферы вредными примесями дымовых газов достигается максимальным их рассеиванием с помощью дымовых труб. Эффективность рассеивания выбросов тем выше, чем больше высота дымовой трубы и скорость газов на выходе из ее устья».
Александр Попов шеф-редактор «Кислород.ЛАЙФ»