Розділ 7. Вугілля

Забруднюючі речовини – це речовини, які чинять негативну дію на навколишнє середовище або безпосередньо, або після хімічних змін в атмосфері, або в поєднанні з іншими забруднюючими речовинами та впливами.

Атмосферне повітря є основним середовищем існування біосфери, в тому числі людини. В результаті розвитку цивілізації утворене протягом еволюції Землі постійне співвідношення між головними компонентами повітря (табл. 2.1) істотно не змінилося. Основні гази атмосфери (азот, кисень, аргон) по суті прозорі для довгохвильової та короткохвильової радіації та розсіюють її. На екологію істотно впливають газові домішки, які за походженням можуть бути природними і антропогенними. До їх природних джерел відносяться вітрова ерозія, винесення солей з поверхні морів і океанів, вулканічні та біологічні процеси, надходження з космосу.

Одним з основних джерел забруднення навколишнього середовища є теплові електростанції.

Останні дані фахівців з комунальної гігієни свідчать, що токсична дія хімічних речовин у поєднанні з шумом та вібрацією зростає в 2,5–3 рази. В результаті хімічної взаємодії двох токсичних речовин можуть синтезуватися нові шкідливі інгредієнти, більш небезпечні для людини. При взаємодії канцерогенних вуглеводнів та оксидів азоту синтезуються сполуки, що діють на генний фонд людини. На мал. 2.1 наведена структурна схема впливу забруднюючих шкідливих речовин на навколишнє природне середовище.

Показані на схемі лінії впливу на навколишнє середовище залежать від сили та інтенсивності цього впливу. Слабкі компоненти даної системи, як правило, не привертають до себе уваги фахівців і тому ними зазвичай не займаються. Фахівці-екологи активно займаються сильними впливами, які помітно проявляються і відволікають на себе головну увагу.

Таблиця 2.1 Склад постійних компонентів сухого повітря на рівні моря

Речовина	Об'ємна концентрація в чистому сухому повітрі на рівні моря, %	Загальна кількість газів в атмосфері, ·106 т
Азот N2	78,09	3900000
Кисень O2	20,95	1200000
Аргон Ar	0,932	67000
Моноксид вуглецю CO	Сліди	0,6
Діоксид вуглецю CO2	0,032	2600
Метан CH4	2·10-6	4
Ксенон Xe	8,2·10-8	2
Оксид діазоту N2O	0,5·10-6	2
Діоксин азоту NO2	< 2·10-8	0,013
Оксид азоту NO	Сліди	0,005
Діоксин сірки SO2	< 10-6	0,002
Аміак NH3	Сліди	0,020

Мал. 2.1. Структурна схема системи шкідливого впливу на навколишнє природне середовище забруднюючих речовин та продуктів згоряння палива

Мал. 2.2. Схема взаємодії ТЕС з навколишнім середовищем: ПГ – парогенератор; Т – турбіна; К – конденсатор; ЖН, КН, ЦН – відповідно живильні, конденсаторні та циркуляційні насоси; РВП – регенеративний підігрів живильної води; Г – генератор електричного струму; МО – масоохолоджувач; ТП – трансформаторна підстанція; ЛЕП – лінії електропередач

Таблиця 2.2 Основні види газових та аерозольних забруднюючих викидів енергетичних об'єктів

Паливо	Аерозолі	Газові викиди
Паливо	зола	сажа	CO2	H2O	NO2	SO2	NO	CO
Природний газ	–	–	+	+	+	–	+	+
Мазут	+	+	+	+	+	+	+	+
Вугілля	++	+	+	+	+	+	+	+
У таблиці використані умовні позначення, що характеризують ймовірність появи тих чи інших викидів при спалюванні різних видів палива : «++» – дуже висока; «+» – висока; «-» – відсутня.

У цьому таїться велика небезпека. Ланцюги впливів, які не швидко виявляються та ведуть до необоротних наслідків, іноді тривалий час не помітні. Їх можна зафіксувати тільки при поглибленому дослідженні, якщо проводити його систематично протягом тривалого часу. Навіть нефахівці відносно легко фіксують деякі прояви (?, ?) в їхньому ранньому стані. Найчастіше починають фіксувати, а потім займатися прямими діями (1). Непряму шкідливу дію (2) складніше фіксувати та реєструвати результати її компенсації, виявляти необхідність та мету природоохоронних заходів, отримувати деяку віддачу від їх реалізації.

Аналізуючи в цілому зміст малюнка, можна прийти до висновку, що слід вести роботу, спрямовану на видалення прямого шкідливого впливу теплоенергетики на навколишнє середовище, оскільки в його результатах (?–?) немає неважливих і тому задача компенсування їх комплексу є також комплексною та поетапною.

Схема взаємодії ТЕС (на базі конденсаційних паротурбінних установок) з навколишнім середовищем представлена на мал. 2.2. Як видно, при роботі ТЕС мають місце різні негативні впливи на всі компоненти біосфери: атмосферу, гідросферу та літосферу.

До забруднюючих газових та аерозольних викидів об'єктів енергетики відносяться викиди різного характеру, що порушують рівновагу природного середовища в локальних (місцевих), регіональних та глобальних масштабах, а також умови проживання живих організмів. Найбільш ймовірні забруднюючі викиди при роботі енергетичного об'єкта наведені в табл. 2.2.

Розглянемо основні з них з точки зору їх впливу на навколишнє середовище.

Газові та аерозольні забруднюючі викиди та їх шкідливі впливи. При спалюванні рідкого та твердого палива відбуваються викиди у вигляді твердих частинок, які, потрапляючи в атмосферу, утворюють так звані аерозолі. Аерозолі можуть бути нетоксичними, порівняно малотоксичними та токсичними, наприклад частинки вуглецю, на поверхні яких може адсорбуватися бензопірен (С20Н12) – сильнодіюче канцерогенне з'єднання.

Аерозолі та тверді частинки можуть потрапити в атмосферу сформованими (пил, зола, сажа). Значна ж їх частина утворюється безпосередньо в атмосфері в результаті хімічних реакцій між газоподібними, рідкими і твердими речовинами, включаючи пари води. Вони утворюються в результаті природних процесів, хоча чимала їх частка має антропогенне походження. Із 1–3 млрд. т рік частинок різного хімічного складу розміром менше 1 мкм, які утворюються над поверхнею Землі, приблизно 20% – результат практичної діяльності людини (пил, насичені речовини, токсичні метали: свинець, ртуть, кадмій та ін.; пестициди). Вуглеводні включають в себе дуже різні органічні сполуки, хімічне перетворення яких в природних умовах розширює число вуглеводневих частинок, небезпечних для людини, біосфери.

Аерозолі техногенного походження, подібно СО2, спроможні впливати на клімат Землі, але лише у протилежному напрямку.

Тверді частинки розсіюють сонячне світло, так що значна частина його не досягає поверхні Землі. В результаті тепловий баланс зміститься у бік зниження температури. Отже, техногенно можливо впливати на температур Землі: як нагріти (вуглекислий газ), так і охолодити (аерозоль) Землю.

Мал. 2.3. Залежність ступеня ризику для людини від концентрації токсичних газів в атмосфері: 1–4 – фази впливу; с.р. – ступінь ризику; к.с.р – критичний ступінь ризику ний режим

У матеріальних балансах процесів горіння твердого та рідкого палива певну роль відіграють тверді продукти згоряння – зола. Зольністю палива називають баласт в розрахунку на суху масу палива. Вона залежить від природи палива та якості його вироблення. Розрізняють первинну золу – залишки мінеральних домішок, що входили до складу палива при його обробці, вторинну золу – сторонні мінеральні речовини, рівномірно розподілені в горючій масі палива, та породу – мінеральні речовини, які потрапили в паливо при його видобутку. Зміст первинної золи в сухій масі палива зазвичай не перевищує 1–1,5%, породи – 2–2,5%. Характеристиками золи з точки зору впливу на навколишнє середовище є дисперсність, змішуваність, сипучість, щільність, абразивність і електропровідність.

Різноманітні викиди теплових електростанцій можна кваліфікувати залежно від розмірів частинок: пил – тверді частинки розміром 1–150 мкм; туман – тверді або рідкі частинки розміром 0,2–1 мкм; дим – частинки розміром 0,001–0,1 мкм; аерозолі – в основному скупчення газоподібних молекул з розмірами від сотих часток до десятків мікрометрів.

Газові викиди також можуть бути токсичними (NO2, SO2, NO, CO та ін.) і нетоксичними (СO2 та Н2O). Всі трьохатомні гази (Н2O, NO2, SO2 та особливо СO2) належать до «парникових газів», оскільки вони характеризуються селективною поглинальною здатністю в інфрачервоній області теплового випромінювання та сприяють створенню парникового ефекту.

Газові викиди, потрапляючи в атмосферу, чинять складний фізико-хімічний (на першій стадії) та біологічний (на наступних стадіях) вплив на живі організми (перш за все на людину), рівень та характер якого залежать від їх концентрації у повітрі (мал. 2.3).

Як видно з мал. 2.3, зі збільшенням концентрації токсичних газів йде поступове зростання ступеню ризику (перші три фази) з подальшим різким його підвищенням на четвертій – останній – фазі.

Концентрації, при яких відбувається трансформація ступеня ризику, залежать від виду токсичного викиду (табл. 2.3). Концентрація токсичного газу наприкінці четвертої фази визначає критичну ступінь ризику – небезпечний для життя рівень при короткочасному впливі.

Таблиця 2.3 Дія деяких токсичних газоподібних речовин на людину

Тривалість та характер впливу	Вміст у повітрі, мг/м3
Тривалість та характер впливу	СО	SO2	NOх
Кількість годин без помітного впливу	115	65	15
Ознаки легкого отруєння або подразнення слизових оболонок через 2–3 год.	15–575	130	20
Можливе серйозне отруєння через 30 хв.	2300–3500	210–400	100
Небезпечно для життя при короткочасних діях	5700	1600	150

Розглянемо деякі з газових викидів.

Вуглекислий газ (СО2) утворюється в результаті спалювання викопних видів палива, таких як вугілля, нафта, природний газ, штучних і синтетичних палив та біомаси (деревина). Це основна компонента (з числа триатомних газів), що сприяє створенню «парникового ефекту». В результаті неповного згоряння виділяється також монооксид вуглецю СО – токсичний газ, який шкідливо впливає на серцево-судинну систему людини. Діоксид сірки (сульфітний ангідрид) SО2 – один з найбільш токсичних газоподібних викидів енергоустановок, який складає більше 90% викидів сірчистих сполук з димовими газами котлоагрегатів (решта – SO3). Найбільшу кількість сірки містять вугілля та важкі види нафтопродуктів; легкі нафтопродукти містять меншу кількість сірки і, нарешті, бензин та природний газ практично не мають її у своєму складі.

Діоксид сірки впливає на окислення, руйнує матеріали, шкідливо впливає на здоров'я людини. Тривалість його перебування в атмосфері відносно невелика: у порівняно чистому повітрі – 15–20 діб, в присутності великої кількості аміаку та інших речовин –декілька годин. При наявності кисню SO2 переходить в SO3 і, взаємодіючи з водою, утворює сірчану кислоту. Кінцеві продукти зазначених реакцій розподіляються таким чином: у вигляді опадів на поверхню літосфери – 43%, на поверхню гідросфери – 13%; поглинається: рослинами – 12%, поверхнею гідросфери – 13%. Накопичення сірковмісних сполук в основному відбувається у Світовому океані. Вплив цих продуктів на людей, тварини, рослини та інші речовини різноманітний і залежить від їх концентрації та багатьох факторів навколишнього середовища.

Оксиди азоту (NOx) утворюються при спалюванні будь-якого з викопних видів палива, що містять азотні сполуки, а також тих, що не містять, за рахунок окислення азоту повітря. Азот утворює з киснем ряд сполук (N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4 и N2O5), властивості яких, активність і тривалість існування різні та слабо залежать від виду і складу палива. Сумарну кількість оксидів азоту зводять до NO2. Їх концентрація визначається режимом та організацією процесів горіння палива.

Оксиди азоту шкідливо впливають на здоров'я людини, сприяють утворенню парникового ефекту та руйнуванню озонового шару. Крім того, оксиди азоту викликають «вимирання лісів», кислотні дощі й так далі.

Метан (СН4) утворюється в результаті розкладання органічних речовин, наприклад у сільському господарстві, при вуглевидобутку, в процесі нафтоі газовидобутку, газорозподілу і спалюванні біомаси. Метан також значно сприяє виникненню парникового ефекту.

Сполуки CFC. Chlorinated Flour Carbons, або фреони, відносяться до окремих малих газоподібних домішок в атмосфері. З'являються головним чином у результаті антропогенного впливу (при виробництві окремих теплоізоляційних матеріалів, пінопласту), виділяються з холодоагентів холодильників і морозильників. Фреони (основні руйнівники озонового шару атмосфери) підвищують рівень ультрафіолетового опромінення Землі з космосу. Їх присутність в атмосфері сприяє утворенню парникового ефекту.

Озон (О3). Утворюється на великих висотах (близько 30 км) при взаємодії кисню О2 та ультрафіолетового випромінювання Сонця, а також на низьких висотах в результаті фотохімічних реакцій (зокрема, при взаємодії оксидів азоту і гідрокарбонатів). Озон впливає на «парниковий ефект», негативно діє на здоров'я людини, культивування рослин, викликає «вимирання лісів».

Звеселяючий газ (N2O). Утворюється з натуральних матеріалів при виробництві харчових продуктів та енергії. Робить деякий вплив на парниковий ефект.

Аміак (NH3). Утворюється тільки в сільськогосподарському виробництві. Він чинить інтенсифікуючу та нейтралізуючу дію на окислення. Впливає на порушення балансу примикаючих морів, озер, річок через внесення надмірної кількості добрив (евтрофікації).

Сукупний вплив газових та аерозольних викидів енергетичних об'єктів може призвести до появи різних шкідливих екологічних наслідків, в тому числі кризових ситуацій у біосфері. До останніх відносяться: погіршення видимості атмосфери (локальний і регіональний характер); утворення опадів та кислотних дощів (локальний і регіональний характер);

парниковий ефект (регіональний і глобальний характер).

Погіршення видимості атмосфери та фотохімічний смог. Прозорість атмосфери, що визначається шляхом візуальних спостережень, в метеорології називають «видимістю». Дальність видимості являє собою максимальну відстань в заданому напрямку, на якій неозброєним оком в денний час ще можна побачити і розрізнити рельєфний темний предмет, який перебуває над лінією горизонту.

Наявність в атмосфері звичайних для промислових міст аерозолів, діоксидів вуглецю та азоту в поєднанні з підвищеною вологістю призводить до зменшення видимості, знижує на 20–50% кількість сонячних днів (в порівнянні з сільськогосподарськими районами), зменшує кількість ультрафіолетових променів (наприклад у Парижі на 25–30%, у Берліні на 17–23% в порівнянні з прилеглими сільськогосподарськими районами). Все це призводить до порушень руху і аварій автомобільного, морського і повітряного транспорту.

Основними серед багатьох забруднювачів, що впливають на видимість атмосфери, є наступні:

• викиди, що містять пил, дим, сажу та інші тверді частки та зазвичай позначаються як загальна кількість аерозолю (ЗКА);

• SO2 та інші газоподібні сполуки сірки, які з високою швидкістю реагують в атмосфері, утворюючи частки сульфату та сірчаної кислоти, які знаходяться у вигляді аерозолю;

• NO та NO2, які реагують з утворенням нітрату і НNO3 у вигляді частинок, що входять до складу аерозолю; за певних умов червонобуре забарвлення NO2 може послужити причиною зміни кольору димових викидів і димки в міських районах;

• фотохімічне забруднення повітря, пов'язане з утворенням в результаті фотохімічних реакцій аерозолів з частинками субмікрометрових розмірів.

Існують й інші забруднення, що впливають на видимість.

Діоксид азоту (NO2) за наявності в атмосфері вуглеводнів у певних погодних умовах може стати джерелом ще однієї кризової екологічної ситуації під назвою смог, який вперше був зафіксований у вигляді лос-анджелеських туманів у 1948–1959 рр.

Природа цього явища полягає в тому, що при ультрафіолетовому опроміненні діоксиду азоту в атмосфері протікають хімічні реакції з утворенням оксиду азоту NO та озону O3. Надлишковий вміст у повітрі оксиду азоту може ініціювати процес розкладу озону.

При наявності в атмосфері вуглеводнів (СхНу) відбувається їх окислення з утворенням альдегідів, нітратів і т.д. Оксид азоту перетворюється на діоксид, з'являється озон, а також пероксиацилнітрат (PAN). При з'єднанні О3, NO2 та РAN утворюються фотохімічні оксиданти, які є однією з причин фотохімічного смогу.

Утворені сполуки чинять токсичну дію на людину, призводячи до порушення серцевосудинної діяльності, отруєння дихальних шляхів та інших захворювань організму.

Випадання опадів та кислотні дощі також пов'язані з наявністю в атмосфері аерозолів та оксидів SО2, NO2. Кліматичний цикл випадання опадів має життєво важливе значення для всього людства. Великомасштабні впливи на процес випадання опадів можуть призвести до дуже серйозних наслідків. Проявом подібних впливів, що отримав досить широке поширення, є кислотні дощі, що мають низькі значення рН*. Зміна значення рН опадів може викликати багато проблем, пов'язаних з біосферою; аналіз цих проблем на кількісному рівні становить в даний час область інтенсивних досліджень.

Викиди енергетичних об'єктів у вигляді оксидів сірки та азоту (SO2 або NO2), потрапляючи в атмосферу, утворюють відповідні кислоти, солі.

Солі сірчаної (сульфіди) та азотної (нітрати) кислоти, які характеризуються високою гігроскопічністю, є додатковим джерелом генерування ядер конденсації та ядер вимивання, що може бути причиною порушення природного циклу утворення опадів.

Важливим є вплив атмосферних забруднень на хімічні процеси, що протікають при утворенні опадів. Це пов'язано із захопленням забруднювачів краплями і частками опадів. Основний ефект полягає в зниженні величини рН опадів внаслідок накопичення кислих сполук.

* рН – так зване водневе число, за допомогою якого якісно і кількісно оцінюється кислотність середовища, при рН = 7 середовище вважається нейтральною, при рН > 7 – лужним і при рН < 7 – кислотним.

Сірковмісні газові викиди можуть призвести до накопичення в опадах як газоподібного SO2, так і сульфатів або сірчаної кислоти у вигляді аерозолю. У результаті кислотність опадів значно зростає.

Оксиди азоту, зокрема NO та NO2, в атмосфері окислюються у нітрати та НNO3, в результаті накопичення яких в опадах також відбувається зменшення рН.

Вперше з проблемою випадіння опадів з низьким рН зіткнулися в Скандинавії наприкінці 60-х років ХХ ст. Причиною цього явища, що отримало назву кислотний дощ, було значне збільшення викидів сірковмісних забруднень в інших частинах Європи, хоча певну роль відігравали і місцеві викиди. У багатьох районах підвищена кислотність опадів не робить істотного впливу на властивості ґрунтів і води, оскільки значна буферна здатність ґрунту дозволяє компенсувати зміни рH опадів. Однак малопотужні льодовикові ґрунти, характерні, наприклад, для Нової Англії та Скандинавії, не володіють достатньою буферною здатністю. У цьому випадку опади з низьким значенням рН можуть привести до змін в ґрунті, що в свою чергу здатне викликати зміну рН та хімічного складу води у водоймищах. Хімічні зміни в ґрунті й воді слугують потенційними джерелами можливих змін в біосфері.

Руйнування озонового шару. Озон (О3), що міститься в атмосфері, крім токсичного впливу (при підвищених концентраціях) на живі організми, в тому числі на людину, виконує і помітну захисну функцію. Накопичуючись у верхніх шарах атмосфери, він утворює озоновий шар, який оберігає поверхню Землі від жорсткого космічного випромінювання.

Зменшення товщини озонового шару і подальше його зникнення призводять до утворення так званих «озонових дір» в атмосфері, в результаті чого різко збільшується інтенсивність жорсткого космічного випромінювання, що надходить до поверхні Землі.

Природа появи і зникнення озонових дір в атмосфері ще недостатньо вивчена. Одним з механізмів руйнування озонового шару може бути протікання внаслідок високої хімічної активності озону (О3) його реакції з монооксидом азоту (NO) при утворенні діоксиду азоту (NO2) та кисню (O2).

Підвищення проникності озонового шару, збільшення інтенсивності космічного випромінювання можуть призвести до незворотних негативних наслідків у вигляді мутації і переродження живих організмів, до канцерогенних захворювань людей, що піддаються підвищеній дозі космічного опромінення, зниження народжуваності населення та погіршення врожайності сільськогосподарських культур.

Тепловий вплив об'єктів енергетики на навколишнє середовище проявляється в порушенні теплової рівноваги навколишнього середовища і може бути прямим та непрямим. Прямий тепловий вплив викликається тепловими викидами в біосферу, його рівень визначається обсягами спалювання паливноенергетичних ресурсів.

В остаточному вигляді при спалюванні органічного палива практично вся його хімічна енергія перетворюється в теплову, причому частина цієї енергії викидається в концентрованому вигляді в навколишнє середовище на самому енергетичному об'єкті: з димовими газами, охолоджуючою водою, частково в системі золоі шлаковидалення. Інша частина розсіюється на різних стадіях виробництва, передачі й споживання електричної або теплової енергії, які виробляються на енергооб'єкті.

Величина антропогенного теплового випромінювання не перевищує 0,04% величини приходу до поверхні Землі сонячної енергії.

Прямі теплові викиди енергетичних об'єктів не можуть вплинути на тепловий баланс в глобальних масштабах. Проте вони здатні змінити локальний тепловий баланс в атмосфері та гідросфері, що є причиною зміни мікроклімату в місцях високої концентрації енерговиробництва та енергоспоживання. Відомий феномен більшої температури повітря у великих містах в порівнянні із сільською місцевістю на 2–3°С. Він пов'язаний з утворенням областей з підвищеним локальним викидом теплової енергії в атмосферу – так званих «островів теплоти» (мал. 2.4). Такі «острова теплоти» нестійкі в часі внаслідок впливу вітру та інших атмосферних чинників.

Із середини 70-х років ХХ ст. на Землі сформувалася велика кількість регіонів з питомим тепловиділенням у діапазоні від 10 до 100 Вт/м2 площею 104–105 км2, а також окремі регіони з питомим тепловиділенням до 200 Вт/м2 площею до 104 км2. Основний результат теплової дії в цих регіонах полягає в утворенні стійкого (майже стаціонарного) просторового «куполу» повітря з більш високою температурою – на 1–4°С вище рівноважної природної температури.

Вплив «острову теплоти» на інші атмосферні процеси різноманітний. Існує прямий зв'язок «островів теплоти» з утворенням туманів, збільшенням атмосферних опадів.

У реальних умовах вплив теплових викидів на окремі водойми, озера або ділянки річок може виявлятися різним чином залежно від біологічної, гідрологічної та фізико-хімічної обстановки в даному водоймищі, від діапазону, швидкості й частоти зміни температур та їх зв'язку з природними циклами.

За нормами США «Критерії якості води» рекомендується не допускати штучного підвищення температури води на природному рівні більш ніж на 2,8°С з урахуванням коливань температури протягом доби. Для озер і водосховищ гранично допустиме підвищення температури повинно бути не більше ніж на 1,6°С, для морських вод влітку – на 0,8°С, в інші пори року – на 2,2°С. Порушення температурного режиму водойм може призвести до зміни біологічної рівноваги. Так, при суттєвому порушенні температури водойм, а також їх гідрологічного режиму відбувається бурхливий розвиток синьо-зелених водоростей і, як результат цього, цвітіння води із значним зниженням в ній вмісту кисню. При цьому можуть кризово змінитися умови розвитку рослиноїдних риб.

З метою забезпечення якості води, необхідної для мешканців гідросфери, поблизу джерел теплового забруднення рекомендується залишати коридори, в яких завжди має підтримуватися необхідний для флори і фауни стан води.

Більш істотним фактором теплового забруднення навколишнього середовища є непрямий вплив, до якого відноситься дія парникових газів, підвищена концентрація яких в атмосфері сприяє виникненню парникового ефекту.

Шумова дія об'єктів теплоенергетики на навколишнє середовище. Під шумом розуміється будь-який небажаний звук чи сукупність звуків з частотами та фазами, розподіленими нерегулярно у часі. Під звуком розуміють пружні хвилі, що поширюються в пружному середовищі у вигляді різноманітних коливань та викликані яким-небудь джерелом. Область середовища, в якому поширюються звукові хвилі, називається звуковим полем.

Звук характеризується звуковим тиском, швидкістю та напрямком поширення звукових хвиль, інтенсивністю перенесення звукової енергії. За нормальних атмосферних умовах (t = 20°С и рc = 1,013 МПа) швидкість звуку в повітрі складає 344 м/с.

Мал. 2.4. Створення циркуляції атмосферного повітря поблизу «острова теплоти»

Шум енергетичного устаткування характеризується не тільки кількісними характеристиками, але і часом впливу, характером спектру (розподілом звукової енергії в частотному діапазоні).

Органи слуху людини сприймають звуки в діапазоні частот приблизно 20–20000 Гц при найбільшій чутливості в діапазоні 1000–5000 Гц; нижче 20 Гц знаходяться інфразвуки, а вище 20000 Гц – ультразвуки, які людина не чує.

Шум від агрегатів в енергетиці може бути низько-, середньота високочастотним. Спектр низькочастотного шуму має максимум в області частот нижче 300 Гц, спектр середньочастотного шуму – в області частот 300–800 Гц та спектр високочастотного шуму – в області вище 800 Гц.

Шум від обладнання може мати різні часові характеристики, тобто існують постійний і непостійний шуми. При постійному шумі, наприклад, від тягодуттєвих машин, рівень звуку змінюється із часом не більше ніж на 5 дБА, а при непостійному шумі – більш ніж на 5 дБА.

Найбільш інтенсивними джерелами шуму є турбіни (особливо газові), редукційно-охолоджувальні установки, вуглерозмелювальне обладнання, котли, компресори, різного виду насоси, деаераційні установки, паропроводи, синхронні компенсатори, припливно-витяжна вентиляція.

Найбільш сильним джерелом шуму є скидання пари. Постійні джерела шуму, які сильно впливають на оточуючий район, – повітряні та газові тракти, через які випромінюється шум від газових турбін, тягодуттєвих машин або процесів горіння. Джерелами шуму є газорозподільчий пункт і газопроводи після нього, корпуси тягодуттєвих машин, силові трансформатори та градирні. Шум проникає також з різних приміщень.

Важливо відзначити, що збільшення рівня звукової енергії відбувається при відхиленні від номінального режиму при роботі вентиляторів, димососів, ГТУ.

Шум від потужних джерел, що проникає з приміщень, може чинити різний вплив на навколишнє середовище. Наприклад, живильний насос ТЕС при навантаженні блоку 550 МВт створює рівень шуму вище на 4 дБ, ніж при навантаженні 350 МВт, а рівні шуму регулюючого клапана ЦВД парової турбіни на високих частотах на 4 дБ вище при навантаженні 350 МВт, ніж при навантаженні 550 МВт.

Шум, випромінюваний від висотного джерела, мало знижується природними та штучними перешкодами, а шум від енергетичних газоповітропроводів має тональні складові в спектрі та випромінюється з великої висоти.

Перевищення допустимих норм для робочих зон за рівнем звуку при роботі різного енергетичного обладнання за результатами вимірювань на відстані 1 м наступні: аварійні скиди пари в атмосферу – 36–58 дБА; газові турбіни – 18–32 дБА; парові турбіни – до 20 дБА; тягодуттєві машини – 5–15 дБА; ГРП – 20–25 дБА; РОУ – 28–32 дБА; градирні – до 7 дБА; трансформатори – до 5 дБА; вуглерозмелювальне обладнання – 7–21 дБА; насоси – 9–17 дБА; компресори – 6–15 дБА.

З огляду на великі перевищення санітарних норм необхідно здійснювати заходи щодо зниження шуму від обладнання. Розрізняють три способи зменшення шуму: зниження шуму в самому джерелі та на шляхах його поширення; індивідуальні засоби захисту.

Для реальних об'єктів проводять комплекс заходів щодо зменшення шуму в усіх трьох напрямках. Вибір заходів здійснюється на підставі техніко-економічного розрахунку.

Якщо заходи з шумопоглинання передбачені у проекті, то витрати на них в кілька разів менші, ніж витрати в умовах працюючих енергетичних підприємств.

У розвинених країнах фактор шуму стає все більш визначальним серед лімітуючих екологічних факторів. Прийнято законодавчі акти, що обмежують рівень шуму на виробництві, транспорті, в промисловості, будівництві й т.д. Допустимі рівні шуму у різних країнах відрізняються, залежать від політичних та економічних міркувань, встановлюються національними або регіональними органами влади.