Анализ топливоиспользования и загрязнения окружающей среды при эксплуатации теплоэнергетических объектов локомотивного хозяйства железных дорог

Актуальность проблемы. Железнодорожный транспорт потребляет электроэнергию, дизельное топливо, топочный мазут, уголь и продукты его переработки, природный горючий газ, дрова, бытовое печное топливо и др.

Структура потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в отрасли определяется структурой энергетики железнодорожного транспорта, которая объединяет под общим названием совокупность топливо-энергопотребляющих и энергогенерирующих установок железнодорожного транспорта, а также систем, обеспечивающих их работу.

В 2002 г. потребление ТЭР на железнодорожном транспорте составило 23,9 млн. т. в условном исчислении. Из этого количества в виде топлива (дизельного, угля и продуктов его переработки, топочного мазута, природного газа и пр.) было израсходовано 11,608 млн. т.у.т., т. е. 48,6% от общего потребления ТЭР энергетикой отрасли.

Наибольшее количество топлива потребляется в локомотивном хозяйстве железных дорог России: практически все дизельное топливо и порядка 18% котельно-печного топлива, т. е. не менее 43−44% в условном исчислении от всего топлива, поступающего на железнодорожный транспорт.

Среди других хозяйств железнодорожного транспорта локомотивное хозяйство в целом является одним из главных источников загрязнения окружающей среды в отрасли.

Особенность его влияния на окружающую среду заключается в том, что основная доля загрязнения от производственных объектов связана с использованием ТЭР, т. е. с эксплуатацией тепловозов и дизель-поездов, котельных, производственно-бытовых теплопотребляю-щих комплексов, теплотехнических систем и установок.

Следует отметить, что проведение систематического анализа количества и спектра вредных выбросов при эксплуатации многочисленных и разнообразных по мощности и типам объектов теплоэнергетики железнодорожного транспорта практически невозможно из-за большой трудоемкости и невысокой точности получения непосредственных результатов.

Поэтому единственным опорным показателем, определяющим объемы и состав вредных выбросов в масштабах России применительно к локомотивному хозяйству, является расход составляющих топливного баланса отрасли, объективный анализ которого был проведен на основании данных, представленных Департаментом локомотивного хозяйства ОАО РЖД и топливно-техническим управлением Росжелдорснаб.

Следует отметить также, что производственные объекты локомотивного хозяйства являются источниками других факторов, оказывающих существенное воздействие на окружающую среду, а именно потребителями питьевой и технической воды, источниками загрязненных стоков, шума, вибрации, электромагнитных излучений и т. п.

Таким образом, объективная оценка влияния производственных и, прежде всего, теплоэнергетических объектов локомотивного хозяйства на окружающую среду с учетом состояния топливоиспользования, а также определение места локомотивного хозяйства среди других хозяйств в общем воздействии железнодорожного транспорта на окружающую среду является актуальной задачей.

Значительный вклад в разработку соответствующих направлений исследований внесли Е. Т. Бартош, JI.K. Кистьянц, Е. М. Юдаева, Б. Н. Минаев, Ю. Н. Панков, Г. П. Мокриденко, Е. Н. Школьников, С. С. Петраковский, В. И. Панферов, Н. В. Москалев, В. М. Бельков, Н. П. Зубрева, Н. А. Шарпова, В. А. Капцов, В. А. Полякова, И. Ф. Боярчук, И. Л. Винокур, С. В. Суворов, В. Б. Панкова и др.

Актуальность постановки, а также необходимость в разрешении указанных проблем отражены в ряде документов руководящих органов отрасли и, в частности, в Указаниях МПС России № 187У от 26.11.02 г. «О повышении эффективности работы по энергосбережению» [14] и № 113У от 14.08.96 г. «Об управлении природоохранной деятельностью на железнодорожном транспорте» [24].

Целью работы является оценка вклада производственных и, прежде всего, теплоэнергетических объектов локомотивного хозяйства в общее воздействие железнодорожного транспорта на окружающую среду с учетом структурного анализа топливоиспользования в отрасли. Разработка практических рекомендаций по снижению вредного воздействия локомотивного хозяйства на окружающую среду и здоровье населения.

Задачами исследования, обеспечивающими достижение цели, являются:

— проведение анализа топливоиспользования в отрасли и локомотивном хозяйстве железных дорог России;

— выявление источников и составляющих вредных выбросов в локомотивном хозяйстве;

— на базе структурного анализа топливоиспользования в отрасли получение количественных результатов, необходимых для оценки влияния вредных выбросов на окружающую среду при эксплуатации теплоэнергетических, а также других производственных объектов локомотивного хозяйства железных дорог;

— экспериментальное исследование реальной экологической ситуации вблизи локомотивного депо, а также оценка влияния факторов деятельности объектов локомотивного хозяйства на здоровье его работников и население прилегающих районов;

— совершенствование методик расчета параметров санитарно-защитных зон вблизи объектов локомотивного хозяйства железнодорожного транспорта.

Методика исследований основывалась на обобщении и сопоставлении данных научно-технической литературы, ведомственных отчетностей Департаментов транспортных и других организаций (Департаменты локомотивного хозяйства, безопасности движения и экологииРосжелдорснаб, ВНИИЖТ, ВНИИЖГ), результатов теоретического (многофакторного) анализа и экспериментальных данных при комплексной оценке влияния источников загрязнения на окружающую среду вблизи теплоэнергетических и других производственных объектов железных дорог.

Объект исследования. В качестве объекта исследования рассматривался производственно-технологический комплекс локомотивного хозяйства железных дорог России, как основной потребитель топлива и источник загрязнения окружающей среды.

Предметом исследования являлись топливоиспользование в теплоэнергетике железнодорожного транспорта, а также состояние окружающей среды в зоне эксплуатации производственных, в том числе теплоэнергетических объектов локомотивного хозяйства отрасли.

Научная новизна работы заключается:

— в результатах комплексного анализа топливоиспользования и экологической ситуации на предприятиях локомотивного хозяйства железнодорожного транспорта;

— в определении места локомотивного хозяйства в структуре топливопотребления отрасли и общем воздействии железнодорожного транспорта на окружающую среду;

— в уточнении параметров санитарно-защитных зон для объектов локомотивного хозяйства железных дорог;

— в комплексной оценке реального гигиенического и экономического ущерба от загрязнения окружающей среды при эксплуатации теплоэнергетических и других производственных объектов локомотивного хозяйства.

Практическая ценность диссертации заключается: в разработке системы расчета и получении количественных результатов загрязнения окружающей среды при эксплуатации производственных объектов локомотивного хозяйства железных дорог на базе структурного анализа топливопотребления в отраслив определении места локомотивного хозяйства среди других хозяйств в общем воздействии железнодорожного транспорта на окружающую средув оценке значительной доли локомотивного хозяйства в общем для отрасли количестве платежей за сверхнормативное загрязнение воздуха, связанное в основном с объемами использования топливных ресурсовв оценке реальной экологической ситуации вблизи локомотивного депо на основании непосредственных результатов, полученных экспериментальным путемв уточнении параметров санитарно-защитных зон вблизи объектов локомотивного хозяйства железнодорожного транспорта.

Внедрение результатов работы Результаты исследований, полученные в диссертации, были использованы при разработке ФГУП ВНИИЖГ методических указаний «Са-нитарно-защитные зоны предприятий, сооружений и иных объектов железнодорожного транспорта». [Приложение 1].

Апробация работы Основные материалы и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях:

— Четвертой научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (МИИТ, Москва, 16−18 апреля 2003 г.);

— Международной конференции, посвященной 80-летию НИИ медицины труда РАМН «Социальная ответственность работодателя за здоровье работника» (НИИМТ, Москва, 25−26 июня 2003 г.);

— Межрегиональной научно-практической конференции «Управление качеством образования, продукции и окружающей среды» (Бийский технологический институт (филиал) АлтГТУ, Бийск, 3−4 июля 2003 г.);

— Четвертой международной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 10−12 сентября 2003 г.);

— Международной молодежной научной конференции «Экология 2003» (Архангельск, 17−19 июня 2003 г.);

— XVI Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях — ММТТ-16» (Санкт-Петербург, 16−18 сентября 2003 г.);

— Пятом Всероссийском студенческом научно-техническом семинаре «Энергетика: Ц экология, надежность, безопасность» (23−24 апреля 2003 г., ЭЛТИ, Томск);

— Второй Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология и научно технический прогресс» (Пермь, ноябрь 2003 г.);

— Региональная научно-практическая конференция «Устойчивое развитие: региональные экологические проблемы и стратегия защиты окружающей среды» (Старый Оскол, февраль 2004г).

Публикации.

По теме диссертации было опубликовано 15 печатных работ.

6.6. Выводы.

В связи с угрожающей экологической обстановкой во всем мире [63, 64, 69, 81, 101, 103, 107, 112, 190, 200, 235, 237], необходим переход на более чистые с точки зрения экологии виды транспорта. Такой альтернативой являются железные дороги. ОАО РЖД ведет активную работу в области организации природоохранной деятельности в отрасли, чтобы железнодорожный транспорт приобретал все большее экономическое значение. Существует и работает система управления природоохранной деятельностью, опирающаяся на законодательные акты РФ, а также стандарты, правила и нормы РФ. Основой природоохранной деятельности на железнодорожном транспорте являются отраслевые экологические программы, предусматривающие перевод хозяйственной деятельности предприятий на экологически безопасные методы, направленные на повышение качества окружающей природной среды. Разработкой экологических программ и их реализацией занимается департамент безопасности движения и экологии. Так, например, в рамках «Экологической программы на 1996;2000 г. г.» было введено в эксплуатацию 78 природоохранных объектов, на что было израсходовано 569 млн. рублей [132].

Однако, воздействие от хозяйственной деятельности еще значительно. Без помощи специализированных департаментов техническую политику в области экологии проводить нельзя. А чтобы департаменты могли самостоятельно разрабатывать стратегию по улучшению производства с точки зрения экологии, они должны владеть информацией по перечню источников загрязнения и иметь количественные данные по выбросам. То есть департаменты должны заниматься не только технологией производства, но и связывать ее с загрязнением окружающей среды. Поэтому издано Указание МПС № 113у от 14 августа 1996 г. «Об управлении природоохранной деятельностью на железнодорожном транспорте». Данное указание предписывает Департаментам, входящим в состав ОАО РЖД, проведение единой научно-технической политики в области охраны окружающей среды, организацию разработки организационных и технических мероприятий по снижению негативного воздействия на окружающую природную среду от хозяйственной деятельности железнодорожного транспорта, сокращению непроизводительных затрат (платежей) за сверхнормативное загрязнение окружающей среды, штрафных санкций за экологические правонарушения. Также актуальна проблема реструктуризации локомотивного хозяйства [169]. В условиях необходимости обновления парка подвижного состава и улучшения его технического состояния надо сформировать такую структуру управления предприятиями по эксплуатации локомотивного парка на сети железных дорог, которая будет являться саморегулирующимся финансово-экономическим механизмом.

Экологические платежи, приходящиеся на локомотивное хозяйство, значительны. Они составляли 18,6 млн. рублей на 2002 г., занимая второе место по выплатам среди остальных хозяйств железных дорог. Платежи за сверхнормативные выбросы, которые можно уменьшать с помощью природоохранных мероприятий, повышая тем самым эффективность производства, занимали также второе место среди других хозяйств отрасли, составляя 2,2 млн. рублей на 2002 г., а в процентном отношении — 18,4%. Для локомотивного хозяйства характерно, что на него приходится более 30% выплат за сверхнормативное загрязнение атмосферного воздуха, что связано с большей, чем в других хозяйствах отрасли долей использования топлива.

Для минимизации затрат на непроизводственную сферу и, следовательно, повышения эффективности работы локомотивного хозяйства, необходимо проводить мероприятия как в области ресурсосбережения [59, 108, 238], т. е. сокращения расхода топлива, так и внедрения инженерно-технических решений по снижению вредных выбросов в атмосферный воздух.

Таким образом, указание МПС № 113у является основанием к научной работе по определению вклада локомотивного хозяйства железнодорожного транспорта в общее загрязнение природной среды отраслью и поиску решений данной проблемы.

7. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СНИЖЕНИЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ ЛОКОМОТИВНОГО ХОЗЯЙСТВА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА.

7.1. Снижение загрязнения от тепловозного парка. Пункты экологического контроля тепловозов.

Контроль за соблюдением законодательства по охране атмосферного воздуха на железных дорогах и предприятиях железнодорожного транспорта обеспечивается в соответствии с указаниями ОАО РЖД (и действующими указаниями МПС), в том числе указанием МПС от 17.01.94 № Г-615 «О проведении контроля за выбросами загрязняющих веществ на транспорте» [214].

Снижение загрязнений окружающей среды тепловозами, представляет собой важную экологическую задачу. Для ее решения с 1996 создаются пункты экологического контроля (ПЭК) в локомотивных депо и на заводах АО «Желдорреммаш», где выполняется капитальный ремонт тепловозов [42, 213]. Пункты экологического контроля должны организовывать качественный контроль за выбросом вредных веществ от отработавших газов дизельных двигателей подвижного состава. Они оборудованы многофункциональными приборами (газоанализаторы, дымомеры, системы газоотбора) и системой пробоподготовки, позволяющими измерять концентрации загрязняющих веществ в отработавших газах. На ПЭК измеряются значения коэффициента ослабления светового потока, приведенного к шкале дымомера в зависимости от позиции контроллера (определяются предельные значения дымности и концентрации сажи в отработанных газах). Используемые газоанализаторы с высокой точностью замеряют концентрацию в выхлопе СО, NOx, СН, СОг, SO2 и других веществ. Некоторые ПЭК оснащены зарубежными компьютерными газоанализаторами нового поколения с точностью измерений, полностью соответствующей ГОСТ Р 50 953−96. Также ПЭК позволяют осуществить регулировку тепловозных дизелей, когда ими превышены нормы дымности и токсичности. Методика регулирования, например, позволяет целенаправленно вести поиск тех цилиндров дизеля, в которых концентрации загрязняющих веществ превышают норму с тем, чтобы выполнить его ремонт, позволяет регулировать топливную аппаратуру. [105].

Задача пунктов экологического контроля — ограничение выброса в атмосферу загрязняющих веществ, содержащихся в выхлопных газах тепловозов.

Кроме того, проведение контроля за выбросами на ПЭК оказывается экономически выгодным для локомотивных депо. Платежи рассчитанные по «Методике расчета величины платы за выбросы в атмосферу загрязняющих веществ от тепловозов», где для определения платы используют данные замеров на ПЭК, получаются существенно меньшими, чем рассчитанные по «Методике проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на предприятиях железнодорожного транспорта», где количество выбросов определяется по используемому топливу. Так плата за выбросы загрязнений от тепловозов, которые работают на железнодорожных узлах, станциях и территории депо, снижаются в 10−12 раз по сравнению с платой, определяемой по методике расчета по используемому топливу, для магистральных тепловозов плата за вредные выбросы снижается в 2−4 раза [105].

В настоящее время в локомотивных депо на сети железных дорог России и на теплово-зоремонтных заводах функционирует более 100 ПЭК [214].

Кроме контроля за вредными выбросами от тепловозного парка, для улучшения экологической ситуации на федеральном железнодорожном транспорте, необходимы внедрения инженерно-технических решений по совершенствованию процесса сжигания топлива в дизелях тепловозов и регулированию их работы. В табл. 7.1 приведены перечни возможных мероприятий, ведущих к снижению выбросов вредных веществ при эксплуатации тепловозов [127, 131, 140, 156, 196, 243, 263]. Также необходимо идти по пути ресурсосбережения, т.к. во всем мире на сегодняшний день актуальна проблема высокого потребления природных ресурсов [168, 171, 237] и снижения энергопотребления тепловозами [73, 162, 181, 183, 240]. Для этого нужно: повышение коэффициента использования топлива на тепловозахиспользование стационарных установок для подогрева тепловозных дизелейсовершенствование систем учета расхода топливасовершенствование методики нормирования топлива, чтобы иметь возможность оперативно корректировать нормы при изменении условий эксплуатации. разработка и внедрение режимных карт вождения поездов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. В диссертации проведен комплексный анализ расхода составляющих топливного баланса локомотивного хозяйства железнодорожной отрасли, определяющего объемы и состав вредных выбросов. На основании полученных данных представлена картина загрязнения окружающей среды предприятиями локомотивного хозяйства, позволяющая сделать количественные расчеты вредных выбросов.

2. Анализ использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) показал, что в локомотивном хозяйстве расходуется в условном исчислении около 49% от общего потребления ТЭР на железнодорожном транспорте (не менее 43% от всего топлива, поступающего на железнодорожный транспорт). При этом затраты на топливо, необходимое для эксплуатации объектов локомотивного хозяйства, составляют более 80% от всех затрат на ТЭР в отрасли (включая затраты на использование электроэнергии).

3. Количественный анализ топливоиспользования на железнодорожном транспорте позволил рассчитать объемы вредных выбросов по хозяйствам отрасли. Расчеты показали, что за 2002 г. тепловозный парк России выбросил в атмосферу примерно 177,5 тыс. т., котельные локомотивного хозяйства — 42,8 тыс. т., технологические объекты локомотивного хозяйства — 2,5 тыс. т. загрязняющих веществ. Таким образом, выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух от всех объектов локомотивного хозяйства железных дорог России в 2002 г. составили суммарно не менее 222,8 тыс. т.

4. Полученные результаты позволили определить вклад локомотивного хозяйства в общее загрязнение окружающей среды хозяйствами железнодорожного транспорта. Было установлено, что выбросы от передвижных источников локомотивного хозяйства составляют порядка 95% всех выбросов от передвижных источников. При этом вклад стационарной теплоэнергетики в загрязнение атмосферного воздуха составил 21,3% от общего количества загрязнений стационарными источниками железнодорожного транспорта (второе место после хозяйства социального развития и непроизводственной сферы). Из этого следует, что локомотивное хозяйство среди других хозяйств железных дорог России оказывает наибольшее негативное влияние на окружающую среду.

5. Были выполнены экспериментальные исследования реальной экологической обстановки вблизи локомотивного депо «Ожерелье» Московско-Павелецкого отделения Московской железной дороги. Они показали, что основными химическими соединениями, концентрации которых превышали ПДК за границей существующей СЗЗ локомотивного депо, являются диоксид азота, получаемый в результате сжигания топлива в котельных, а также углеводороды, входящие в состав выхлопных газов тепловозов при их реостатных испытаниях. Нарушение акустической обстановки вблизи локомотивного депо в значительной мере связано с работой оборудования котельных, компрессоров и других энергетических установок. На основании результатов экспериментальных исследований было показано, что размеры установленных в настоящее время СЗЗ недостаточны для защиты прилегающих жилых районов от вредного воздействия объектов локомотивного хозяйства.

6. В связи с этим была усовершенствована методика расчета СЗЗ для объектов локомотивного хозяйства железнодорожного транспорта и рекомендованы необходимые размеры СЗЗ: 500 м — для локомотивных депо с реостатными испытаниями на закрытых путях и 1000 м — с реостатными испытаниями на открытых путях.

7. Разработан системный подход к обследованию хозяйств железнодорожного транспорта на примере локомотивного хозяйства, включающий в себя анализ топливоиспользования, выделение основных источников вредных выбросов, оценку экономического и гигиенического ущерба от загрязнения окружающей среды. Разработанный системный подход позволяет всесторонне и поэтапно подойти к решению актуальных экологических проблем эксплуатации объектов локомотивного хозяйства и, прежде всего, проблемы, связанной с уменьшением вредного воздействия теплоэнергетических объектов на окружающую среду. Первым этапом решения этой проблемы является реализация возможного потенциала топливосбережениявторым этапом — внедрение инженерно-технических мероприятий на теплоэнергетических объектах локомотивного хозяйства, позволяющих уменьшить его негативное воздействие на окружающую средутретьим этапом — реализация мероприятий по созданию СЗЗ в границах, установленных расчетом по усовершенствованной методике определения их размеров.